圆形介电弹性体薄膜作动器的黏弹性力电稳定性研究

来源：计算力学学报杂志2025年第6期北京时间：

作者：缪广红,袁成,楚翔宇,李顺

单位：安徽理工大学 力学与光电物理学院, 淮南 232001,安徽理工大学 土木建筑学院, 淮南 232001,安徽理工大学 土木建筑学院, 淮南 232001,安徽理工大学 力学与光电物理学院, 淮南 232001

摘要：为分析圆形介电弹性体薄膜作动器在恒定电压和外力共同作用下的黏弹性力电行为,本文基于非平衡热力学原理,结合了非线性耗散电介质理论,以及Gent模型和黏弹性特性,建立了适用于圆形介电弹性体薄膜作动器的数学模型。通过应用打靶法和改进欧拉法对模型进行数值求解,并依据力电不稳定性发生的临界条件,对不同电压条件下圆形介电弹性体薄膜的力电响应进行了模拟。研究结果揭示了电压对圆形介电弹性体薄膜力电响应特性的显著影响,尤其在恒定外力和电压接近临界值时,薄膜的稳定性和力电响应特性会发生明显变化。在低电压条件下,薄膜上各物理量随时间展现出稳定趋势,表现出良好的力电稳定状态。相对地,在高电压条件下,薄膜的各物理量随时间变化表明,一旦真实电压超过该时刻的临界电压,薄膜将无法维持稳定状态,可能导致发生力电不稳定现象,进而引起材料失效。研究结果以期为圆形介电弹性体作动器的设计和优化提供一定的参考。

关键词：介电弹性体薄膜,力电行为,黏弹性,力电稳定性,数值模拟,

基金资助：国家自然科学基金(11902003)资助项目.