تحلیل غیرخطی عددی پاسخ محرکی کنسول کامپوزیت فلزپلیمریونی با در نظر گرفتن کوپل میدان‌های الکتریکی، شیمیایی و مکانیکی

Abstract

محرک‌های کامپوزیت فلزپلیمریونی (آی‌پی‌ام‌سی) نوارهای ساندویچی بسیار نازک با یک پلیمر الکترواکتیو در وسط و دو الکترود فلزی در طرفین هستند. کوپل میدان‌های الکتریکی، شیمیایی و مکانیکی، موجب تغییرشکل خمشی در آن می‌شود، بطوری‌که اعمال ولتاژ به الکترود‌ها منجر به مهاجرت یونی در پلیمر و تغییر غلظت یون در ضخامت نوار می‌شود. در این مقاله، تحلیل غیرخطی کوپل الکتروشیمی مکانیکیِ پاسخ محرکیِ کنسول آی‌پی‌ام‌سی انجام می‌گیرد. ابتدا پاسخ الکتروشیمیایی اولیه با کوپل کردن میدان‌های شیمیایی و الکتریکی بدست می‌آید. این معادله با روش تفاضل محدود، و با استفاده از روش نیوتن-رافسون حل می‌شود. سپس این پاسخ در میدان مکانیکی ماده وارد می‌شود. معادله انتقال حلال نوشته شده، و نرخ کرنش ویژه، و نرخ تغییرات لنگر خمشی محرک بدست می‌آید. با استخراج میزان آبپوشی در لایه مرزی کاتد و آند، پاسخ جابجایی انتهای تیر تعیین می‌شود. نتایج حاصل از مدل با شبیه‌سازی اجزای محدود صورت گرفته در تحقیق حاضر و مطالعات پیشینِ دردسترس مورد مقایسه و اعتبار سنجی قرار می‌گیرد. نتایج تناسب بین پاسخ محرک و تحریک الکتریکی را بطور معقول نشان می‌دهد، و تایید می‌کند که مدل ارائه شده پیش‌بینی پاسخ سریع نوار را فراهم می‌کند. تحت تحریک یک ولت، خیز حداکثر و پسماند انتهای کنسول بترتیب به اندازه 11/0 و 04/0طول نوار بدست آمد، و غلظت کاتیون در ضخامت میانی نوار به اندازه 1150 مول بر مترمکعب محاسبه شد.