Nonlinear numerical analysis of actuation response of ionic polymer metal composite cantilever considering coupled electrical, chemical, and mechanical fields

Message:
Article Type:
Research/Original Article (دارای رتبه معتبر)
Abstract:

Ionic Polymer-Metal composite (IPMC) actuators are very thin sandwich strips with an electroactive polymer in the middle and two metal electrodes on the sides. The coupling of electric, chemical and mechanical fields causes bending deformation, as applying voltage to the electrodes leads to the ions migration through the thickness. In this paper, a nonlinear coupled electrochemical mechanical analysis of the actuation response of an IPMC cantilever is performed. First, the primary electrochemical response is obtained by coupling chemical and electric fields. This equation is solved by the finite difference method using the Newton-Raphson method. This response inserts into the mechanical field. Using the solvent transfer equation, the eigen strain and bending moment rates are obtained. By extracting the water coverage in the boundary layer of cathode and anode, the cantilever end displacement is determined. The results are compared and validated with the finite element simulation done in the current work and previous available studies. The results show reasonably a fit between the response of the actuator and the electrical excitation, and confirm the presented model provides the fast response prediction of the strip. Under 1 Volt excitation, the maximum and residual deflections of the cantilever end were found to be 0.11 and 0.04 of the strip length, respectively, and the cation concentration in the middle of the thickness was calculated to be 1150 mol/m3.

Language:
Persian
Published:
Amirkabir Journal Mechanical Engineering, Volume:56 Issue: 1, 2024
Pages:
125 to 146
https://www.magiran.com/p2754308  
دانلود و مطالعه متن این مقاله با یکی از روشهای زیر امکان پذیر است:
اشتراک شخصی
با ثبت ایمیلتان و پرداخت حق اشتراک سالانه به مبلغ 1,490,000ريال، بلافاصله متن این مقاله را دریافت کنید.اعتبار دانلود 70 مقاله نیز در حساب کاربری شما لحاظ خواهد شد.

پرداخت حق اشتراک به معنای پذیرش "شرایط خدمات" پایگاه مگیران از سوی شماست.

اگر مقاله ای از شما در مگیران نمایه شده، برای استفاده از اعتبار اهدایی سامانه نویسندگان با ایمیل منتشرشده ثبت نام کنید. ثبت نام

اشتراک سازمانی
به کتابخانه دانشگاه یا محل کار خود پیشنهاد کنید تا اشتراک سازمانی این پایگاه را برای دسترسی نامحدود همه کاربران به متن مطالب تهیه نمایند!
توجه!
  • حق عضویت دریافتی صرف حمایت از نشریات عضو و نگهداری، تکمیل و توسعه مگیران می‌شود.
  • پرداخت حق اشتراک و دانلود مقالات اجازه بازنشر آن در سایر رسانه‌های چاپی و دیجیتال را به کاربر نمی‌دهد.
In order to view content subscription is required

Personal subscription
Subscribe magiran.com for 70 € euros via PayPal and download 70 articles during a year.
Organization subscription
Please contact us to subscribe your university or library for unlimited access!