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Alibakhshi, AAutor o CoautorBenitez, JmAutor o CoautorMontans, FjAutor (correspondencia)
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Low-voltage dielectric elastomer actuators by electro-mechanical resonance syntonization

Publicado en:International Journal Of Mechanical Sciences. 263 108758- - 2024-02-01 263(), DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2023.108758

Autores: Rahmanian, Sasan; Alibakhshi, Amin; Mouharrar, Hamza; Benitez, Jose Maria; Montans, Francisco Javier

Afiliaciones

Univ Florida, Herbert Wertheim Coll Engn, Dept Mech & Aerosp Engn - Autor o Coautor
Univ Politecn Madrid, Escuela Tecn Super Ingn Aeronaut & Espacio, Pza Cardenal Cisneros - Autor o Coautor
Univ Waterloo, Dept Syst Design Engn, Waterloo - Autor o Coautor

Resumen

Generally, a serious practical limitation of dielectric elastomer (DE)-based capacitors is the need for high voltage supply (in the order of 1 kV) to activate them. High voltages require a power level that is currently challenging due to the limit in the operating range of existing function generators. These high voltages are also dangerous for humans, thereby overshadowing many applications of dielectric elastomers. The purpose of this work is to develop a new simple actuation technique to introduce low-voltage driven DE-based capacitors, in which the electrical resonant frequency is syntonized to the mechanical natural frequency by tuning the circuit inductance. This results in extensive voltage amplification across the DE capacitor. In turn, this leads the DE membrane to oscillate with a remarkable large motion using a small voltage which is of one-tenth the magnitude of the input voltage required to drive such systems in the absence of electro-mechanical (EM) resonance syntonization. The efficiency of the proposed approach is demonstrated in the context of nonlinear vibration analysis. The results show that the voltage amplitude across the DE capacitor is amplified substantially while the electrical mode is syntonized with the mechanical one, and as a result, the DE motion's amplitude is at least two hundred times greater than that of the unmatched system. Furthermore, for unbiased AC voltages with large amplitudes, the electro-mechanical modal interaction causes the system to exhibit the formation of frequency combs in the frequency spectrum of the system's response. The implementation of this method using a simple electrical circuit just requires adequate matching between the electrical and the mechanical natural frequencies that depends on the inductance value. Our proposal effectively eliminates the need for a high source voltage generator which has been the main limitation in designing DE-based capacitors.

Palabras clave
Dielectric elastomersElectro-mechanical resonance syntonizationFrequency combsLow-power voltage generatorsSecondary hopf bifurcation

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista International Journal Of Mechanical Sciences debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2024 aún no existen indicios calculados, pero en 2023, se encontraba en la posición 7/183, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Engineering, Mechanical. Destacable, igualmente, el hecho de que la Revista está posicionada por encima del Percentil 90.

2025-05-01:

  • WoS: 4
  • Scopus: 4
  • OpenCitations: 4
Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2025-05-01:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 8.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 8 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 2.35.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 3 (Altmetric).
Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: Canada; United States of America.

Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Último Autor (MONTANS LEAL, FRANCISCO JAVIER).

el autor responsable de establecer las labores de correspondencia ha sido MONTANS LEAL, FRANCISCO JAVIER.