1、介電彈性材料（Dielectric elastomer，DE）是制造柔性智能致動(dòng)器最有潛力的電活性聚合物(Electroactive polymer，EAP)材料之一，可在電壓驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生大幅度的厚度與面積變形，最大面積應(yīng)變高達(dá)1600％。針對(duì)現(xiàn)有研究對(duì) DE材料中的非線性力電耦合性能的研究尚不夠充分，特別是溫度和粘彈性影響及其動(dòng)態(tài)特性研究缺乏，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于材料的失效規(guī)律難以掌握及控制的問題，限制了其在工程中的推廣和使用問題，本文以

2、最典型的DE材料—VHB4910為研究對(duì)象，深入研究溫度及粘彈性對(duì)DE材料的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力電耦合性能的影響。
　　論文首先通過實(shí)驗(yàn)研究了DE材料的基本力電特性，包括DE材料的力學(xué)性能，溫度和頻率對(duì)DE材料介電常數(shù)的影響，DE材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及熱穩(wěn)定性能等；基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了該材料的力電耦合性能，包括反映力電耦合特性的應(yīng)變系數(shù)、電效率、機(jī)械效率和力電耦合效率。結(jié)果表明：依賴于頻率和溫度的彈性模量是影響該介電彈性材料致動(dòng)變形的主要因

3、素，而材料的介電常數(shù)對(duì)其致動(dòng)性能的影響相對(duì)較?。籇E的力電耦合效率隨著頻率的增大而減小，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增大和溫度的升高變大。
　　然后，論文從熱力學(xué)的基本理論出發(fā)，建立了一種考慮溫度因素的DE材料自由能平衡方程，分析了溫度對(duì) DE材料的電擊穿、力電失穩(wěn)、張力損失、強(qiáng)度破壞等失效模式的影響，并給出了材料的穩(wěn)定性工作區(qū)域，為 DE材料的工程應(yīng)用提供了相應(yīng)的準(zhǔn)則。在此基礎(chǔ)上研究了溫度和大變形引起的電致伸縮效應(yīng)對(duì) DE穩(wěn)定性的影響。結(jié)果發(fā)

4、現(xiàn)，升高溫度可以增大DE材料的變形，降低溫度有利于提高DE材料發(fā)生力電失穩(wěn)的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度，提高 DE材料的穩(wěn)定性；溫度和大變形引起的電致伸縮應(yīng)力可以抵消一部分 Maxwell應(yīng)力的壓薄效應(yīng)，一定條件下可以消除力電耦合失穩(wěn)；實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的有效性。
　　隨后，借助粘彈性的流變模型，將松弛粘彈性引入到 DE材料的自由能模型中，研究了電壓波形對(duì)考慮粘彈性后 DE材料變形的影響，也研究了溫度對(duì)考慮粘彈性后DE材料變形的影響。研究表

5、明：粘彈性對(duì)DE材料的電致動(dòng)變形影響很大，表現(xiàn)出非常明顯的時(shí)間依賴性；恒定電壓下，DE材料可以在較低的驅(qū)動(dòng)電壓和較長的工作時(shí)間下獲得較大的致動(dòng)變形，也可以在較高的驅(qū)動(dòng)電壓和較短的工作時(shí)間下獲得較大的致動(dòng)變形；斜坡電壓下，電壓上升的速率越小，變形越大，臨界電壓越??；溫度越高DE材料的變形越大。論文通過實(shí)驗(yàn)研究了DE材料的粘彈性性能，證明了粘彈性對(duì)DE材料致動(dòng)變形的影響規(guī)律。
　　接著，通過歐拉-拉格朗日方程，建立了DE致動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)

6、方程，引入DE材料的松弛粘彈性力學(xué)模型，分別研究了溫度和電壓頻率對(duì)考慮粘彈性后 DE致動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：溫度升高，系統(tǒng)的共振頻率減小，振幅會(huì)增加；低頻時(shí)，粘彈性松弛的影響非常明顯，非彈性變形比較大，變形平衡位置出現(xiàn)蠕變上升的現(xiàn)象。
　　最后，論文構(gòu)建了 DE致動(dòng)器在力電耦合下動(dòng)態(tài)變形的非線性動(dòng)力學(xué)模型，詳細(xì)分析了DE材料在動(dòng)態(tài)載荷下的非線性動(dòng)態(tài)變形規(guī)律，研究了DE致動(dòng)器在交變載荷下的振動(dòng)響應(yīng)、相平面以及幅頻響應(yīng)，以