介电弹性体心脏血泵隔膜层合壳大变形分析

摘要

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1心脏血泵的研究现状

1.2.2介电弹性体大变形研究现状

1.2.3层合壳的研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4本文研究意义

1.5本文结构

第2章介电弹性体大变形分析

2.1介电弹性体的作用原理

2.1.1介电弹性体中的应力

2.1.2电场的麦克斯维应力

2.2介电弹性体的力学模型

2.2.1几何关系

2.2.2本构关系

2.2.3平衡方程

2.2.4介电弹性体的微分方程

2.3本章小结

第3章血泵隔膜层合壳大变形分析

3.1 血泵隔膜的物理模型

3.2 血泵隔膜的力学模型

3.2.1几何关系

3.2.2本构关系

3.2.3平衡方程

3.2.4隔膜层合壳大变形的微分方程

3.3隔膜层合壳边界条件分析

3.4本章小结

第4章隔膜层合壳大变形的参数研究

4.1隔膜层合壳大变形模型的求解

4.2隔膜层合壳大变形参数研究

4.2.1有无大变形的比较

4.2.2不同预拉伸应变下的大变形

4.2.3不同血压下的大变形

4.2.4不同电场挤压力下的大变形

4.2.5不同介电弹性体层厚度下的大变形

4.2.6不同柔性电极刚度下的大变形

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢