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模型需要考虑到材料的非线性和多尺度特性,这就需要使用材料建模软件Digimat。Digimat能够对复杂的材料结构进行建模,同时考虑到材料的多尺度特性和非线性行为。在研发柔性压力传感器时,Digimat可以帮助研究人员建立精确的力-电耦合材料模型,进而分析材料的力学性能和电学性能。通过Digimat的模拟分析,研究人员可以更加准确地预测柔性压力传感器的性能,进而优化设计方案,提高制备效率。
总的来说,利用Digimat可以帮助研发柔性压力传感器,提高制备效率和性能,推动智能可穿戴设备的发展。
通过RVE计算得到纳米纤维无纺布的材料宏观压力-导电性曲线(材料电导率与应力相关),就可以评估不同接触面构型压力传感器的压力-导电性曲线,优化/压力传感器特性。
Digimat材料多尺度仿真分析流程选取TPU纳米纤维微观结构,利用Digimat-FE建立RVE单胞,研究材料的压电特性的微观机理,得到材料等效压电特性曲线;
对比纯TPU材料测试数据、RVE结构计算得到宏观等效力电特性,修正RVE单胞参数,复现材料的宏观力电耦合特性;
建立宏观的压力传感器有限元模型,在Marc中使用Digimat里计算得到的力-电材料模型,进行压力-导电性曲线的仿真试验,研究不同接触面构型压力传感器力电特性,优化传感器结构设计。
分析结果计算对比了两种宏观结构压力传感器的性能曲线:平面接触压力传感器、突触面接触压力传感器,如图4所示。仿真分析结果表明,在同样压力变化情况下,突出面压力传感器中的相对电流变化更大,对压力的变化更加灵敏,更适合作为高灵敏度压力传感器的设计方案。
总结Digimat结合Marc分析,可以精确模拟压力传感器工作过程中的压力-电流曲线,Digimat通过RVE单胞分析,在微观尺度揭示了材料力-电耦合机理,为相关材料的优化提供了理论依据。
利用Digimat得到复杂TPU纤维网络结构的精确宏观材料模型,可评估不同传感器结构形式的性能,优化力-电耦合压力传感器的设计方案。
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