مدل‌سازی سه بعدی اثر خستگی در کامپوزیت‌های پلیمری فلزی یونی

مهندسی متالورژی و مواد

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 10 مهر 1402

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2023.78161.1069

نویسندگان

آرزو خراجی¹؛ نادیا نقوی^{* 2}؛ حجت زامیاد³

¹گروه مهندسی برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران،

²گروه مهندسی برق،دانشگاه فردوسی مشهد،مشهد

³گروه مهندسی برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

کامپوزیت های پلیمری فلزی-‌‌یونی (IPMC) مواد هوشمندی هستند که ساختارشان شامل دو بخش فلزی و الاستومری است. از نظر کاربردی در دسته پلیمرهای الکترواکتیو قرار می‌گیرند که گزینه مناسبی برای استفاده به‌عنوان سنسور و عملگرهای نرم با ولتاژ تحریک اندک هستند. در کاربرد بعنوان عملگر، خمش IPMC علاوه بر ولتاژ تحریک، متأثر از عوامل ذاتی و محیطی است. پیش‌‌بینی «اثر پس‌‌آرامش» چالشی جدی در بکارگیری عملی IPMC است. اصطلاح اثر پس‌‌آرامش برای کاهش تدریجی خمش IPMC و بازگشت آن به طرف کاتد، تحت تحریک با ولتاژ ثابت بکار می‌رود. در این پژوهش برای اولین بار، اثر پس‌‌آرامش در رفتار خمشی IPMC در فضای سه‌‌بعدی با نرم‌‌افزار Comsol مدل‌سازی شده است. مقایسه نتایج با داده‌های آزمایش عملی، حاکی از دقت 93 درصدی مدل‌‌سازی در پیش‌‌بینی جابجایی است که سایر اطلاعات مهم عملکردی مانند تغییرات غلظت و توزیع تنش در ماده را نیز تأیید می‌کند. استفاده از این مدل برای پیش بینی رفتار IPMC، در مقایسه با انجام آزمایش های عملی، ازلحاظ وقت و هزینه بسیار مقرون‌ به‌ صرفه خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

مواد هوشمند؛ IPMC؛ اثر پس آرامش؛ کامسول؛ مدل سازی چندفیزیکی