介电弹性体薄膜驱动器的本构关系及其机电稳定性.pdfVIP

第十二届全国青年材料科学技术研讨会（2009年11 月27-30） 10 薄膜材料与表面技术 介电弹性体薄膜驱动器的本构关系 及机电稳定性 1 1 2 刘立武 ，刘彦菊 ，冷劲松 （1. 哈尔滨工业大学航天科学与力学系，黑龙江省哈尔滨市 150001 ； 2. 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，黑龙江省哈尔滨市 150001 ） 摘 要：介电弹性体(Dielectric elastomers, DE)是制造智能主动驱动器最有潜力的电致活性聚合物材料，也 称电致活性聚合物人工肌肉(Electroactive polymer muscle, EPAM)。它在外加电场下能够产生较大的应变及 作用力，具有超大变形（380 ％）、高弹性能密度（3.4J/g ）、超短反应时间、高疲劳寿命、易于加工、易于 成形、高效率、轻质量、低价格、高循环次数等优良特性。在介电弹性体两个相对表面均匀涂覆柔性电极， 施加电压后，由于静电力作用，介电弹性体薄膜将产生厚度方向变薄而平面方向变大。厚度的变薄将导致 施加在介电弹性体的电场变高，此正反馈过程一直持续下去，当电场达到或超过介电弹性体的临界击穿电 场时，薄膜被击穿，介电弹性体机电耦合系统失稳。本文应用两个材料常数的 Mooney-Rivlin 弹性应变能 函数研究介电弹性体的本构关系和机电稳定性，给出名义电场和名义电位移的关系及介电弹性体的稳定性 区域。数值结果帮助我们深入理解介电弹性体机电稳定性行为和设计制造介电弹性体驱动器。 关键词：工程力学；介电弹性体；本构关系；机电稳定性 The constitutive equation and electromechanical stability of dielectric elastomers film actuator 1 1 2 LIU Liwu ，LIU Yanju ， LENG Jinsong (1. Department of Astronautical Science and Mechanics, Harbin Institute of Technology (HIT), Harbin 150001; 2. Centre for Composite Materials, Science Park of Harbin Institute of Technology (HIT), Harbin 150080) Abstract ：Dielectric elastomer(DE) is a promising electroactive polymer of smart active actuators, what is called electroactive polymer muscle(EPAM) too, which bears excellent activate properties including large strains (up to 380%), high energy densities (up to 3.4 J/g), high efficiency, high responsive speed, good reliability and durability, etc. When a voltage is applied on the compliant electrodes of the dielectric elastomers, the polymer shrinks along the electric field and expands in the transverse plane. So the voltage induces a higher electric field. The positiv