将一根管道连接到另一根管道是一项劳动密集型过程,因为它需要焊接、螺纹或法兰以及相关设备。虽然这种类型的钢包含多种元素成分,主要含有铁,但可以添加其他几种金属成分,对其可焊性和强度产生很大影响 [1-3]。焊接钢通常需要预热和后热处理,以防止焊接开裂,而焊接钢(如高碳钢)更容易出现焊接开裂,需要特殊的焊接填充金属。裂纹是指焊接熔池未填满的焊缝,它是由焊接金属冷却时发生的收缩应变引起的。当收缩受限时,将引起导致开裂的残余应力。据此,通常会导致开裂的典型因素包括:(i) 焊接过程中产生的氢气、(ii) 易开裂的硬脆结构和 (iii) 作用于焊接接头本身的拉伸应力 [2,4-6]。可以说,钢的碳当量越高,可焊性越差。这意味着碳含量超过 0.2% 的钢的可焊性被认为是较差的,因为钢的硬度高,开裂的可能性也高。相比之下,低碳钢显示出优势,并且是室温下最容易焊接的钢
液晶弹性体 (LCE) 是一类由松散交联的聚合物网络组成的形状记忆聚合物,在从向列相到各向同性相的转变过程中表现出可逆的形状变化。[1] 由于它们具有类似肌肉的工作密度和收缩应变 [10–14],并且能够打印或图案化为各种几何形状,它们已越来越广泛地用作软体机器人、[2–4] 可穿戴计算和触觉 [5,6] 和形状变形物质 [7–9] 中的执行器。[15,16] 在大多数机器人和工程应用中,基于 LCE 的执行器使用外部热源进行热刺激,或通过焦耳加热使用集成线或嵌入式渗透粒子网络进行电刺激。先前的研究主要集中在通过焦耳加热来加热 LCE,[6,12,13,17,18] 其中许多应用使用液态金属[19–21] 和波浪电子[12,13,22,23] 作为加热元件。然而,这些方法的一个关键限制是它们依赖于开环加热和被动冷却。这导致温度变化缓慢,并且对控制 LCE 执行器响应速度和曲线的能力有限。具体而言,由于 LCE 的热导率低至 0.3 W m − 1 K − 1[20],导致驱动速度可能很慢;由于热传递是通过对流而不是传导进行的,冷却速度受到极大限制。后者导致冷却时间可能需要激活时间的 5 倍[12,24] 10 倍[13] 甚至 50 倍[25] 才能使 LCE 在环境条件下冷却并恢复到其原始状态。此外,由于温度升高幅度更大,更快的驱动速度需要更长的冷却时间。[25] 为了减少加热时间,人们嵌入了液态金属液滴等软填料来提高这些结构的热导率。[6] 冷却时间的问题仍然存在,加热和冷却时间的差异取决于传导(加热)和对流(冷却)之间传热速率的差异;需要更智能的方法来解决这个问题。最近有人努力通过新的刺激方法来提高 LCE 执行器的速度和控制,[26] 尽管其中大多数方法都会引入显着的机械