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第1章 绪论1

1.1介电弹性体材料及其基本特性3

1.1.1 DE材料聚合物薄膜4

1.1.2 DE材料的柔性电极6

1.2 DE材料的研究进展8

1.2.1新型DE材料研发的进展8

1.2.2 DE材料电致变形性能的研究进展10

1.2.3 DE材料变形机理的研究进展13

1.2.4 DE材料力电耦合理论研究进展14

1.3 DE材料的发展前景16

参考文献18

第2章DE材料电致变形力电耦合模型及稳定性22

2.1 DE材料力电耦合模型发展历程22

2.2基于热力学理论的DE材料电致变形力电耦合模型24

2.2.1基于DE材料的平面驱动器热力学模型24

2.2.2 DE材料应变能模型27

2.3 DE材料力电耦合变形的稳定性29

2.3.1 DE材料的失稳现象29

2.3.2 DE材料失稳机理33

2.3.3非线性极化对突跳失稳的影响37

2.4 DE材料力电耦合失稳现象的利用42

2.4.1突跳失稳的利用42

2.4.2凹坑失稳的利用43

2.5本章小结45

参考文献46

第3章DE材料的基本力电性能49

3.1 DE材料的力电性能实验方法概述49

3.1.1 DE材料介电性能测试的实验仪器及方法49

3.1.2 DE材料力学性能测试的实验仪器及方法51

3.2频率对DE材料力电特性的影响53

3.2.1频率对DE材料介电性能的影响53

3.2.2频率对DE材料力学性能的影响56

3.3温度对DE材料力电特性的影响57

3.3.1温度对DE材料介电性能的影响57

3.3.2温度对DE材料力学性能的影响60

3.4预拉伸对DE材料力电特性的影响62

3.4.1预拉伸对DE材料介电性能的影响62

3.4.2预拉伸对DE材料力学性能的影响64

3.5 DE材料的力电耦合效率64

3.5.1 DE材料的应变系数64

3.5.2 DE材料的机械效率66

3.5.3 DE材料的电效率68

3.5.4 DE材料的力电耦合效率69

3.6 DE材料的电荷泄漏性能70

3.7本章小结76

参考文献77

第4章 预拉伸对DE材料力电耦合特性影响的分析80

4.1预拉伸对固体电介质极化的影响80

4.1.1极化的微观机理和表达80

4.1.2极化内微观电场和宏观电场的关系81

4.2高分子聚合物材料的制约取向极化行为84

4.2.1制约取向极化现象84

4.2.2 DE材料制约取向极化数学模型85

4.2.3预拉伸对取向极化的影响87

4.3预拉伸对力电耦合变形和稳定性的影响88

4.3.1考虑制约取向极化的DE材料本构关系88

4.3.2预拉伸对电致变形与稳定性的影响89

4.4预拉伸对DE材料力学性能及力电耦合行为的影响91

4.5预拉伸的实现技术93

4.5.1机械预拉伸技术93

4.5.2双网络互穿聚合物的预拉伸技术95

4.6本章小结96

参考文献96

第5章 温度对DE材料力电耦合特性影响分析98

5.1温度对DE材料力电耦合特性的实验研究98

5.1.1实验平台及试件98

5.1.2 DE材料力电耦合特性实验结果100

5.2 DE材料热-力-电耦合理论模型101

5.2.1 DE材料的热-力-电的自由能模型101

5.2.2 DE材料热-力-电耦合本构方程102

5.3温度对DE材料力电耦合稳定性的影响104

5.3.1温度对力电失稳的影响105

5.3.2温度对失去张力失稳现象的影响106

5.3.3温度对电击穿失效的影响107

5.3.4温度对材料机械强度极限的影响110

5.3.5稳定性区域110

5.4温度及预拉伸对DE材料力电耦合性能的影响112

5.4.1温度及预拉伸变形对DE材料介电常数的影响112

5.4.2温度及预拉伸变形影响下的DE材料力电耦合特性113

5.5本章小结117

参考文献117

第6章DE材料的黏弹性及其对性能的影响分析119

6.1黏弹性DE的力电耦合模型119

6.2黏弹性对DE材料预拉伸作用的影响123

6.2.1黏弹性引起的DE材料松弛变形对预拉伸作用的影响123

6.2.2黏弹性对预拉伸后DE材料介电强度的影响123

6.2.3黏弹性对预拉伸后DE材料力电耦合失稳的影响125

6.3直流电压下DE材料的蠕变行为及其抑制方法127

6.4交流电压下的DE材料的蠕变行为及其抑制方法130

6.4.1控制方程的建立130

6.4.2数值计算结果和讨论132

6.5本章小结137

参考文献137

第7章DE材料的动态特性分析139

7.1 DE材料驱动器的动力学建模方法139

7.1.1基于虚功原理的DE材料驱动器建模方法139

7.1.2基于欧拉-拉格朗日方程的DE材料驱动器建模方法141

7.2 DE材料的非线性动态特性144

7.2.1 DE材料驱动器的固有频率分析144

7.2.2 DE材料驱动器的非线性动态响应特性分析146

7.3温度对DE材料驱动器动态特性的影响154

7.4频率对DE材料驱动器动态特性的影响157

7.5本章小结160

参考文献160

第8章DE材料电荷驱动及电荷泄漏的影响162

8.1电荷驱动下的DE材料驱动器162

8.1.1电荷驱动下DE材料的力电耦合模型162

8.1.2电荷驱动和电压驱动下DE材料的力电耦合行为比较165

8.2 DE材料的电荷泄漏特性167

8.3电荷泄漏对电荷驱动下DE材料性能的影响及补偿方法170

8.3.1电荷泄漏对DE材料性能的影响170

8.3.2面向稳定变形的电荷泄漏补偿方法173

8.4电荷泄漏对DE材料动态性能的影响175

8.5本章小结180

参考文献180

第9章 不同变形条件下DE材料的力电耦合特性181

9.1不同变形模式下DE材料的静态变形行为181

9.1.1 DE材料驱动器的不同变形模式181

9.1.2不同变形模式下的力电耦合分析模型183

9.1.3不同变形模式下力电耦合行为分析186

9.2不同力学边界下DE材料驱动器的动态特性188

9.2.1弹簧边界189

9.2.2阻挡力边界192

9.2.3双DE材料薄膜构成的边界193

9.3 DE材料的离面起皱现象199

9.3.1不规则的起皱现象200

9.3.2规则的褶皱现象206

9.4本章小结210

参考文献211

第10章DE材料驱动器力电耦合大变形有限元数值模拟及应用213

10.1引言213

10.2 DE材料力电耦合大变形分析理论214

10.3有限元离散及迭代求解216

10.4 DE材料本构关系218

10.5 DE材料力电耦合大变形数值模拟算例219

10.6本章小结226

参考文献226

第11章 离子导体驱动DE的基本理论及其应用228

11.1引言228

11.2离子导体驱动DE的基本理论230

11.2.1离子导体驱动DE的工作原理230

11.2.2离子导体驱动DE热力学理论232

11.3离子导体性能及其对DEA的影响235

11.3.1离子导体的稳定性235

11.3.2离子导体对DEA力电耦合变形的影响238

11.4离子导体的应用239

11.4.1离子导体驱动的DE传感器和离子导线239

11.4.2离子导体驱动的柔性DE电致发光器件241

11.5本章小结242

参考文献243

第12章 基于DE材料的驱动器结构设计245

12.1单层DE材料驱动器结构设计245

12.1.1单层DE材料面内变形驱动器245

12.1.2单层DE材料面外变形驱动器251

12.2多层堆栈式DE材料驱动器结构设计253

12.2.1多层DE材料堆栈式结构制备方法254

12.2.2多层DE材料堆栈式结构的应用257

12.3圆柱形DE材料驱动器结构设计260

12.3.1圆柱形DE材料直线驱动器260

12.3.2圆柱形DE材料弯曲驱动器263

12.4本章小结268

参考文献269

第13章 基于DE材料的能量收集理论与实践271

13.1基于DE材料的能量收集工作原理272

13.2基于DE材料的能量收集系统在不同变形模式下的能量计算277

13.3基于DE材料的能量收集国内外研究进展281

13.3.1基于DE材料能量收集行为的理论研究进展282

13.3.2基于DE材料能量收集的结构设计研究284

13.3.3面向DE材料能量收集的电路研究292

13.4基于DE材料的能量收集实验295

13.5本章小结300

参考文献301

第14章 基于DE材料的传感器结构设计305

14.1 DE材料的传感原理305

14.2平面形DE材料传感器306

14.2.1压力传感器306

14.2.2拉伸传感器309

14.2.3多功能传感器311

14.3筒形DE材料传感器314

14.4具有表面微结构的DE材料传感器316

14.5 DE材料传感器的电容测量技术319

参考文献322