近年來，智能可穿戴式設(shè)備已經(jīng)逐漸普及，且用戶對設(shè)備認知度不斷的攀升，市場不斷增速發(fā)展?？纱┐髟O(shè)備與人體密切接觸，能夠采集到多種人體數(shù)據(jù)，提供視覺、觸覺、聽覺、健康監(jiān)測等多方面的交互體驗。隨著材料科學、制作工藝和應用需求的迅猛發(fā)展，人體運動智能可穿戴設(shè)備中的柔性傳感器己成為研究的熱點。

柔性壓力傳感器是一種用于感知物體表面作用力大小的柔性電子器件，能貼附于各種不規(guī)則物體表面，在醫(yī)療健康、機器人、生物力學等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。為了滿足柔性界面、曲面和不規(guī)則形狀界面上作用力測量的需求，柔性壓力傳感技術(shù)是在柔性的基板上形成具有輕、薄、小巧、可撓性特點的壓力傳感技術(shù)。那如何利用Digimat幫助研發(fā)柔性壓力傳感器呢？我們接著往下看：

首先利用TPU（Thermoplastic polyurethane）納米纖維，能夠形成復雜的無紡布網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，進而制備靈敏度達到63.93kPa-1的高精度壓力傳感器。但對于納米無紡布結(jié)構(gòu)，由于涉及到大量纖維之間的接觸問題，使用通用有限元軟件很難建立精確的力-電耦合材料模型。

圖1. 納米纖維無紡布結(jié)構(gòu)的微觀力-導電性曲線

圖2. 納米纖維無紡布的宏觀力-導電性曲線

通過RVE計算得到納米纖維無紡布的材料宏觀壓力-導電性曲線（材料電導率與應力相關(guān)），就可以評估不同接觸面構(gòu)型壓力傳感器的壓力-導電性曲線，優(yōu)化/壓力傳感器特性。

圖3 不同接觸面構(gòu)型傳感器的電流導通過程

1. 選取TPU納米纖維微觀結(jié)構(gòu)，利用Digimat-FE建立RVE單胞，研究材料的壓電特性的微觀機理，得到材料等效壓電特性曲線；

2. 對比純TPU材料測試數(shù)據(jù)、RVE結(jié)構(gòu)計算得到宏觀等效力電特性，修正RVE單胞參數(shù)，復現(xiàn)材料的宏觀力電耦合特性；

3. 建立宏觀的壓力傳感器有限元模型，在Marc中使用Digimat里計算得到的力-電材料模型，進行壓力-導電性曲線的仿真試驗，研究不同接觸面構(gòu)型壓力傳感器力電特性，優(yōu)化傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計。

計算對比了兩種宏觀結(jié)構(gòu)壓力傳感器的性能曲線：平面接觸壓力傳感器、突觸面接觸壓力傳感器，如圖4所示。仿真分析結(jié)果表明，在同樣壓力變化情況下，突出面壓力傳感器中的相對電流變化更大，對壓力的變化更加靈敏，更適合作為高靈敏度壓力傳感器的設(shè)計方案。

圖4. 兩種結(jié)構(gòu)形式的壓力傳感器的壓力-導電性曲線對比

Digimat結(jié)合Marc分析，可以精確模擬壓力傳感器工作過程中的壓力-電流曲線，Digimat通過RVE單胞分析，在微觀尺度揭示了材料力-電耦合機理，為相關(guān)材料的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

利用Digimat得到復雜TPU纖維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的精確宏觀材料模型，可評估不同傳感器結(jié)構(gòu)形式的性能，優(yōu)化力-電耦合壓力傳感器的設(shè)計方案。