توسعه مدل تحلیلی برای الاستومر دی‌الکتریک ناهمسانگرد ویسکوالاستیک و مطالعه رفتار الکترومکانیکی وابسته به نرخ

مطالعات انجام شده بر رفتار الاستومرهای دی‌الکتریک‌، به عنوان یکی از انواع پلیمرهای فعال الکتریکی، اغلب متمرکز بر خواص هایپرالاستیک و دی‌الکتریک آن‌ها می‌باشد. اما گسترش استفاده از این مواد به عنوان عملگر در صنعت وابسته به شناخت بهتر عوامل موثر بر رفتار آن‌ها ، از جمله ویسکوالاستیسیته و همینطور امکان افزودن ویژگی‌های نوین همچون ناهمسانگردی به این دسته الاستومرها است. در این پژوهش با استفاده از توسعه روابط پایه در مکانیک محیط‌های پیوسته و مطالعه‌ی معادلات حاکم، یک مدل کوپل غیرخطی برای توصیف رفتار ماده هایپرویسکوالاستیک ناهمسانگرد با خاصیت دی‌الکتریک ارائه شده است. ابتدا با مقایسه گام به گام بین نتایج حاصل از قسمت‌های تشکیل دهنده مدل ارائه شده و نتایج تجربی گزارش شده در منابع موجود، مدل پیشنهادی مورد ارزیابی قرار گرفت. موافقت قابل قبول بین نتایج، حاکی از صحت و دقت مدل در توصیف رفتار ماده می‌باشد. در ادامه با استفاده از فرم جامع مدل، برای ماده تراکم‌ناپذیر دارای خواص هایپرویسکوالاستیک، ناهمسانگرد و دی‌الکتریک، به مطالعه تاثیر نرخ بارگذاری و میدان الکتریکی بر رفتار الاستومرهای تقویت شده با الیاف در زوایای گوناگون پرداخته شده‌است. نتایج به دست آمده از اعمال مدل بر یک مسئله نمونه نشان می‌دهد افزایش زاویه الیاف نسبت به افق، سبب کاهش بازه‌ی تنش، و افزایش تاثیر نرخ بارگذاری و میدان الکتریکی می‌شود.

developing an analytical model for viscoelastic anisotropic dielectric elastomer and investigating the rate dependent electromechanical behavior

the studies on the behavior of dielectric elastomers, as one of the electroactive polymers, often focus on their hyperelastic and dielectric properties. however, the expansion of the use of these materials as actuators depend on a better understanding of the factors affecting their behavior, including viscoelasticity, as well as the possibility of adding new features such as anisotropy. in this work, a nonlinear coupled model was presented to describe the behavior of anisotropic hyper viscoelastic materials with dielectric properties using the development of fundamental relations in continuum mechanics and the study of governing equations. first, the proposed model was evaluated by stepwise comparing the results of the presented model with the experimental results reported in the available literature. the acceptable agreement between the results indicates the model’s accuracy in describing the material’s behavior. next, using the comprehensive form of the model, the effect of loading rate and electric field on the behavior of fiber-reinforced elastomers at various orientations has been studied. the results from applying the model to a sample problem show that increasing the angle of the fibers relative to the horizon reduces the stress range and increases the impact of the loading rate and electric field.