[发明专利]用于预测复合材料非线性电导特性的方法及其系统

说明书

用于预测复合材料非线性电导特性的方法及其系统，其特征为：包括如下步骤：步骤1：构建复合材料的几何模型；步骤2：定义几何模型中的外围立方单元及内部几何体区域材料；步骤3：设置边界条件；步骤4：控制方程求解；步骤5：数据处理，得到复合材料非线性电导特性。本发明能够避免时间成本及材料成本不必要的浪费，对现有随机模型进行了适应性改进，提高了计算模型的适用性。

技术领域

本发明涉及一种预测方法及其系统，尤其是涉及一种用于预测复合材料非线性电导特性的方法及其系统。

背景技术

随着电力系统电压等级的提高，高压电力设备及其部件绝缘问题的重要性日益突出，在设备关键位置采用电导率或介电常数随外电场自适应变化的非线性均压材料替代传统绝缘材料是一种行之有效的解决方案。

针对复合材料非线性电导特性的研究大多通过实验完成，整个研究期间须经历实验设计、设备调试、样品制备、测试操作及数据处理等环节，需投入大量的人力、物力，甚至可能存在大量的尝试性实验，造成时间成本及材料成本不必要的浪费。因此提出建立一种可用于预测复合材料非线性电导特性的计算方法，指导实际生产。

目前在计算方法的建立方面，国内外的学者已开展了一系列研究。现有技术如《复合电介质介电性能有限元仿真》（电机与控制学报，作者：黄志鹏等人）利用编程实现了填料颗粒在基体中的随机分布，仿真计算了复合材料的交流电导特性和介电特性；《聚乙烯/无机填料复合材料非线性电导特性及机理研究》（作者：郭文敏）通过建立随机小球模型模拟计算了填料浓度、粒径对复合材料直流电导特性的影响；《非线性绝缘介质交变电场机理下介电特性的仿真分析》（作者：陈鑫）则考虑到实际中填料的形状并非理想的球状，建立了随机椭球模型，在交变电场下模拟计算了填料掺量、空间取向、尺寸等因素对材料电导及介电特性的影响。

结合实际情况分析，在上述现有的技术中，主要存在两点不足：其一，现有方法中关于填料的形状考虑不够全面，仅考虑了球状及类球状填料；其二，现有方法中关于填料填充方案考虑不够全面，仅考虑了单一种类且单一尺寸填料填充情形。本发明针对上述不足对现有随机模型进行了适应性改进，提高了计算模型的适用性。

发明内容

本发明的目的在于对现有同类技术的适应性改进，主要致力于解决现有技术的两点不足：

一、填料种类考虑不全面，实际填料的形状除球状、类球状外，还有不同横纵比填料如陶瓷晶须、碳纳米管等，片状材料如氮化硼、石墨烯等，现有预测方法将填料形状统一理想化假设为球状及类球状，不能实现对不同类型填料填充复合材料非线性电导特性的预测，适用性不够；

二、填充方案考虑不全面，如现有技术《微纳米 SiC/环氧复合材料的界面和非线性电导特性》（作者：韩永森等）已有实验研究表明多尺寸填料复配填充能有效提高复合材料在非线性区的电导率，现有预测方法仅考虑了单一种类且单一粒径填充填料方案，不能实现对不同粒径填料复配或不同种类填料复配填充复合材料非线性电导特性的预测，适用性不够。

本发明采用下述技术方案：

用于预测复合材料非线性电导特性的方法，其特征为：包括如下步骤：步骤1：构建复合材料几何模型；步骤2：定义几何模型中的外围立方单元及内部几何体区域材料；步骤3：设置边界条件；步骤4：控制方程求解；步骤5：数据处理，得到复合材料非线性电导特性。

本发明还公开一种用于预测复合材料非线性电导特性的控制系统，其特征为：包括上述所述的用于预测复合材料非线性电导特性的计算方法。

有益效果：

本发明综合考虑了复合材料实际制备过程中可能用到球状、片状及不同横纵比填料，能用于更多不同类型填料填充复合材料电导特性的预测，更加全面；

本发明综合考虑了不同粒径填料复配填充及不同种类填料复配填充的情况，更符合目前的实验研究趋势，扩大了方法适用范围。

附图说明