智能材料是一种新型的功能性材料,20世纪90年代开始迅速发展。与传统的性能、功能单一的材料不同,智能材料是指具有感知环境刺激,对之进行分析、处理、判断,并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。液晶弹性体是高分子智能材料中的一种新型材料。液晶弹性体特殊的分子结构使其同时具有液晶和弹性体的双重特性。液晶系统的自组织特性和聚合物网络的弹性所带来的灵活性允许其在应用刺激下产生大而可逆的各向异性维度变化。向列相液晶弹性体膜在单向拉伸作用下,其内部的液晶单体发生转动并进而导致薄膜两端发生剪切倾斜,这种简单作用诱发的剪切效应在人造肌肉、微纳器件及生物医疗等领域有潜在应用。液晶弹性体膜被制作成气球作为气动人工肌肉时呈现出奇异的充气行为,同时液晶弹性体气球在充气过程中也可能因内部初始倾斜液晶单体发生转动而具有剪切旋转效应。液晶弹性体的指向矢重新取向,导致了弹性体得宏观形变,在不同轴向拉力作用情形下,气球充气过程表现出丰富多样的旋转行为以及膨胀行为。本文基于向列相弹性体的基本弹性理论,首次研究并揭示了含倾斜液晶单元的向列相液晶弹性体气球在轴向拉伸和充气共同作用下的旋转行为和机理。本文行为如下。首先,建立了含倾斜液晶单体的向列相液晶弹性体气球模型,并推导控制方程。接着,通过数值求解得到气球在充气过程中环向、轴向、体积、液晶单体倾斜角和旋转角的变化量。通过对计算的数值结果进行绘图整理和分析,最终得出结论。结果表明,轴向力和液晶单体初始倾角对充气行为具有重要影响。当轴向力较小时,存在一临界初始倾角。小于临界初始倾角时,其充气行为类似常规气球。大于临界倾角时,其表现出奇异的起泡行为。其诱发旋转角存在极大值。当轴向力较大时,存在一较小和一较大临界初始倾角。当初始倾角位于两个临界角之间时,气球表现出奇异的起泡行为。其他初始倾角时,充气行为类似常规气球。在这一过程中的诱发旋转角也存在极大值。本文结果进一步加深了对向列型液晶弹性体气球变形行为的理解,为其在人工肌肉、软机器人等领域的应用提供指导。图:[45],参:[77]