Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Karevan,Mahdi Javanbakht
مهدی کاروان (استاد راهنما) مهدی جوان بخت (استاد راهنما)
 
STUDENT
Farhad Boorani koopaei
فرهاد بورانی کوپائی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Finite element simulation of volumetric load capacity and experimental characterization of material parameters of two-phase elastomer/ethanol polymer
Soft actuators are a type of smart materials in which structural changes can occur due to external stimulation such as heat and light. In this work, a phase change soft actuator with two-way shape memory effect is considered which microstructure is studied, the mechanical behavior of the matrix polymer is modeled and consequently, the actuator force is calculated. Such artificial muscle actuator consists of 00-50 Ecoflex polymer and alcohol bubble. The field emission scanning electron microscope (FESEM) results determine the bubble size and its distribution in the matrix polymer. It is found that more than 80% of the bubbles are in the diameter range of 100 to 400 ?m, which are almost uniformly distributed in the matrix polymer. This proves the homogeneity and isotropy product and its statistical data are used in the simulations. In order to more accurately investigate the hyperelastic and hyperviscoelstic behavior of the matrix polymer, simple tensile and stress relaxation tests are performed, respectively. Performing the optimization processes on the obtained results in Isight software gives the material parameters for hyperelastic and hyperviscoelastic behaviors of Ecoflex 00-50, The obtained parameters properly predict the behavior of the matrix polymer with a negligible error of less than 3% by the method of sum of square difference compare to that of experimental tests. Finally, the artificial muscle is modeled in Abaqus software and relationships for the force response in terms of its volume with the alcohol volume fraction of 5 and 20 are obtained. The experimental and numerical procedures and the obtained results can be used to predict the force response of different artificial muscles with an arbitrary volume. Keywords: Soft phase change actuators, Two-way shape memory effect, Artificial muscle, Hyperviscoelstic polymer, Force response estimation
عملگرهای نرم دسته ای از مواد هوشمند هستند که اعمال تحریک خارجی از جمله حرارت، نور و غیره موجب تغییرات سازه ای در آن ها می گردد. در این پژوهش نوعی عملگر نرم تغییر فازی با اثر حافظه داری دوطرفه مورد بررسی قرار می گیرد که در آن تحلیل ریزساختارهای این عملگر، مدل عددی رفتار پلیر زمینه و شبیه سازی نیروی بدست آمده از این عملگر مورد تحقیق قرار خواهد گرفت. این عملگر به عنوان ماهیچه مصنوعی شناخته شده و اجزای آن را پلیمر اکوفلکس 50-00 و حباب الکل تشکیل می دهد. تحلیل تصاویر بدست آمده از آزمون میکروسکوپ الکترونی روبشی برای نمونه عملگر، چگونگی پراکندگی حباب ها در ماتریس زمینه و اندازه قطر آن ها را نتیجه می دهد. این نتایج بیان می کند که بیش از 80 درصد حباب های درون عملگر در بازه 100 تا 400 میکرومتر قرار گرفته که به صورت تقریبا یکنواخت در ماتریس زمینه پراکنده شده اند. این نتایج فرضیه هایی درباره عملگر از جمله فرض همگنی و همسانگردی را تایید نموده و داده های آماری آن در فیزیک شبیه سازی مورد استفاده قرار می گیرد. به منظور بررسی دقیق تر رفتار هایپرالاستیک و هایپرویسکوالاستیک پلیمر زمینه، آزمون تجربی کشش ساده و رهیدگی تنش انجام گردید. از نتایج به دست آمده در این دو آزمون و به کمک قابلیت انجام فرآیند های بهینه سازی در نرم افزار Isight، پارامترهای مادی رفتار هایپرالاستیک و هایپرویسکوالاستیک اکوفکس 50-00 استخراج گردید. این پارامترها قادر به مدل سازی رفتار پلیمر زمینه با خطایی کمتر از 3 درصد با روش اختلاف مجموع مربع ها نسبت به نتایج آزمون های تجربی می باشند..در نهایت به کمک مدل های عددی ایجاد شده در نرم افزار آباکوس، روابطی از میزان نیرو در هریک از نمونه های ماهیچه مصنوعی با درصد حجمی الکل 5 و 20 درصد، برحسب میزان حجم نمونه ارائه می گردد. بدین ترتیب به کمک روش های عددی و تجربی مورد استفاده به همراه نتایج به دست آمده می توان نیروی این عملگرها را برای حجم دلخواه از نمونه تخمین زد. کلمات کلیدی: عملگر نرم تغییر فاز، اثر حافظه داری دوطرفه، ماهیچه مصنوعی، پلیمر هایپرویسکوالاستیک، تخمین پاسخ نیرو

ارتقاء امنیت وب با وف بومی