Dielektrische Elastomere (DEs) zeichnen sich durch große Verformungen, schnelle Ansprechzeiten und gute Flexibilität aus und bieten breite Anwendungsperspektiven in den Bereichen Softrobotik, flexible Antriebe und künstliche Muskeln. Die kraft-elektrische Kopplungsleistung von DEs ist gegenüber Umwelteinflüssen empfindlich, wobei Feuchtigkeit die dielektrischen Eigenschaften, den Schermodul und die viskose Dämpfung des Materials verändert und somit seine Verformungsreaktion und den Stabilitätsprozess beeinflusst. Daher wurde in dieser Arbeit ein viskoelastisches kraft-elektrisches Kopplungsanalysemodell für dielektrische Elastomere unter Berücksichtigung des Einflusses der Feuchtigkeit entwickelt. Das Modell basiert auf dem Kelvin-Voigt-Maxwell-Strömungsmodell zur Beschreibung des Kriechens und Relaxationsverhaltens des Materials sowie auf dem Gent-Modell zur Charakterisierung der großen Deformationsverfestigung dielektrischer Elastomere. Durch numerische Simulationen wurden systematisch die Auswirkungen von Feuchtigkeit, Vorspannungsgrad, Gleichspannung und Zeitskala der zyklischen Belastung auf die dynamische Reaktion viskoelastischer dielektrischer Elastomere analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass eine erhöhte Feuchtigkeit die gesamte und nicht elastische Dehnung der dielektrischen Elastomere erhöht und die Zeit bis zum Erreichen des stabilen Zustands verlängert; eine Erhöhung des Vorspannungsgrads und der Gleichspannung verstärkt die elektromechanische Verformungsantwort weiter. Der Federzweig zeigt deutliche viskoelastische Relaxationseigenschaften, während die Dämpferreaktion erheblich von der Zeitskala des Zyklus beeinflusst wird. Diese Studie kann als theoretische Referenz für die Strukturgestaltung und Leistungsoptimierung von dielektrischen Elastomerantrieben unter feuchten Umgebungen dienen.

dielektrisches Elastomer, Viskoelastizität, Feuchtigkeit, KVM-Modell, kraft-elektrische Kopplung