MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31631412
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham005839
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a629.1
■1001  ▼aCruz-Gonzalez,  Tizoc.
■24510▼aDielectric  Elastomer  Tape  Actuators
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a321  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Brei,  Diann  Erbschole;Luntz,  Jonathan  E.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2024.
■520    ▼aActuators  enable  movement  across  the  expanse  of  human  invention;  their  role  in  technological  advancement  cannot  be  overstated.  Revolutionary  technological  developments  have  accelerated  the  need  for  new  actuators  for  aerospace,  automotive,  consumer,  and  medical  applications:  actuators  that  perform  fast,  large-strain  actuation  in  a  compact,  conformable  package  while  doing  external  work.  Despite  tremendous  advances  in  materials,  architecture,  fabrication,  characterization,  and  modeling  of  dielectric  elastomer  (DE)  actuators,  challenges  remain:  no  architecture  possesses  all  the  desired  actuation  properties,  and  design  process  methodological  issues  persist.  Because  material  and  actuator  properties  vary  with  strain  state  and  exhibit  hysteric  and  viscoelastic  behaviors,  only  complex  viscoelastic  analytical  models  have  effectively  predicted  performance  over  a  wide  range  of  operating  conditions,  limiting  actuator  design  to  researchers  with  specialized  expertise.  This  dissertation  addresses  technological  and  methodological  issues  in  DE  actuators.  The  primary  technical  contribution  is  a  new  DE  tape  actuator  architecture  that  utilizes  a  novel  flexible  release  frame,  silicone  elastomer,  single-wall  carbon  nanotube  (SWNT)  electrodes,  and  innovative  multifunctional  tape  connectors.  The  architecture  performs  fast,  lightweight,  conformable,  large-strain  actuation  while  doing  external  work;  it  is  compact  and  modular  to  facilitate  scaling;  over  time,  it  is  repeatable  and  robust;  and  it  supports  a  simplified  design  process,  enabling  predictable  and  controllable  design  with  variable  performance.  The  research  established  a  new  categorization  rubric  for  frame  configurations,  created  a  new  flexible  release  frame,  and  developed  pioneering  multifunctional  tape  connectors.  The  dissertation  delineates  a  design  approach  -  characterization,  modeling,  and  system  design  -  based  on  the  actuator's  application  context,  encompassing  the  application  situation,  actuation  requirements,  and  actuator  architecture.  Given  the  material  and  actuation  property  complexities,  hysteric  behavior,  and  viscoelasticity  associated  with  DE  actuators,  application  context  dictates  characterization  requirements  and  provides  a  simple  process  for  full  actuator  characterization.  Viscoelastic  performance  can  be  simplified  into  the  quasi-static  force-deflection  realm  without  losing  critical  information,  while  data  simplification  facilitates  analytical  modeling  of  actuators' viscoelastic  behavior  without  requiring  complex  time-dependent  models.  The  resulting  model  enables  a  simple  quasi-static  design  process  that  accurately  predicts  the  performance  of  the  actuator/device.  This  dissertation  establishes  a  process  for  characterizing  cyclical  steady-state  actuation  -  defined  as  the  repeated  actuation  performance  level  reached  after  some  number  of  cycles  when  the  long-term  transient  viscoelastic  properties,  Mullins  effect,  or  actuator  shakedown,  have  settled  out  -  that  captures  key  mechanical  and  electrical  actuation  properties  which  drive  performance.  The  dissertation  also  presents  a  new  variable  shear  Gent  strain  energy  model  for  terminated  primary  creep  steady-state  cycling  actuation,  created  from  first  principles.  The  elegance  of  this  model  is  that  the  new  variable  shear  term  is  only  dependent  on  the  driving  voltage,  yet  it  effectively  encompasses  all  the  relevant  viscoelastic  effects  over  the  whole  actuation  range  for  steady-state  cyclical  actuation.  The  model  calibration  requires  data  from  only  two  actuation  performance  curves  operating  at  different  voltages  yet  provides  virtually  the  same  accuracy  as  if  the  model  was  calibrated  at  each  desired  operating  voltage  level.  The  new  model  enables  simple  quasi-static  model-based  design  for  DE  actuators  while  promoting  an  intuitive  understanding  of  how  the  parameters  impact  the  performance  of  the  actuation  system.  Three  case  studies  are  used  to  validate  the  technological  and  methodological  advances.  The  outcomes  of  this  research  -  a  new  DE  actuator  architecture,  characterization  paradigm,  predictive  design  model,  and  design  methodology  -  provide  a  foundation  for  future  progress  to  enable  wider  adoption  and  advancement  of  DE  actuators.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aAerospace  engineering
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aMaterials  science
■653    ▼aDielectric  elastomer
■653    ▼aVariable  shear  Gent  model
■653    ▼aSteady-state  cycling  actuation
■653    ▼aDE  actuators
■653    ▼aQuasi-static  design
■690    ▼a0548
■690    ▼a0538
■690    ▼a0794
■690    ▼a0537
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164481▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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