多孔陶瓷電容器計算機仿真研究

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1多孔陶瓷電容器失效特性仿真模擬計算

為了驗證上節(jié)設(shè)計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，并對利用溫度和散熱邊界條件對其最大應(yīng)力進行了數(shù)值仿真模擬。

1.1多孔陶瓷電容器仿真模型

ABAQUS是一套功能強大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。ABAQUS/CAE是ABAQUS進行操作的完整環(huán)境，在這個環(huán)境中，可提供簡明，一致的界面來生成計算模型，可交互式地提交和監(jiān)控ABAQUS作業(yè)，并可評估計算結(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失效特性計算結(jié)果

通過數(shù)值仿真模擬計算得到了應(yīng)力和應(yīng)變結(jié)果云圖，通過對最大應(yīng)力的分析可以實現(xiàn)電容器失效特性的仿真設(shè)計。表示通過ABAQUS有限元仿真模擬計算得到的應(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，本文通過仿真計算得到了的應(yīng)力云圖。表示在電容器發(fā)熱過程中的應(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，此時最大應(yīng)力也逐漸增大，最終導致電容器撕裂。其撕開過程是由電極端部單元達到其強度而發(fā)生撕裂，并迅速擴展，直至整個路徑完全撕開而使器件失效。表示開裂距離和最大應(yīng)力的計算結(jié)果表，由表可以看出，在開裂距離為112μm時，最大應(yīng)力出現(xiàn)了比較大的變化，當最大應(yīng)力達到305.3MPa時開始急劇下降，其變換趨勢圖如圖所示。表示開裂距離和最大應(yīng)力的變化趨勢，由圖可以看出，在初始開裂距離為112μm之前應(yīng)力沒有發(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)計過程中需要充分考慮溫度對電容器的影響，可以依據(jù)最大開裂距離來對電容器進行保護，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算過程中，提出了一種新的電容器失效特性設(shè)計方案。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)學模型，并將ABAQUS軟件引入到了多孔陶瓷電容器的失效仿真計算過程中，通過計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，本文對持續(xù)發(fā)熱的電容器進行了仿真計算，得到了最大應(yīng)力隨開裂距離的變化趨勢，為多孔陶瓷電容器的設(shè)計提供了技術(shù)參考。

作者：胡鵬 劉志剛 單位：南昌工學院 南昌大學 河南省礦山信息化重點實驗室