电致动聚合物致动器的动态响应研究

采用电场型电致动聚合物--介电弹性体(DE)制作了一种圆形致动器,在交流电压和直流脉动电压驱动下,分别研究了电压波形、幅值和频率的位移响应情况.实验结果表明,当幅值和频率相同、波形不同时,DE薄膜的驱动位移相差较大,在方波、正弦波和三角波电压下,其驱动位移依次减小.随着频率的增高,驱动位移的递减速度依次增大.当电压波形相同时,位移随电压幅值的增加而增大,随频率的增高而减小,均呈非线性关系,并且直流脉动电压比交流电压的驱动过程稳定.对比双向预拉伸2×2、3×3、4×4倍的DE致动器电致动实验结果可知,预拉伸4×4倍的DE致动器所需的驱动电场强度比预拉伸2×2倍和3×3倍的DE致动器所需的驱动电场强度高,从变形过程的稳定性、响应速度以及稳定变形条件下DE致动器所能承受的频率来看,预拉伸4×4倍的DE致动器优于预拉伸2×2倍和3×3倍的DE致动器.     

脉冲电压下介质膜的击穿寿命

该文测量了电应力作用下栅介质膜中陷阱电荷积累、以及在撤除应力后陷阱电荷减少的规律，在此基础上提出了解释脉冲应力下栅介质膜击穿寿命的模型。并对样品在直流电压与脉冲电压下的击穿寿命进行测量比较，发现随着脉冲频率的增加，栅介质膜击穿寿命增加，实验结果与模型预期的相符     

高应力幅循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响

U78CrV钢轨广泛应用于我国重载铁路,在服役过程中承受具有不同循环历史的滚动接触疲劳载荷,由此诱发的棘轮行为将加剧钢轨的疲劳失效。首先开展低应力幅和高应力幅下的非对称应力控制循环实验,随后进行具有不同循环周次高应力幅循环历史的低应力幅值循环实验,揭示应力幅和应力循环历史对U78CrV钢棘轮行为的影响。实验结果显示,U78CrV钢在非对称应力循环载荷作用下表现出显著的棘轮行为,应力幅的增加会提高棘轮应变和棘轮应变演化率;预加载的高应力幅循环周次越高,随后的低应力幅下的棘轮行为越明显;不同循环周次的高应力幅循环历史降低了低应力幅循环的棘轮应变率,但增加了耗散能密度;不同高应力幅循环历史下的低应力循环疲劳寿命与失效棘轮应变和稳定耗散能密度密切相关,随着失效棘轮应变和稳定耗散能密度的增加而降低。基于稳定耗散能密度建立了幂律函数,可以合理预测高应力幅循环历史的低应力循环疲劳寿命。研究结果对U78CrV钢轨的疲劳失效评估具有重要的参考价值。     

对接粘接结构的扭转疲劳损伤行为研究

通过圆柱对接试件的扭转疲劳实验,分析了平均剪应力、剪应力幅值和循环周期3个因素对粘接结构的应变变程、应变率和疲劳寿命的影响.结果表明:平均剪应力对粘接结构的循环加载应力-应变响应影响很大.在平均剪应力非零的情况下,有棘轮应变出现,并且棘轮应变随着平均剪应力的增加而增加,棘轮应变率也随之增加;在改变剪应力幅值,而平均剪应力为零的情况下,虽然粘接试件没有出现棘轮效应,但由于循环蠕变和循环软化的原因,循环加载的应力-应变的曲线斜率随着剪应力幅值的增加出现下降的趋势,剪应力幅值增加,应变变程也随之增加,同时剪应力幅值越高应变稳定期越短;在改变循环周期情况下,应变变程影响不大,只是随着循环周期的缩短,后期的循环软化略有增加;在疲劳寿命影响方面,随着平均剪应力和剪应力幅值的增加,疲劳寿命都明显下降,但循环周期对粘接试件的扭转疲劳寿命的影响不大.     

变频牵引电机线圈绝缘电老化规律的研究

为了解决大量变频电机线圈绝缘过早损坏的问题,采用变频牵引电机线圈作为试样,施加高压脉冲方波电压进行电老化试验,研究脉冲电源的电压幅值、脉冲频率、温度对变频牵引电机线圈试样寿命的影响规律.试验结果表明:电机线圈寿命随电压幅值和温度的增加成指数性衰减,而在13～20kHz范围内,试样寿命与频率成负线性关系;在老化条件相同时,同批次试样的寿命差距较大;试样击穿点几乎都发生在电磁线的弯曲部分和铜线棱角处.     

循环荷载作用下剑麻纤维加筋砂残余变形及刚度变化分析

通过一系列动三轴试验,研究了循环应力水平和围压对纤维加筋砂变形与刚度的影响,分析了不同围压和应力幅值条件下,纤维加筋砂的残余轴向应变、残余体积应变以及动态杨氏模量的动态响应规律.试验结果表明:随着循环应力水平的提高,残余轴向应变的发展呈现出塑性安定、塑性蠕变与塑性破坏3种不同的机制;应力幅值越大,残余轴向应变和残余体积...     

脉冲电压下介质膜的击寿命

该文测量了电应力作用下栅介质膜中陷阱电荷积累、以及在撤除应力后陷阱电荷减少的规律,在此基础上提出了解释脉冲应力下栅介质膜击穿寿命的模型。并对样品的直流电压与脉冲电压下的击筹命进行测量比较,发现随着脉冲频率的增加,栅介质膜击寿命增加,实验结果与模型预期的相符。     

电场活化聚合物变形特性有限元分析

电场活化聚合物(dielectric elastomer,DE)是一种高分子聚合物薄膜材料,该材料在电场力作用下会产生超弹性变形,且具有非线性特性。文章应用ANSYS有限元仿真分析方法,选取最适用的Ogden模型材料参数作为模型参数,通过对模型其他参数和边界的设定,构建出DE变形机理有限元模型;通过仿真实验对比分析了材料变形特性规律及影响因素,即驱动电压的变化、预拉伸的大小以及电极材料等因素影响着DE应变的响应。有限元仿真分析方法为DE变形机理特性研究提供了一种可行的创新方法。     

高铁齿轮钢18CrNiMo7-6循环变形行为 实验和本构模型

采用RPL100电子式蠕变疲劳试验机,对高铁齿轮钢18CrNiMo7-6开展了不同应变幅值下的对称应变循环实验,研究了齿轮钢在对称应变循环下的循环软硬化行为;对齿轮钢18CrNiMo7-6在不同应力工况下开展了非对称应力循环下单轴棘轮行为实验,研究了齿轮钢棘轮变形的演化规律.结果显示,在实验研究循环周次内齿轮钢18CrNiMo7-6在对称应变控制循环下表现出循环软化的特征,在非对称应力控制循环下呈现出衰减的棘轮应变率和常棘轮应变率两阶段.通过在Ohno-Abdel-Karim非线性随动硬化律中引入与累积塑性应变相关的棘轮参数的演化方程,建立了修正的循环弹塑性本构模型.模拟结果显示,该模型能够合理预测齿轮钢18CrNiMo7-6的循环软化特征和棘轮行为的演化规律.     

基于IPMC驱动器的小型遥控机器鱼的研制

IPMC智能材料具有驱动电压低、响应形变高的特性.利用这种智能材料为驱动器,设计了一种小型遥控机器鱼.该机器鱼可以由红外电视遥控器遥控,通过改变加在IPMC材料上的驱动电压的幅值和频率来控制机器鱼的游动方向和游动速度.在实验过程中,分别比较了在正弦波激励和方波激励下机器鱼的游动速度的差异,同时验证了驱动信号的幅值与频率对机器鱼游动速度的影响.通过实验有效地证明了IPMC材料作为驱动器的可行性.