柔性波浪能发电机发电环的老化特性研究

来源 :浙江师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laoyang2009123456
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介电弹性体(DE,Dielectric Elastomer)因其具有柔性好,变形大,比能量密度和转换效率高等优点,在驱动和发电领域已成为全球重点研究的新型材料,因此评估介电弹性体的寿命具有重要意义。传统波浪能发电机大多基于刚性结构捕获和转换能量,具有成本高、适应性和可控性差等共性问题,本文提出了一种利用介电弹性体发电的柔性波浪能发电机,着重研究其波能转换装置-介电弹性体发电环的寿命特性。介电弹性体发电环由介电弹性体材料、柔性电极、电引线、偏置电源等组成。介电弹性体材料在不同的外部环境下,如不同的电压,不同的拉力压力等情况下表现出不同的寿命情况。本文研究的介电弹性体发电环工作在不同电压,高湿度的环境下,并且其性能受到本身发电环柔性电极、电引线等影响。因此,本文主要对介电弹性体发电环进行电老化寿命研究和机械疲劳老化寿命研究,探究其寿命模型以及影响因素。本文的主要研究内容如下:(1)介电弹性体的发电环老化理论研究。提出了一种柔性波浪能发电机结构,阐述了波浪能发电机,尤其是介电弹性体环的发电原理,着重研究了发电环老化寿命问题。在电老化寿命模型理论基础上,比较了几种加速老化实验方法。在选取合适的实验方法后,利用双weibull参数法分析数据原理。最后在机械疲劳老化条件下,对几种疲劳损伤参数进行了分析介绍。(2)介电弹性体的电老化寿命研究分析。采用了步进电压法对介电弹性体进行电老化加速实验,并用恒定电压法进行对比分析。利用双weibull参数法对收集的实验数据进行了数值分析,并用最大似然估计思想的方法进行验算。对比结果表明两种试验方法结果近似,而步进升压法实验耗时更少。得到了两种介电弹性体电老化寿命模型,VH4910材料比VHB4905具有更好的寿命。实验结果表示在普通工作电压下,介电弹性体发电环具有足够长的使用寿命。(3)介电弹性体的机械疲劳寿命研究。利用双轴拉伸试验确立了介电弹性体发电环的本构模型,将VHB4910介电弹性体SN寿命曲线与本抅模型代入ABAQUS以及Fe-safe软件,仿真研究发电环机械疲劳寿命,得到了介电弹性体发电环SN寿命仿真曲线。利用电容表征发电环寿命,搭建寿命测试试验台进行机械疲劳试验。结果表明,介电弹性体发电环寿命不仅受机械拉伸影响,也受其柔性电极、电引线影响。
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