實(shí)驗(yàn)名稱：DE材料的動(dòng)力學(xué)分析

測(cè)試目的：DE材料驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，除了靜態(tài)變形，也會(huì)應(yīng)用于需要承受循環(huán)載荷的場(chǎng)合。例如仿生魚尾擺動(dòng)和爬行機(jī)器人爬行前進(jìn)。因而需要對(duì)材料在交變電壓下的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行研究。在結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性研究中，固有頻率是其關(guān)鍵特性?；谔摴υ韺?duì)薄膜驅(qū)動(dòng)器面內(nèi)振動(dòng)進(jìn)行分析。

測(cè)試設(shè)備：高壓放大器、函數(shù)發(fā)生器、激光傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)用雙軸拉伸平臺(tái)，采用預(yù)拉伸倍數(shù)為300%*300%的矩形DE致動(dòng)器做為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)正弦電壓下的變形性能進(jìn)行測(cè)試。首先利用函數(shù)發(fā)生器設(shè)置低壓控制信號(hào)的波形、頻率等參數(shù)，并通過(guò)高壓放大器放大電壓信號(hào)，并施加在矩形致動(dòng)器兩側(cè)。涂有電極的區(qū)域在交流電壓下發(fā)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)輔助檢測(cè)片同步變形。然后利用激光傳感器測(cè)量輔助檢測(cè)片的位移，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，最后通過(guò)Labview軟件繪制數(shù)據(jù)波形，其采樣頻率設(shè)置為1000Hz。圖2為使用峰值6000V電壓，1Hz交變電壓驅(qū)動(dòng)下DE致動(dòng)器的位移輸出響應(yīng)曲線。相比6000V直流電壓，最大位移輸出基本相同。隨著頻率的增加，位移逐漸減小。并可以看出響應(yīng)位移也存在滯后現(xiàn)象，但不如高頻影響下明顯。另外響應(yīng)曲線波峰和波谷有一定偏差，和上文仿真圖形相同，可以看出是關(guān)于波谷的對(duì)稱曲線，波峰略尖，這主要是由DE材料自身較強(qiáng)的非線性因素影響，在高電壓下材料變形增大，導(dǎo)致各電壓區(qū)段變形不一致引起的。

圖1：在致動(dòng)器上施加1Hz正弦激勵(lì)的響應(yīng)曲線

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

與直流電壓一致，通過(guò)提升電壓和預(yù)拉伸倍數(shù)同樣能提高驅(qū)動(dòng)器的振幅。對(duì)于需求快速行進(jìn)的的操作器，例如爬行機(jī)器人，可以通過(guò)在低頻范圍內(nèi)提升頻率來(lái)加快爬行速度，但從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)只改變頻率不改變幅值對(duì)致動(dòng)器平衡位置影響不大，這主要是因?yàn)樵诘皖l段單位時(shí)間內(nèi)能量變化不明顯導(dǎo)致。

對(duì)DE材料在交流電下的響應(yīng)特征進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)粘彈性對(duì)動(dòng)態(tài)特性影響非常嚴(yán)重，頻率升高會(huì)因?yàn)橹聞?dòng)器的滯后特性反而使振幅下降。

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審核編輯 黃宇