多孔陶瓷电容器计算机仿真研究

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1多孔陶瓷电容器失效特性仿真模拟计算

为了验证上节设计的多孔陶瓷电容器有限元仿真模型的有效性和可靠性，本节使用ABAQUS软件建立了多孔陶瓷电容器的数值仿真模型，并对利用温度和散热边界条件对其最大应力进行了数值仿真模拟。

1.1多孔陶瓷电容器仿真模型

ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS/CAE是ABAQUS进行操作的完整环境，在这个环境中，可提供简明，一致的界面来生成计算模型，可交互式地提交和监控ABAQUS作业，并可评估计算结果.本文建立的多孔陶瓷电容器的ABAQUS软件仿真模型，在模型中施加了温度边界条件，并设置了材料参数，为了分析更能真实的反映器件的结构，在模型中使用了粘聚力单元。

1.2失效特性计算结果

通过数值仿真模拟计算得到了应力和应变结果云图，通过对最大应力的分析可以实现电容器失效特性的仿真设计。表示通过ABAQUS有限元仿真模拟计算得到的应力变形图，由图可以看出，在热源作用下，在电容器的应力集中位置产生了明显的变形，为了直观显示最大应力，本文通过仿真计算得到了的应力云图。表示在电容器发热过程中的应力分布图，图中区域1（红色部分）表示应力最大位置，从区域1（红色）到区域5（蓝色）应力逐渐降低，由图可以看出，在电容器发热的位置应力比较大，但是还没有出现撕裂现象。随着电容器的持续发热，电容器变形逐渐增大，此时最大应力也逐渐增大，最终导致电容器撕裂。其撕开过程是由电极端部单元达到其强度而发生撕裂，并迅速扩展，直至整个路径完全撕开而使器件失效。表示开裂距离和最大应力的计算结果表，由表可以看出，在开裂距离为112μm时，最大应力出现了比较大的变化，当最大应力达到305.3MPa时开始急剧下降，其变换趋势图如图所示。表示开裂距离和最大应力的变化趋势，由图可以看出，在初始开裂距离为112μm之前应力没有发生变化，112μm之后应力发生了明显的变化，应力逐渐增大后又急剧降低，说明电容器发生了失效破坏。因此，在多孔陶瓷电容器的设计过程中需要充分考虑温度对电容器的影响，可以依据最大开裂距离来对电容器进行保护，避免电容器失效。

2结论

本文将数值仿真模拟方法引入到了电容器散热失效的仿真计算过程中，提出了一种新的电容器失效特性设计方案。依据有限元思想本文建立了二维多孔陶瓷电容器应力和传热数学模型，并将ABAQUS软件引入到了多孔陶瓷电容器的失效仿真计算过程中，通过计算得到了多孔陶瓷电容器的最大应力和应变的分布云图。为了得到多孔陶瓷电容器的临界应力点，本文对持续发热的电容器进行了仿真计算，得到了最大应力随开裂距离的变化趋势，为多孔陶瓷电容器的设计提供了技术参考。

作者：胡鹏 刘志刚 单位：南昌工学院 南昌大学 河南省矿山信息化重点实验室