Elektroaktív anyagok analitikus, numerikus és kísérleti vizsgálata
Elektroaktív anyagoknak nevezzük azokat a polimereket, melyek elektromos feszültség hatására alakváltozást szenvednek. Egyes fajtáikat tulajdonságaik miatt gyakran hívják műizmoknak, hiszen nagy alakváltozásra és jelentős erőkifejtésre képesek. Leggyakoribb felhasználási területük az ún. soft robotika, melynek célja a lágy, rugalmas és bioinspirált szenzorok, akutátorok és robotok létrehozása.
Mivel ezen anyagok jelentős részének egyik jellemzője a nagy alakváltozás, számítógépes szimulációjuk leghatékonyabban nemlineáris numerikus eljárások alkalmazásával végezhető el. A probléma korszerű, kapcsolt analízist igényel: a végeselemes leírás során a kontinuummechanika egyenletei párosítva vannak az elektromágneses terek leírására vonatkozó mezőegyenletekkel.
Dolgozatomban előző évi eredményeimet fejlesztettem tovább. A tavalyi munkám jelentős részét képezte egy olyan Mathematica eljárás kidolgozása, amely az adott problémához tartozó virtuális munka elv linearizált variációs egyenleteinek megoldásán keresztül lehetővé teszi az elektroaktív anyagok végeselemes szimulációját. Ezt a mostani dolgozatomban továbbfejlesztettem izogeometrikus eljárássá, mely az egyik legtöbbet ígérő fejlesztés a számítógépes szimulációs eljárások területén. A számítás során a CAD modellek bázisfüggvényeit használjuk fel, így számos esetben pontosabb geometriai modellel és kisebb elemszámmal dolgozhatunk, mint a klasszikus végeselemes eljárások esetében. A dolgozat bemutatja az izogeometrikus eljárás egyenleteit és ezek Mathematica programba történő implementálását. A numerikus számítás eredményeit analitikusan megoldható példákkal ellenőriztem.
Campus Hungary által biztosított ösztöndíj keretében lehetőségem volt részt venni a Bristol Robotics Laboratory intézményében egy hét hetes nyári szakmai gyakorlaton, mely során gyakorlati tapasztalatokra tettem szert az elektroaktív anyagok gyártástechnológiája területén. Elkészítettem az ún. körkörös aktuátort, melynek alakváltozását korszerű képfeldolgozó eljárás segítségével mértem, majd az izogeometrikus analízisre épülő numerikus eljárásom segítségével modelleztem és szimuláltam a problémát.
A dolgozat összefoglalja az ezen anyagok viselkedésének elméleti hátterét, a kapcsolódó variációs feladat és az izogeometrikus modell összefüggéseit. Továbbá bemutatja a gyakorlatban alkalmazott technikákat elektroaktív aktuátorok gyártására és tesztelésére.
Irodalom:
J. Austin Cottrell, Thomas J. R. Hughes, Yuri Bazilevs: Isogeometric Analysis: Toward Integration of CAD and FEA (2009). Wiley, Chichester, United Kingdom.
szerző
-
Sőtér Gábor
gépészmérnöki
nappali alapszak
konzulens
-
Dr. Szabó László
egyetmi tanár, Műszaki Mechanikai Tanszék