An isogeometric scaled boundary plate formulation for the analysis of ionic electroactive paper
An isogeometric scaled boundary plate formulation for the analysis of ionic electroactive paper
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用于离子电活性纸分析的等几何尺度边界板公式
DOI：
10.1007/s00707-021-03056-8
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
2.7
通讯作者：
Klinkel
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Klassen;Klinkel
近年来，电活性纸作为一种新的替代材料在智能执行器领域崭露头角。它基于一种纤维素材料，这种材料能够在外电场的影响下弯曲，类似于离子聚合物金属复合材料。弯曲机制主要归因于离子电荷在薄纸厚度上的迁移。本文提出了一个模拟电活性纸的数值框架。它是基于一个尺度边界板公式等几何分析。与标准的标度边界板方法不同，标度方向采用b样条近似进行数值求解。这允许在板厚度上呈现非线性效果，以及更高连续性的位移场。该模型不仅适用于电活性纸等极薄结构，而且还能捕捉到与致动器弯曲机构耦合的非线性离子电荷分布。
In recent years, electroactive paper emerged as a new alternative in the field of smart actuators. It is based on a cellulose material which is able to bend under the influence of an external electric field similarly as ionic polymer metal composites. The bending mechanism is mainly attributed to the migration of ionic charges over the thickness of a thin sheet of paper. The present contribution proposes a numerical framework for the simulation of electroactive paper. It is based on a scaled boundary plate formulation for isogeometric analysis. In contrast to the standard scaled boundary plate approach, the scaling direction is solved numerically by a B-Spline approximation. This allows to render nonlinear effects over the plate thickness as well as displacement fields of higher continuity. The model is applicable to very thin structures such as electroactive paper, and it also captures the nonlinear ionic charge distribution which is coupled to the bending mechanism of the actuator.
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