In this work, the Cosserat formulation of geometrically exact beam dynamics is extended by adding the electric potential as an additional degree of freedom to account for the electromechanical coupling in the Dielectric Elastomer Actuators (DEAs). To be able to generate complex beam deformations via dielectric actuator, a linear distribution of electric potential on the beam cross section is proposed. Based on this electric potential, the electric field and the strain-like electrical variable are defined for the beam, where the strain-like electrical variable is work-conjugated to the electric displacement. The electromechanically coupled strain energy for the beam is derived consistently from continuum electromechanics, which leads to the direct application of the material models in the continuum to the beam model. The electromechanically coupled problem in beam dynamics is first spatially semidiscretized by 1D finite elements and then solved via variational time integration. By applying different electrical boundary conditions, different deformations of the beam are obtained in the numerical examples, including contraction, shear, bending and torsion. The damping effect induced by the viscosity as well as the total energy of the beam are evaluated. The deformations of the electromechanically coupled beam model are compared with the results of the 3D finite element model, where a good agreement of the deformations in the beam model and that in the 3D finite element model is observed. However, less degrees of freedom are required to resolve the complex deformations in the beam model.


翻译:在这项工作中,扩展了Cosserat配方的几何精度光束动态,增加了电源潜力,作为计算电动 Elasttomer活化器电动机械联动的额外自由度。为了能够通过电动驱动器生成复杂的光束变形,提议在光束交叉部分上进行电源的线性分布。根据这种电潜力,为光束定了电场和像菌变变变变电变电变量,在光束中,变电变电变电变电变电变电变电变频是同电变电变异的。光束变电变电变电变频的电变频度始终来自连续电动电动机械化器,这导致将材料模型直接应用到波变形模型中。光波变形变电流的电变异性问题首先在空间上半分解,然后通过模型模型集成,在数字示例中得出不同变形变形变形,包括收缩、变压、变压D、弯变速变速变速变速变速变速器的变速率,其精度的变变变变法结果由电变形变正的变正结果被为稳定的变形结果被测成。

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