Giải pháp phân tích ổn định động của vật liệu điện môi đàn nhớt mềm
DOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.208.2025.158-166Từ khóa:
Điện môi đàn hồi; ổn định động; Robot mềm.Tóm tắt
Các vật liệu đàn hồi điện môi (DEs) thể hiện biến dạng cơ điện rõ rệt dưới kích thích điện áp cao, một phản ứng được kích hoạt bởi các tính chất siêu đàn hồi nội tại của chúng. Khi tiếp xúc với các trường điện xoay chiều, DEs thể hiện động lực học rung động phi tuyến phức tạp, chứng tỏ tiềm năng của chúng trong các ứng dụng kích hoạt cơ điện động và robot mềm. Như đã biết rõ, các đặc tính động của các hệ thống rung động, bao gồm cả hệ thống vật liệu đàn hồi điện môi, thể hiện hành vi phụ thuộc tần số của vật liệu.Trong nghiên cứu này, một mô hình lưu biến tổng quát hiệu quả được sử dụng để đặc trưng hóa hành vi phản ứng cơ điện của vật liệu đàn hồi điện môi. Quá trình tiến hóa ổn định động được nghiên cứu một cách có hệ thống dưới các điện áp kích thích xoay chiều với tần số khác nhau. Dựa trên các ứng dụng hiện tại của vật liệu đàn hồi điện môi, nghiên cứu này đóng góp một phương pháp mô hình hóa hiệu quả để phân tích hành vi động của DEs, cung cấp hướng dẫn có giá trị cho việc thiết kế và triển khai thực tế các bộ truyền động mềm và hệ thống robot dựa trên vật liệu đàn hồi điện môi.
Tài liệu tham khảo
[1]. Pei, Q., R. Pelrine, S. Stanford, R. Kornbluh, and M. Rosenthal, “Electroelastomer rolls and their application for biomimetic walking robots”, Synthetic Metals, Vol. 135, 129–131, (2003).
[2]. O’Halloran, A., F. O’Malley, and P. McHugh, “A review on dielectric elastomer actuators, technology, applications, and challenges”, Journal of Applied Physics, Vol. 104, No. 7, (2008).
[3]. Carpi, F., R. Kornbluh, P. Sommer-Larsen, D. De Rossi, and G. Alici, “Guest editorial introduction to the focused section on electroactive polymer mechatronics”, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 16, No. 1, 1–8, (2010).
[4]. Liu, L., Y. Liu, and J. Leng, “Theory progress and applications of dielectric elastomers”, International Journal of Smart and Nano Materials, Vol. 4, No. 3, 199–209, (2013).
[5]. Zhang, J., H. Chen, and D. Li, “Nonlinear dynamical model of a soft viscoelastic dielectric elastomer”, Physical Review Applied, Vol. 8, No. 6, 064016, (2017).
[6]. Zhao, X., W. Hong, and Z. Suo, “Electromechanical hysteresis and coexistent states in dielectric elastomers”, Physical Review B, Vol. 76, No. 13, 134113, (2007).
[7]. Zhao, X., and Q. Wang, “Harnessing large deformation and instabilities of soft dielectrics: Theory, experiment, and application”, Applied Physics Reviews, Vol. 1, No. 2, (2014).
[8]. Lu, Z., M. Shrestha, and G.-K. Lau, “Electrically tunable and broader-band sound absorption by using micro-perforated dielectric elastomer actuator”, Applied Physics Letters, Vol. 110, No. 18, (2017).
[9]. Zhu, J., S. Cai, and Z. Suo, “Resonant behavior of a membrane of a dielectric elastomer”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 47, No. 24, 3254–3262, (2010).
[10]. Zhang, J., et al., “Coupled nonlinear oscillation and stability evolution of viscoelastic dielectric elastomers”, Soft Matter, Vol. 11, No. 38, 7483–7493, (2015).
[11]. Xu, B.-X., et al., “Dynamic analysis of dielectric elastomer actuators”, Applied Physics Letters, Vol. 100, No. 11, (2012).
[12]. Zhang, J., et al., “Modeling of the dynamic characteristic of viscoelastic dielectric elastomer actuators subject to different conditions of mechanical load”, Journal of Applied Physics, Vol. 117, No. 8, (2015).
[13]. Lei Liu, Hualing Chen, Junjie Sheng, Junshi Zhang, Yongquan Wang, Shuhai Jia, “Experimental study on the dynamic response of in-plane deformation of dielectric elastomer under alternating electric load”, Smart Materials and Structures, Vol. 23, No. 2, 025037, (2014).
[14]. Gu, G.-Y., et al., “Modeling of viscoelastic electromechanical behavior in a soft dielectric elastomer actuator”, IEEE Transactions on Robotics, Vol. 33, No. 5, 1263–1271, (2017).
[15]. Nguyen, T. D., et al., “Viscoelasticity modeling of dielectric elastomers by Kelvin–Voigt–generalized Maxwell model”, Polymers, Vol. 13, No. 13, 2203, (2021).
[16]. Zhang, J., et al., “Viscoelastic creep and relaxation of dielectric elastomers characterized by a Kelvin–Voigt–Maxwell model”, Applied Physics Letters, Vol. 110, No. 4, (2017).
[17]. Yang, E., M. Frecker, and E. Mockensturm, “Viscoelastic model of dielectric elastomer membranes”, Smart Structures and Materials 2005: Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD), Vol. 5759, SPIE, (2005).
