论文摘要
导电聚合物是一种新型的功能材料,用于制备各种生物传感器和致动器。导电聚合物的主要性能之一是力-电-热-化学等多场耦合特性。本文利用数值方法研究导电聚合物材料在多物理场作用下的耦合行为。（1）利用单位体积的Gibbs 函数,推导出导电聚合物多物理场耦合的基本方程;在此基础上进行有限元编程,求解在热载荷和电场力分别作用下导电聚合物的变形效应;然后把热载荷和电场力同时作用在模型上,分析两者对导电聚合物的共同作用效应。（2）研究导电聚合物的力-电耦合效应。利用静力平衡方程、静电学基本方程,把力学和电学效应耦合在一起,建立力-电耦合的等效积分弱形式。根据建立的等效积分弱形式编写有限元程序,数值计算导电聚合物的力-电耦合效应。（3）研究导电聚合物力-化耦合性能。首先讨论电化学势的定义;其次在定常状态下并忽略对流效应,对离子扩散方程进行合理的简化;利用力-化耦合本构关系和静力学平衡方程推导出力-化耦合的等效积分弱形式;最后编写有限元程序,数值模拟导电聚合物的力-化耦合行为,计算出导电聚合物的应力、位移和离子浓度分布。本文研究表明,导电聚合物在力、电和化学场作用下存在明显的相互耦合行为;采用多场耦合有限元方法能够有效地模拟导电聚合物的多物理耦合行为;通过与现有结果的比较,证明了本文方法的正确性。
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