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介电弹性体心脏血泵具有重要的医用价值。血泵隔膜作为其致动元件,是由三层材料组成的层合结构,中间层是介电弹性体,两侧是柔性电极。本课题主要研究的就是介电弹性体心脏血泵隔膜层合壳的大变形问题。
利用板壳大变形的理论,通过对隔膜层合壳进行受力分析,建立了力学模型和数学模型,推导出隔膜层合壳的大变形微分方程组,然后对微分方程组进行数值求解,得到了在不同系统参数下隔膜层合壳变形的数值结果,接着分析了预拉伸应变、血液压力、电场挤压力、介电弹性体层厚度、柔性电极的刚度对介电弹性体血泵中隔膜层合壳大变形的影响。
研究结果表明:
(1)、预拉伸应变越大,隔膜层合壳变形越小,血泵达到相同射血压力的容积会越小。但是太大会导致材料发生硬化,血泵容积效率降低。
(2)、血液压力越大,隔膜层合壳变形越大。
(3)、电场挤压力较小时,隔膜层合壳变形不明显;在较高的电压下,电场挤压力达到较大的值,血泵容积才比较大。
(4)、介电弹性体层厚度越大,隔膜层合壳变形越小。
(5)、当柔性电极的刚度较小时,对隔膜层合壳的变形几乎没有影响:当柔性电极的刚度变增大,隔膜层合壳的变形会受到显著影响,血泵容积相应的要减小。