مدلسازی هیدرولیکی وابسته به زمان کامپوزیتهای فلز-پلیمر یونی با استفاده از روش اجزاء محدود

مواد مرکب فلز پلیمر یونی (IPMC) عملگرهای بسیار نازکی به شکل یک کامپوزیت ساندویچی با یک پلیمر الکترواکتیو در وسط و دو الکترود فلزی به شکل ورق در طرفین آن هستند. ضخامت این مواد نازک تا 250 میکرومتر است که تنها تا 20 میکرومتر آن مربوط به الکترودها است. این مواد تحت میدان الکتریکی در الکترودهای خود، به واسطه مهاجرت های یونی در پلیمر و تغییر غلظت ماده در ضخامت آن، دچار حرکت خمشی می شوند. در این مقاله یک مدل هیدرولیکی خطی برای تبیین رفتار عملگری وابسته زمان مواد IPMC ارائه و تحلیل می شود. در این مدلسازی پاسخ الکتروشیمیایی حرکت اولیه IPMC ناشی از نیروهای الکترواستاتیکی، نیروی ویسکوز حرکت توده یونی در حلال زمینه پلیمر و نیروی نفوذ بواسطه پتانسیل غلظت استخراج شده است. روش حل در حوزه مکان شامل تحلیل عددی المان محدود بر اساس فرمول بندی گلرکین و در حوزه زمان شامل روش انتگرال گیری اویلر هستند. ملزومات پایداری حل در حوزه زمان در تحلیل درنظر گرفته شده است. با پیش بینی رفتار عملگری IPMC، گرادیان غلظت در ماده به عنوان علت کرنش خمشی، تحت نمودارهایی ارائه خواهد شد و نواحی مهم در بروز رفتار عملگری ماده و تاثیر ولتاژ الکترودها بر این رفتار معرفی و بررسی خواهد شد. در نهایت نوآوری مقاله با مقایسه با تحقیق در دسترس پیشین اعتبارسنجی و بحث می شود.

کلیدواژه ها:

مواد مرکب فلز-پلیمر یونی ، روش المان محدود ، روش انتگرال گیری اویلر