Modeling of Viscoelastic Electromechanical Behavior in a Soft Dielectric Elastomer Actuator

粘弹性 执行机构 蠕动 材料科学 介电弹性体 非线性系统 磁滞 耗散系统 弹性体 本构方程 流离失所(心理学) 联轴节(管道) 机械 非平衡态热力学 智能材料 电压 电介质 复合材料 物理 结构工程 纳米技术 工程类 热力学 凝聚态物理 电气工程 光电子学 心理学 量子力学 有限元法 心理治疗师
作者
Guoying Gu,Ujjaval Gupta,Jian Zhu,Li Zhu,Xiangyang Zhu
出处
期刊:IEEE Transactions on Robotics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:33 (5): 1263-1271 被引量:148
标识
DOI:10.1109/tro.2017.2706285
摘要

Soft dielectric elastomer actuators (DEAs) exhibit interesting muscle-like behavior for the development of soft robots. However, it is challenging to model these soft actuators due to their material nonlinearity, nonlinear electromechanical coupling, and time-dependent viscoelastic behavior. Most recent studies on DEAs focus on issues of mechanics, physics, and material science, while much less importance is given to quantitative characterization of DEAs. In this paper, we present a detailed experimental investigation probing the voltage-induced electromechanical response of a soft DEA that is subjected to cyclic loading and propose a general constitutive modeling approach to characterize the time-dependent response, based on the principles of nonequilibrium thermodynamics. In this paper, some of the key observations are found as follows: 1) Creep exhibits the drift phenomenon, and is dominant during the first three cycles. The creep decreases over time and becomes less dominant after the first few cycles; 2) a significant amount of hysteresis is observed during all cycles and it becomes repeatable after the first few cycles; 3) the peak of the displacement is shifted from the peak of the voltage signal and occurs after it. To account for these viscoelastic phenomena, a constitutive model is developed by employing several dissipative nonequilibrium mechanisms. The quantitative comparisons of the experimental and simulation results demonstrate the effectiveness of the developed model. This modeling approach can be useful for control of a viscoelastic DEA and paves the way to emerging applications of soft robots.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
xixi发布了新的文献求助10
刚刚
2秒前
3秒前
矛盾空间完成签到,获得积分10
4秒前
研友_LX66qZ完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
5秒前
5秒前
纯真完成签到 ,获得积分10
6秒前
prrrratt发布了新的文献求助10
6秒前
碧蓝问梅发布了新的文献求助30
6秒前
perfect发布了新的文献求助10
7秒前
明理书萱发布了新的文献求助30
7秒前
7秒前
xing完成签到 ,获得积分10
8秒前
8秒前
henry发布了新的文献求助10
8秒前
研友_VZG7GZ的应助被冷傲平灵采纳,获得10
8秒前
8秒前
8秒前
风中的又菱完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
777完成签到,获得积分20
9秒前
di发布了新的文献求助30
10秒前
10秒前
脑洞疼的应助被沉默数据线采纳,获得10
10秒前
123555发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
11秒前
11秒前
12秒前
Elsevier大王的应助被zzz采纳,获得10
12秒前
Elsevier大王的应助被zzz采纳,获得30
12秒前
求助文献完成签到,获得积分10
12秒前
NexusExplorer的应助被李子采纳,获得10
13秒前
13秒前
高锰酸钾完成签到,获得积分10
14秒前
赘婿的应助被李子采纳,获得10
14秒前
深情安青的应助被fat采纳,获得10
14秒前
深情安青的应助被淡淡煎饼采纳,获得10
14秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Energie-Contracting 1500
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
Oncology Clinical Trials: Successful Design, Conduct, and Analysis, Second Edition 800
Sustainable Engineered Micro/Nanofibers and Hybrid Nanocomposites for Environmental Remediation 400
Ecotourism 400
Liquidus diagram and viscosity estimation in pseudo-binary system Li2B6O10–LiF 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8074912
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9493506
关于积分的说明 21374708
捐赠科研通 7642382
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3399659
关于科研通互助平台的介绍 2529362
邀请新用户注册赠送积分活动 2438256