Self-oscillation of a liquid crystal elastomer string-mass system under constant gradient temperature

弹性体 振荡(细胞信号) 材料科学 温度梯度 常量(计算机编程) 液晶 弦(物理) 自激振荡 复合材料 机械 物理 化学 理论物理学 光电子学 生物化学 量子力学 计算机科学 程序设计语言
作者
Dali Ge,Haiyi Liang,Kai Li
出处
期刊:Journal of Applied Mechanics [ASM International]
卷期号:91 (10) 被引量:11
标识
DOI:10.1115/1.4065733
摘要

Abstract Recent experiments have found that a fiber-mass system can self-oscillate along the vertical direction under a non-uniform temperature field, which necessitates significant vertical space. To address the challenge in adapting to situations with limited vertical space, the current work introduces a self-oscillating string-mass system, comprising of a mass ball and a thermally responsive liquid crystal elastomer string exposed to a constant gradient temperature. By employing theoretical modeling and numerical simulation, we have identified two motion regimes of the system, namely, the static regime and the self-oscillation regime, and elucidated the mechanism of self-oscillation. Utilizing the analytical method, we derived the expressions for bifurcation point, amplitude, and frequency of the self-oscillation, and investigated the impact of system parameters on these aspects, which were verified by numerical solutions. Compared to a fiber-mass system, the string-mass system has superior stability to deal with small horizontal disturbances, can amplify its amplitude and frequency limited by small thermal deformation of material, and saves a significant amount of vertical space. Given these attributes, such self-oscillating string-mass system presents novel possibilities for designing energy harvesters, active machinery, and soft robots.

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