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兹马思-数学第一资源

一个稳健和计算效率高的机电耦合有限元框架。(英语) Zbl 07337924
摘要:电活性聚合物(EAP)越来越成为执行器、传感器和能量采集器的常用材料。为了模拟执行器在耦合载荷下的复杂行为,特别是在软机器人、生物医学工程和能量采集领域,有限元仿真已被证明是必不可少的工具。在这项工作中,我们提出了一个新的有限元框架来模拟电活性高分子材料中的静态和动态机电交互作用。为了模拟EAPs的不可压缩性,采用了一种两场混合位移压力公式,该公式与常用的混合三场和\(\mathbf{F})bar公式不同,它适用于几乎不可压缩和完全不可压缩材料。对于空间离散,采用了创新的二次Bézier三角形和四面体单元。采用整体格式求解机电耦合问题的控制方程;对于弹性动力学模拟,采用了最先进的隐式时间积分。通过对弹性静力学中球形夹持器和弹性动力学介质泵的数值模拟,验证了该框架的准确性和计算效率。这种复杂的模拟清楚地说明了所提出的有限元框架相对于Q1/P0和Q1-\(\mathbf{F})杆单元的优势。此外,通过研究不同激励频率下的螺旋驱动器和再现薄半圆和半球壳中的屈曲不稳定性,证明了该框架在精确捕捉电活性聚合物薄壳中复杂机电耦合相互作用方面的优越性。由于能够使用单个有限元框架模拟各种弹性静力学和弹性动力学现象,同时使用可使用现有网格生成器轻松生成的粗结构或非结构网格,该新型框架提供了一个健壮、精确的,以及计算效率高的计算机电数值框架。
理学硕士:
74-XX号 可变形固体力学
82-XX号 统计力学,物质结构
PDF格式 BibTeX公司 引用
全文: 内政部
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