پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 8 |
| تعداد شماره‌ها | 414 |
| تعداد مقالات | 5,478 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,010,584 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 5,299,928 |
توسعه مدل تحلیلی برای الاستومر دی‌الکتریک ناهمسانگرد ویسکوالاستیک و مطالعه رفتار الکترومکانیکی وابسته به نرخ | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 5، دوره 54، شماره 12، اسفند 1401، صفحه 2781-2800 اصل مقاله (2.89 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2023.21565.7468 | ||
| نویسندگان | ||
| مرضیه مجیدی؛ مسعود عسگری* | ||
| دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| مطالعات انجام شده بر رفتار الاستومرهای دی‌الکتریک، به عنوان یکی از انواع پلیمرهای فعال الکتریکی، اغلب متمرکز بر خواص هایپرالاستیک و دی‌الکتریک آن‌ها می‌باشد. اما گسترش استفاده از این مواد به عنوان عملگر در صنعت وابسته به شناخت بهتر عوامل مؤثر بر رفتار آن‌ها ، از جمله ویسکوالاستیسیته و همینطور امکان افزودن ویژگی‌های نوین همچون ناهمسانگردی به این دسته الاستومرها است. در این پژوهش با استفاده از توسعه روابط پایه در مکانیک محیط‌های پیوسته و مطالعه‌ی معادلات حاکم، یک مدل کوپل غیرخطی برای توصیف رفتار ماده هایپرویسکوالاستیک ناهمسانگرد با خاصیت دی‌الکتریک ارائه شده است. ابتدا با مقایسه گام به گام بین نتایج حاصل از قسمت‌های تشکیل دهنده مدل ارائه شده و نتایج تجربی گزارش شده در منابع موجود، مدل پیشنهادی مورد ارزیابی قرار گرفت. موافقت قابل قبول بین نتایج، حاکی از صحت و دقت مدل در توصیف رفتار ماده می‌باشد. در ادامه با استفاده از فرم جامع مدل، برای ماده تراکم‌ناپذیر دارای خواص هایپرویسکوالاستیک، ناهمسانگرد و دی‌الکتریک، به مطالعه تأثیر نرخ بارگذاری و میدان الکتریکی بر رفتار الاستومرهای تقویت شده با الیاف در زوایای گوناگون پرداخته شده‌است. نتایج به دست آمده از اعمال مدل بر یک مسئله نمونه نشان می‌دهد افزایش زاویه الیاف نسبت به افق، سبب کاهش بازه‌ی تنش، و افزایش تأثیر نرخ بارگذاری و میدان الکتریکی می‌شود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| الاستومر دی‌الکتریک؛ هایپرالاستیسیته؛ ناهمسانگردی؛ ویسکوالاستیسیته؛ مکانیک محیط‌های پیوسته غیرخطی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Developing an Analytical Model for Viscoelastic Anisotropic Dielectric Elastomer and Investigating the Rate Dependent Electromechanical Behavior | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Marzie Majidi؛ Masood Asgari | ||
| Mechanical Engineering Faculty, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| The studies on the behavior of dielectric elastomers, as one of the electroactive polymers, often focus on their hyperelastic and dielectric properties. However, the expansion of the use of these materials as actuators depend on a better understanding of the factors affecting their behavior, including viscoelasticity, as well as the possibility of adding new features such as anisotropy. In this work, a nonlinear coupled model was presented to describe the behavior of anisotropic hyper viscoelastic materials with dielectric properties using the development of fundamental relations in continuum mechanics and the study of governing equations. First, the proposed model was evaluated by stepwise comparing the results of the presented model with the experimental results reported in the available literature. The acceptable agreement between the results indicates the model’s accuracy in describing the material's behavior. Next, using the comprehensive form of the model, the effect of loading rate and electric field on the behavior of fiber-reinforced elastomers at various orientations has been studied. The results from applying the model to a sample problem show that increasing the angle of the fibers relative to the horizon reduces the stress range and increases the impact of the loading rate and electric field. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Dielectric elastomers, Hyperelasticity, Anisotropy, Viscoelasticity, Nonlinear continuum mechanics | ||
| مراجع | ||
|
[1] R. Pelrine, R. Kornbluh, Q. Pei, J. Joseph, High-speed electrically actuated elastomers with strain greater than 100%, Science, 287(5454) (2000) 836-839. [2] S. Bauer, S. Bauer‐Gogonea, I. Graz, M. Kaltenbrunner, C. Keplinger, R. Schwödiauer, 25th anniversary article: a soft future: from robots and sensor skin to energy harvesters, Advanced Materials, 26(1) (2014) 149-162. [3] Q. Pei, M. Rosenthal, S. Stanford, H. Prahlad, R. Pelrine, Multiple-degrees-of-freedom electroelastomer roll actuators, Smart materials and structures, 13(5) (2004) N86. [4] F. Carpi, A. Mannini, D. De Rossi, Elastomeric contractile actuators for hand rehabilitation splints, in: Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) 2008, SPIE, 2008, pp. 37-46. [5] F. Carpi, G. Frediani, S. Turco, D. De Rossi, Bioinspired tunable lens with muscle‐like electroactive elastomers, Advanced functional materials, 21(21) (2011) 4152-4158. [6] R.E. Pelrine, R.D. Kornbluh, J.P. Joseph, Electrostriction of polymer dielectrics with compliant electrodes as a means of actuation, Sensors and Actuators A: Physical, 64(1) (1998) 77-85. [7] G. Kofod, Dielectric elastomer actuators, The Technical University of Denmark, 2001. [8] H. Kim, S. Oh, K. Hwang, H. Choi, J. Jeon, J. Nam, Actuator model of electrostrictive polymers (EPs) for microactuators, in: Smart Structures and Materials 2001: Electroactive Polymer Actuators and Devices, SPIE, 2001, pp. 482-490. [9] S. Son, Nonlinear electromechanical deformation of isotropic and anisotropic electro-elastic materials, Virginia Tech, 2011. [10] H. Yong, X. He, Y. Zhou, Electromechanical instability in anisotropic dielectric elastomers, International Journal of Engineering Science, 50(1) (2012) 144-150. [11] A. Ahmadi, M. Asgari, Nonlinear coupled electro-mechanical behavior of a novel anisotropic fiber-reinforced dielectric elastomer, International Journal of Non-Linear Mechanics, 119 (2020) 103364. [12] M. Jandron, D.L. Henann, Electromechanical instabilities in periodic dielectric elastomer composites, International Journal of Solids and Structures, 191 (2020) 220-242. [13] E. Yang, M. Frecker, E. Mockensturm, Viscoelastic model of dielectric elastomer membranes, in: Smart Structures and Materials 2005: Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD), SPIE, 2005, pp. 82-93. [14] W. Hong, Modeling viscoelastic dielectrics, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 59(3) (2011) 637-650. [15] C. Chiang Foo, S. Cai, S. Jin Adrian Koh, S. Bauer, Z. Suo, Model of dissipative dielectric elastomers, Journal of Applied Physics, 111(3) (2012) 034102. [16] A. York, J. Dunn, S. Seelecke, Experimental characterization of the hysteretic and rate-dependent electromechanical behavior of dielectric electro-active polymer actuators, Smart Materials and Structures, 19(9) (2010) 094014. [17] M. Wissler, E. Mazza, Modeling and simulation of dielectric elastomer actuators, Smart Materials and structures, 14(6) (2005) 1396. [18] J.-S. Plante, S. Dubowsky, On the performance mechanisms of dielectric elastomer actuators, Sensors and Actuators A: Physical, 137(1) (2007) 96-109. [19] N. Kumar, V.V. Rao, Hyperelastic Mooney-Rivlin model: determination and physical interpretation of material constants, Parameters, 2(10) (2016) 01. [20] J. Simo, R. Taylor, Penalty function formulations for incompressible nonlinear elastostatics, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 35(1) (1982) 107-118. [21] G.A. Holzapfel, T.C. Gasser, R.W. Ogden, A new constitutive framework for arterial wall mechanics and a comparative study of material models, Journal of elasticity and the physical science of solids, 61(1) (2000) 1-48. [22] A. Büschel, S. Klinkel, W. Wagner, Dielectric elastomers–numerical modeling of nonlinear visco‐electroelasticity, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 93(8) (2013) 834-856. [23] Z.M. Ghahfarokhi, M. Salmani-Tehrani, M.M. Zand, S. Esmaeilian, A New Viscous Potential Function for Developing the Viscohyperelastic Constitutive Model for Bovine Liver Tissue: Continuum Formulation and Finite Element Implementation, International Journal of Applied Mechanics, 12(03) (2020) 2050029. [24] L.D. Peel, Fabrication and mechanics of fiber-reinforced elastomers, Brigham Young University, 1998. [25] Y. Wang, B. Chen, Y. Bai, H. Wang, J. Zhou, Actuating dielectric elastomers in pure shear deformation by elastomeric conductors, Applied Physics Letters, 104(6) (2014) 064101. [26] S. Son, N. Goulbourne, Dynamic response of tubular dielectric elastomer transducers, International Journal of Solids and Structures, 47(20) (2010) 2672-2679. [27] T. Vu-Cong, C. Jean-Mistral, A. Sylvestre, Impact of the nature of the compliant electrodes on the dielectric constant of acrylic and silicone electroactive polymers, Smart Materials and Structures, 21(10) (2012) 105036. [28] L. Guo, Y. Lv, Z. Deng, Y. Wang, X. Zan, Tension testing of silicone rubber at high strain rates, Polymer Testing, 50 (2016) 270-275. [29] C. Löwe, X. Zhang, G. Kovacs, Dielectric elastomers in actuator technology, Advanced engineering materials, 7(5) (2005) 361-367. [30] F.S.C. Mustata, A. Mustata, Dielectric behaviour of some woven fabrics on the basis of natural cellulosic fibers, Advances in Materials Science and Engineering, (2014). | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 325 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 458 |
||