کاهش پیچش مخرب در عملگرهای پلیمر یونی فلزی با شبیهسازی کوپلهی الکتروشیمیایی–مکانیکی
نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 1. مرکز تحقیقات نوین خودرو 2. گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 گروه مهندسی مکانیک، واحد ابهر، دانشگاه آزاد اسلامی، ابهر، ایران
4 مرکز تحقیقات نوین خودرو، گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
doi
10.22044/jsfm.2026.16539.3998چکیده
در این مقاله یک چارچوب چندفیزیکی برای تحلیل و کاهش پیچش در عملگرهای کامپوزیت پلیمر یونی-فلزی (IPMC) ارائه گردید که در آن همزمان اثرات ویسکوالاستیک و الکتروفعال ماده در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم ابتدا بر اساس نظریه تیر اویلر–برنولی و بر اساس اصل کمینهسازی انرژی استخراج شده و سپس با اتصال به روابط الکتروشیمیایی نرنست–پلانک–پواسون، ممان پیچشی ناشی از انتقال یونها تحت میدان الکتریکی تعیین گردید. بهمنظور لحاظکردن نرمشدگی ماده، مدولهای مکانیکی به صورت مدلهای ترکیبی وابسته به زمان و میدان الکتریکی تعریف شدند. شبیهسازی عددی نشان میدهد که در ولتاژ ۵ ولت و ضخامت ۱ میلیمتر، مدول برشی در حدود ۱۰ ثانیه تقریبا تا ۸۵% افت میکند؛ اما با لایههای سخت عرضی و تحریک طولی متقارن، ممان پیچشی به کمتر از ۵ % مقدار اولیه رسیده و زاویه پیچش عملاً حذف میشود. تحلیل پایداری با معرفی یک شاخص انجام شد که اثر زمان، شدت میدان و قید مرزی را همزمان بر پایداری نشان میدهد. نتایج عددی بیانگر آن است که کاهش مدولها در گذر زمان و با افزایش ولتاژ، مقاومت برشی و خمشی ماده را کاهش داده و انرژی ویسکوز افزایش مییابد؛ با این حال، اعمال شرط مرزی در لبهها موجب سرکوب پیچش حتی در شرایط نرمشدگی شدید میشود. تحلیل حساسیت هندسه نیز نشان داد تغییر طول و عرض اثر محدودی بر انرژی ویسکوز دارد، اما نقش شرط مرزی در کنترل پیچش بسیار تعیینکننده است.
