Конечные деформации двухслойной диэлектрической нелинейно-упругой анизотропной трубки под действием электрического поля
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu01.2023.211Аннотация
В работе рассматривается задача о конечных деформациях диэлектрической трубки под действием электрического поля. Трубка состоит из двух слоев, каждый из которых спирально армирован волокнами. Углы намотки волокон в каждом слое разные. На внутреннюю и внешнюю поверхности трубки и между слоями нанесены гибкие электроды. Электрическое поле наводится путем подачи напряжения на первый или второй слой, т. е. либо на электроды внутренней поверхности и между слоями, либо на электроды между слоями и внешней поверхности. При анализе рассматривается простая модель электроактивного анизотропного несжимаемого материала. Функция потенциальной энергии представляется суммой энергии изотропной матрицы в форме Джента, простейшей электрической составляющей и энергии армирующих волокон. С помощью полуобратного представления задача статики трехмерного тела сводится к интегральным уравнениям относительно параметров деформирования трубки: радиуса внешнего слоя, кратности продольного удлинения и угла закручивания. Исследуется влияние толщины слоев на деформацию трубки при квазистатическом увеличении электрического напряжения. Целью работы является определение таких соотношений толщин слоев, при которых подача напряжения на разные слои будет приводить к закручиванию трубки в разные стороны.Ключевые слова:
нелинейная электроупругость, диэлектрический эластомер, армирование, трубчатые приводы, мягкие роботы
Скачивания
Данные скачивания пока недоступны.
Библиографические ссылки
Литература
1. R¨ontgen W. C. Ueber die durch Electricit¨at bewirkten Form- und Volumen¨anderungen von dielectrischen K¨orpern. Annalen der Physik 247 (13), 771-786 (1880).
2. Quincke G. IV. On electrical expansion. The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 10 (59), 30-39 (1880).
3. Gupta U., Qin L., Wang Y., Godaba H., Zhu J. Soft robots based on dielectric elastomer actuators: A review. Smart Materials and Structures 28 (10), 103002 (2019). https://doi.org/10.1088/1361-665X/AB3A77
4. Lu T., Ma C., Wang T. Mechanics of dielectric elastomer structures: A review. Extreme Mechanics Letters 38, 100752 (2020). https://doi.org/10.1016/j.eml.2020.100752
5. Guo Y., Liu L., Liu Y., Leng J. Review of Dielectric Elastomer Actuators and Their Applications in Soft Robots. Advanced Intelligent Systems 3, 2000282 (2021). https://doi.org/10.1002/aisy.202000282
6. Dorfmann L., Ogden R. W. Nonlinear theory of electroelastic and magnetoelastic interactions. New York, Springer (2014).
7. Melnikov A., Ogden R.W. Finite deformations of an electroelastic circular cylindrical tube. Zeitschrift f¨ur angewandte Mathematik und Physik 67 (6), 140 (2016). https://doi.org/10.1007/s00033-016-0733-0
8. He L., Lou J., Du J. Analytical solutions for inextensible fiber-reinforced dielectric elastomer torsional actuators. Journal of Applied Mechanics 84 (5), 051003 (2017). https://doi.org/10.1115/1.4036193
9. He L., Lou J., Du J., Wu H. Voltage-induced torsion of a fiber-reinforced tubular dielectric elastomer actuator. Composites Science and Technology 140, 106-115 (2017). https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2016.12.032
10. Kolesnikov A. M. Finite deformations of a non-linearly elastic electrosensitive tube reinforced by two fiber families. Continuum Mechanics and Thermodynamics 34, 1237-1255 (2022). https://doi.org/10.1007/s00161-022-01118-3
11. Лурье А. И. Нелинейная теория упругости. Москва, Наука (1980).
12. Goriely A., Tabor M. Rotation, inversion and perversion in anisotropic elastic cylindrical tubes and membranes. Proc. R. Soc. A. 469 (2153), 20130011 (2013). https://doi.org/10.1098/rspa.2013.0011
13. Lu T. Q., Suo Z. G. Large conversion of energy in dielectric elastomers by electromechanical phase transition. Acta Mechanica Sinica 28 (4), 1106-1114 (2012). https://doi.org/10.1007/s10409-012-0091-x
14. Bazaev K., Cohen N. Electrically-induced twist in geometrically incompatible dielectric elastomer tubes. International Journal of Solids and Structures, 111707 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2022.111707
References
1. R¨ontgen W. C. Ueber die durch Electricit¨at bewirkten Form- und Volumen¨anderungen von dielectrischen K¨orpern. Annalen der Physik 247 (13), 771-786 (1880).
2. Quincke G. IV. On electrical expansion. The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 10 (59), 30-39 (1880).
3. Gupta U., Qin L., Wang Y., Godaba H., Zhu J. Soft robots based on dielectric elastomer actuators: A review. Smart Materials and Structures 28 (10), 103002 (2019). https://doi.org/10.1088/1361-665X/AB3A77
4. Lu T., Ma C., Wang T. Mechanics of dielectric elastomer structures: A review. Extreme Mechanics Letters 38, 100752 (2020). https://doi.org/10.1016/j.eml.2020.100752
5. Guo Y., Liu L., Liu Y., Leng J. Review of Dielectric Elastomer Actuators and Their Applications in Soft Robots. Advanced Intelligent Systems 3, 2000282 (2021). https://doi.org/10.1002/aisy.202000282
6. Dorfmann L., Ogden R. W. Nonlinear theory of electroelastic and magnetoelastic interactions. New York, Springer (2014).
7. Melnikov A., Ogden R.W. Finite deformations of an electroelastic circular cylindrical tube. Zeitschrift f¨ur angewandte Mathematik und Physik 67 (6), 140 (2016). https://doi.org/10.1007/s00033-016-0733-0
8. He L., Lou J., Du J. Analytical solutions for inextensible fiber-reinforced dielectric elastomer torsional actuators. Journal of Applied Mechanics 84 (5), 051003 (2017). https://doi.org/10.1115/1.4036193
9. He L., Lou J., Du J., Wu H. Voltage-induced torsion of a fiber-reinforced tubular dielectric elastomer actuator. Composites Science and Technology 140, 106-115 (2017). https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2016.12.032
10. Kolesnikov A. M. Finite deformations of a non-linearly elastic electrosensitive tube reinforced by two fiber families. Continuum Mechanics and Thermodynamics 34, 1237-1255 (2022). https://doi.org/10.1007/s00161-022-01118-3
11. Лурье А. И. Нелинейная теория упругости. Москва, Наука (1980).
12. Goriely A., Tabor M. Rotation, inversion and perversion in anisotropic elastic cylindrical tubes and membranes. Proc. R. Soc. A. 469 (2153), 20130011 (2013). https://doi.org/10.1098/rspa.2013.0011
13. Lu T. Q., Suo Z. G. Large conversion of energy in dielectric elastomers by electromechanical phase transition. Acta Mechanica Sinica 28 (4), 1106-1114 (2012). https://doi.org/10.1007/s10409-012-0091-x
14. Bazaev K., Cohen N. Electrically-induced twist in geometrically incompatible dielectric elastomer tubes. International Journal of Solids and Structures, 111707 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2022.111707
Загрузки
Опубликован
10.05.2023
Как цитировать
Колесников, А. М., & Летунова, Д. А. (2023). Конечные деформации двухслойной диэлектрической нелинейно-упругой анизотропной трубки под действием электрического поля. Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия, 10(2), 305–314. https://doi.org/10.21638/spbu01.2023.211
Выпуск
Раздел
Механика
Лицензия
Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
