[发明专利]确定非线性绝缘材料内压敏微球的渗流阈值的计算方法

摘要

本发明涉及确定非线性绝缘材料内压敏微球的渗流阈值的计算方法，包括以下步骤：(1)、绝缘材料整体计算区域的生成；(2)、微球分布的生成：在上述生成好的计算区域内；(3)、材料特性的设置；(4)、复合物伏安特性的求解；(5)、复合物渗流阈值的确定。本发明的有益效果是：通过matlab软件进行仿真计算来测定非线性复合物内压敏微球渗流阈值的方法，实际计算以ZnO压敏微球为填料的ZnO/硅橡胶非线性复合物的渗流阈值，针对非线性复合物的渗流阈值可能随着基体或者压敏微球填料特性而改变的问题，提出一种通过数值计算来推测复合物渗流阈值的方法，从而为非线性复合物的制备及其在高压绝缘设备上的应用设计提供特征参数。

主权项

1.确定非线性绝缘材料内压敏微球的渗流阈值的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)、绝缘材料整体计算区域的生成：通过matlab计算软件，首先确定计算区域，并在计算区域内进行Voronoi网格的生成，根据压敏微球的微观结构与制备所得的复合物样品的宏观尺寸，在满足Voronoi种子落在给定矩形区域内的条件下，按照紧密排列的数个正六边形几何中心的位置设置种子，其基本参数包括：Voronoi多边形平均尺寸d，单位μm；水平X轴方向多边形平均数目NX，竖直Y轴方向多边形平均数目NY；种子分布无序度s，在Voronoi种子生成后，用matlab中现有的程序生成Voronoi多边形，完成对整体的计算区域的剖分，这一区域在仿真模型中代表绝缘材料基体；(2)、微球分布的生成：在上述生成好的计算区域内，按照某一特定的填料粒径与体积分数生成数个随机分布的圆形，所述圆形在仿真模型中代表着压敏微球填料，其要完整的落在矩形区域之内，并且圆形之间的重叠部分不能超过其直径的5％，圆形的面积总和与计算区域面积的比例即为填料的体积分数，落在任一圆形内的Voronoi多边形代表压敏微球填料内的晶粒，而落在所有圆形外的Voronoi多边形则代表绝缘材料基体的一个划分单元；(3)、材料特性的设置：将每个Voronoi多边形的每条边都用一个几何上与其垂直的线性或者非线性的阻抗来表示，而每个Voronoi多边形中心的Voronoi种子即为电路中的各个计算节点，即将材料电学特性的仿真转化成阻抗网络响应特性的求解，对计算区域中每个Voronoi多边形的每一条边进行判定，若其落在某一圆形内部，则其具有压敏微球填料的属性；若其落在所有圆形之外，则其具有绝缘材料的属性；(4)、复合物伏安特性的求解：将电压电流与元件特性写成系数矩阵而通过节点法来求解电路，用分段线性化与小信号分析处理非线性电路的方法来实现快速的求解；(5)、复合物渗流阈值的确定：通过在同一计算区域内，生成相同粒径范围但不同体积分数下的压敏微球分布，并求解得到伏安特性，通过复合物的非线性伏安特性随着压敏微球填料体积分数的变化情况来测定渗流阈值，同时通过计算得到整个区域的电流密度分布图，该图中电流密度最大的一条路径即为渗流路径，若在某一体积分数下渗流路径由压敏微球构成，则这一体积分数为复合物的渗流阈值，综合两种方法来共同确定非线性复合物的渗流阈值。