基于二次正交回归实验的电场活化聚合物变形特性的建模与仿真研究

【摘要】：电场活化聚合物是电子型电活性聚合物中的一类膜状的绝缘塑料，其富有弹性、重量轻、驱动效率高、抗振动性能好，类似动物的肌肉诸多特点。特别是它在直流电场作用下会产生大幅度的应变，其变形率远大于压电陶瓷等传统的电致伸缩材料的特点，这就使得这类材料具备了作为微型机械中电致动器(Actuators)基础材料的可能性，甚至被视为将来在机器人、特别是微型机器人中作为制造人造肌肉的理想材料；同时也是构造未来更具柔性的微驱动器的最具优势的材料之一，在医疗、仿生机械微驱动和传感等方面具有极大的应用潜力。由于我国国内对电场活化聚合物的研究尚处在起步研究阶段，因此，我们开展了对电场活化聚合物变形特性的研究。 本文主要研究内容是以电场活化聚合物的选择到材料特性的试验研究为基础，采用二次正交回归试验方法建立了电场活化聚合物变形的模拟仿真数学模型，在AutoCAD平台上用Visual Lisp语言开发了电场活化聚合物变形机理模拟仿真程序，不仅有效地验证了对电场活化聚合物变形机理的研究结论，而且证明二次正交回归的试验方法所建立的数学模型是可行的，模拟仿真的效果令人满意。 本文的创新之处是通过实验定量地研究预应力大小对材料变形的影响，包括降低麦克斯韦应力、加快响应速度、减小介电常数、减少变形等等，这些影响在国外文献中曾定性地提及，但定量的分析未见报道，我们大量的实验数据充分填补了所缺的此项空白，从而为将来电场活化聚合物在不同场合的实际应用、特别是实现任何复杂运动、开发出任何复杂产品在动力学应用方面打下坚实的理论基础。