實驗名稱：DE材料的動力學分析

測試目的：DE材料驅動實驗過程中，除了靜態變形，也會應用于需要承受循環載荷的場合。例如仿生魚尾擺動和爬行機器人爬行前進。因而需要對材料在交變電壓下的動態性能進行研究。在結構動態特性研究中，固有頻率是其關鍵特性。基于虛功原理對薄膜驅動器面內振動進行分析。

測試設備：高壓放大器、函數發生器、激光傳感器、數據采集卡等。

實驗過程：

實驗方案應用雙軸拉伸平臺，采用預拉伸倍數為300%*300%的矩形DE致動器做為實驗對象，對正弦電壓下的變形性能進行測試。首先利用函數發生器設置低壓控制信號的波形、頻率等參數，并通過高壓放大器放大電壓信號，并施加在矩形致動器兩側。涂有電極的區域在交流電壓下發生往復運動帶動輔助檢測片同步變形。然后利用激光傳感器測量輔助檢測片的位移，并通過數據采集卡采集數據，最后通過Labview軟件繪制數據波形，其采樣頻率設置為1000Hz。圖2為使用峰值6000V電壓，1Hz交變電壓驅動下DE致動器的位移輸出響應曲線。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。并可以看出響應位移也存在滯后現象，但不如高頻影響下明顯。另外響應曲線波峰和波谷有一定偏差，和上文仿真圖形相同，可以看出是關于波谷的對稱曲線，波峰略尖，這主要是由DE材料自身較強的非線性因素影響，在高電壓下材料變形增大，導致各電壓區段變形不一致引起的。

圖1：在致動器上施加1Hz正弦激勵的響應曲線

實驗結果：

與直流電壓一致，通過提升電壓和預拉伸倍數同樣能提高驅動器的振幅。對于需求快速行進的的操作器，例如爬行機器人，可以通過在低頻范圍內提升頻率來加快爬行速度，但從實驗中發現只改變頻率不改變幅值對致動器平衡位置影響不大，這主要是因為在低頻段單位時間內能量變化不明顯導致。

對DE材料在交流電下的響應特征進行分析研究，發現粘彈性對動態特性影響非常嚴重，頻率升高會因為致動器的滯后特性反而使振幅下降。

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審核編輯 黃宇