多孔陶瓷電容器計(jì)算機(jī)仿真研究
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為了驗(yàn)證上節(jié)設(shè)計(jì)的多孔陶瓷電容器有限元仿真模型的有效性和可靠性，本節(jié)使用ABAQUS軟件建立了多孔陶瓷電容器的數(shù)值仿真模型，并對(duì)利用溫度和散熱邊界條件對(duì)其最大應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值仿真模擬。
1.1多孔陶瓷電容器仿真模型
ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件，其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性分析到許多復(fù)雜的非線(xiàn)性問(wèn)題。ABAQUS/CAE是ABAQUS進(jìn)行操作的完整環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中，可提供簡(jiǎn)明，一致的界面來(lái)生成計(jì)算模型，可交互式地提交和監(jiān)控ABAQUS作業(yè)，并可評(píng)估計(jì)算結(jié)果.本文建立的多孔陶瓷電容器的ABAQUS軟件仿真模型，在模型中施加了溫度邊界條件，并設(shè)置了材料參數(shù)，為了分析更能真實(shí)的反映器件的結(jié)構(gòu)，在模型中使用了粘聚力單元。
1.2失效特性計(jì)算結(jié)果
通過(guò)數(shù)值仿真模擬計(jì)算得到了應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果云圖，通過(guò)對(duì)最大應(yīng)力的分析可以實(shí)現(xiàn)電容器失效特性的仿真設(shè)計(jì)。表示通過(guò)ABAQUS有限元仿真模擬計(jì)算得到的應(yīng)力變形圖，由圖可以看出，在熱源作用下，在電容器的應(yīng)力集中位置產(chǎn)生了明顯的變形，為了直觀顯示最大應(yīng)力，本文通過(guò)仿真計(jì)算得到了的應(yīng)力云圖。表示在電容器發(fā)熱過(guò)程中的應(yīng)力分布圖，圖中區(qū)域1（紅色部分）表示應(yīng)力最大位置，從區(qū)域1（紅色）到區(qū)域5（藍(lán)色）應(yīng)力逐漸降低，由圖可以看出，在電容器發(fā)熱的位置應(yīng)力比較大，但是還沒(méi)有出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。隨著電容器的持續(xù)發(fā)熱，電容器變形逐漸增大，此時(shí)最大應(yīng)力也逐漸增大，最終導(dǎo)致電容器撕裂。其撕開(kāi)過(guò)程是由電極端部單元達(dá)到其強(qiáng)度而發(fā)生撕裂，并迅速擴(kuò)展，直至整個(gè)路徑完全撕開(kāi)而使器件失效。表示開(kāi)裂距離和最大應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果表，由表可以看出，在開(kāi)裂距離為112μm時(shí)，最大應(yīng)力出現(xiàn)了比較大的變化，當(dāng)最大應(yīng)力達(dá)到305.3MPa時(shí)開(kāi)始急劇下降，其變換趨勢(shì)圖如圖所示。表示開(kāi)裂距離和最大應(yīng)力的變化趨勢(shì)，由圖可以看出，在初始開(kāi)裂距離為112μm之前應(yīng)力沒(méi)有發(fā)生變化，112μm之后應(yīng)力發(fā)生了明顯的變化，應(yīng)力逐漸增大后又急劇降低，說(shuō)明電容器發(fā)生了失效破壞。因此，在多孔陶瓷電容器的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要充分考慮溫度對(duì)電容器的影響，可以依據(jù)最大開(kāi)裂距離來(lái)對(duì)電容器進(jìn)行保護(hù)，避免電容器失效。
2結(jié)論
本文將數(shù)值仿真模擬方法引入到了電容器散熱失效的仿真計(jì)算過(guò)程中，提出了一種新的電容器失效特性設(shè)計(jì)方案。依據(jù)有限元思想本文建立了二維多孔陶瓷電容器應(yīng)力和傳熱數(shù)學(xué)模型，并將ABAQUS軟件引入到了多孔陶瓷電容器的失效仿真計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算得到了多孔陶瓷電容器的最大應(yīng)力和應(yīng)變的分布云圖。為了得到多孔陶瓷電容器的臨界應(yīng)力點(diǎn)，本文對(duì)持續(xù)發(fā)熱的電容器進(jìn)行了仿真計(jì)算，得到了最大應(yīng)力隨開(kāi)裂距離的變化趨勢(shì)，為多孔陶瓷電容器的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參考。
作者：胡鵬 劉志剛 單位：南昌工學(xué)院 南昌大學(xué) 河南省礦山信息化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室