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离子交换树脂金属复合材料基础特性及电致变形模型研究

唐运军  
【摘要】: 基于IPMC材料的基体材料的分子结构和IPMC材料制备过程中发生的化学反应,找到了一种IPMC材料的制备方法,制备出了在电刺激下能产生大变形的IPMC材料。 基于弹性介质本构关系理论,导出了便于实际应用的超弹性介质的本构方程,并对制备的IPMC材料进行了精密拉伸实验,测定了其弹性模量和泊松比,证实了其具有各向同性特性,从而确定了其本构方程中的基本参数,得出了便于实际应用的IPMC材料的本构方程。 同时,对制备的IPMC材料建立了悬臂梁装置,并对其进行了电刺激反应特性测试。测试得出了在直流电压刺激下悬臂端的末端位移与刺激电压大小的关系曲线及在方波电压刺激下末端位移与刺激电压频率的关系曲线。电压大小关系曲线说明,末端位移在电压大小为5V左右时达到饱和状态,再增大电压,末端位移会有下降的趋势。频率关系曲线说明,当施加的刺激电压的频率小于30mHz时,IPMC材料能充分的变形,直到达到最大位移;当刺激电压的频率大于30mHz时,随着频率的增加,悬臂端的变形会逐渐减小,且在30mHz~100mHz之间时下降迅速。 结合IPMC材料本构关系的研究结果,在导出悬臂梁挠曲线方程的大变形解法的基础上,建立了IPMC材料悬臂装置的力学模型;再结合电刺激反应特性测试中所得出的曲线拟合方程,建立了IPMC材料的机电转换方程。并用由机电转换模型建立的变形曲线与实测变形曲线对比的方法,证实了机电转换模型的有效性。


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