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IPMC人工肌肉性能及应用技术研究
| 论文题名： | IPMC人工肌肉性能及应用技术研究 |
| 关键词： | 离子交换聚合金属材料;人工肌肉智能材料;制备工艺;力学模型;测量平台;仿生鳐鱼胸鳍;水下推进器 |
| 摘要： | IPMC(Ion-exchange Polymer Metal Composite)作为人工肌肉中的一种智能材料，具有驱动电压低、响应速度快、质量轻便、柔韧性好等优点。采用IPMC材料制作水下航行体的推进器具有扰动小、无污染、无噪音、无需润滑等特点。这些特点都是许多机械装置所无法拥有的。 本文在阅读了大量国内外文献的基础上，从应用的角度出发，首先研究了IPMC的制备方法。通过对现有文献里IPMC制备工艺的深入研究和改进，制备了基于Nafion膜的IPMC，主要是基于Nafion-117膜的表面镀贵金属制备IPMC的工艺过程。本文还利用Nafion溶液浇铸了厚度更大的Nafion膜，利用厚度更大的膜制备了驱动力更大的IPMC。 其次，研究了IPMC的驱动机理，建立了IPMC输入电信号和输出力之间的力学模型关系。从而可以更有效的提高IPMC材料作为人工肌肉的应用性和控制性，可以对IPMC材料进行更有效的开发和应用，为后续制作基于IPMC材料的水下推进器奠定了基础。 再次，本文搭建了IPMC输出力的测试平台。通过选择合适的电信号输出单元及力测量传感器对IPMC在低电压驱动下的输出力进行了详细测量。通过对实验数据的处理得到了输入电信号与输出力的确切关系，更有力的验证了前文建立的IPMC驱动力的数学模型的正确性。 最后，本文以鳐鱼为仿生对象，通过仔细分析鳐鱼的形体结构和游动机理，提出了制作基于IPMC的仿生鳐鱼的设计构想。利用IPMC制作鳐鱼的胸鳍，通过置于鳐鱼腹内的微型电池和控制系统对IPMC材料进行控制，模拟出鳐鱼胸鳍的运动姿态。通过实验验证了IPMC在水下推进器上应用的可行性。 |
| 作者： | 杨立明 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 赵刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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