名义电场强度和轴向约束对介电液晶弹性体电致弯曲影响分析

具有介电性质的液晶弹性体在较弱电场作用下就能够产生明显的宏观变形,这是由液晶指向矢在电场下的转动所导致的.通过设计指向矢在试样中的排布可以实现对介电液晶弹性体电致变形的编程设计.对于指向矢取向具有横向梯度的梁形试样,在电场作用下,试样能够产生明显的弯曲变形,并伴随着轴向收缩.本文借助小应变、线弹性假设下的介电液晶弹性体二维力-电-指向矢耦合模型,通过有限元计算模拟梁形试样的电致弯曲行为,分析所施加名义电场强度和轴向位移约束对电致弯曲的影响.结果表明,在较强名义电场下,试样的挠度大小并不与名义电场强度的平方成简单的正比关系.轴向约束对试样的弯曲形貌和弯曲程度都有一定的影响:轴向有约束时试样的弯曲形貌不再呈无约束时的抛物线型,但也可以通过一个特定的数学表达式进行拟合.由于拉伸薄膜力效应,轴向有约束试样的弯曲程度会弱于无约束试样.本文研究结果可为介电液晶弹性体电致弯曲器件的设计和应用提供一定参考.