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.

力-电-初始取向对液晶凝胶薄膜均匀变形行为影响分析

针对液晶凝胶在电场作用下的多场耦合多尺度力学行为,基于小应变假设,通过反逆法获得了有不同初始液晶指向方向的液晶凝胶薄膜在力-电耦合作用下均匀变形的解析模型.分析表明,电场与拉应力都可使液晶指向转动到与其平行的方向,当施加电场的方向与液晶初始取向垂直时,指向矢仅在超过一个临界电场强度后方会失稳转动,指向矢方向施加拉应力将增大所需阈值;而当液晶初始取向不与外加电场垂直时,电致指向矢转动将立即发生,其在力-电耦合下的指向矢转动和宏观变形行为与初始取向密切相关.因此,液晶凝胶的变形行为不仅可以通过力-电载荷进行控制,也可通过设计所需的初始液晶取向加以调节.

锆合金包壳管氢致延迟开裂应力强度因子阈值研究

针对受对称双集中力作用的含双边缘裂纹的锆合金包壳管,采用数值模拟方法,获得裂纹尖端应力场,建立了应力强度因子与裂纹长度、对称双集中力大小之间的关系。结合氢致延迟开裂(DHC)应力强度因子阈值(KIH)的理论求解方法,获得受对称双集中力作用的包壳管的KIH和临界参数的解析表达式,据此考察实验研究了温度对其产生的影响。研究结果表明,受对称双集中力作用的含双边缘裂纹包壳管的KIH、临界载荷及临界裂纹长度均随温度的升高而增大,与实验所得到的变化趋势相吻合,这种随温度变化的趋势与预开裂区域的应力状态接近于平面应力状态这一事实密切相关。