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基于渐进均匀化的力-电-热耦合光滑有限元法研究 被引量:3
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作者 郑建校 段志善 周立明 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1325-1335,共11页
针对基于微观结构的力-电-热多物理场耦合压电复合材料的力学特性分析问题,基于压电复合材料的基本方程和力-电-热多物理场耦合效应,结合渐进均匀化方法预测的压电复合材料有效性能参数,提出基于渐进均匀化的力-电-热耦合光滑有限元法;... 针对基于微观结构的力-电-热多物理场耦合压电复合材料的力学特性分析问题,基于压电复合材料的基本方程和力-电-热多物理场耦合效应,结合渐进均匀化方法预测的压电复合材料有效性能参数,提出基于渐进均匀化的力-电-热耦合光滑有限元法;推导力-电-热耦合光滑有限元的动力学控制方程,并运用Wilson-θ法对压电复合材料结构动力学问题进行求解,研究温度变化对结构固有频率和动力学响应的影响,并将其结果与有限元法的求解结果进行对比,验证该方法的正确性和有效性。研究结果表明:本文方法所得结果与有限元法所得结果较一致,且具有较好的收敛性和较高的精度;该方法对分析压电复合材料元器件的多物理场耦合力学特性具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 固体 有限元法 力-电-热耦合 渐进理论
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热-力-电耦合下天线罩电性能仿真及分析
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作者 吉建民 王伟 +2 位作者 余慧龙 刘涓 陈博 《空军工程大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期2-11,共10页
在实际飞行工况下,热力载荷会改变高速飞行器天线罩原有的电磁特性,从而影响制导性能。提出了一种基于六面体网格划分的热-力-电耦合模型及仿真方法,可准确表征高速飞行工况下天线罩介电温漂和结构变形对电性能的影响。基于天线罩热-力... 在实际飞行工况下,热力载荷会改变高速飞行器天线罩原有的电磁特性,从而影响制导性能。提出了一种基于六面体网格划分的热-力-电耦合模型及仿真方法,可准确表征高速飞行工况下天线罩介电温漂和结构变形对电性能的影响。基于天线罩热-力-电共享网格模型,首先通过瞬态热仿真得到天线罩响应温度场,通过静力分析得到天线罩结构变形场。然后,将天线罩介电温漂和结构变形准确传递到其电磁仿真模型中,并采用三维射线跟踪法计算其电性能。最后通过一个典型算例对高速飞行工况下天线罩电性能的变化进行仿真和分析,结果表明电性能变化非常明显,也进一步说明了所提方法的可行性和研究的必要性。 展开更多
关键词 高速飞行器 天线罩 --耦合 温漂 结构变形 性能
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改进IGBT动态模型与电-热-力多物理场耦合失效分析 被引量:6
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作者 何怡刚 周健波 +2 位作者 刘嘉诚 倪华东 崔介兵 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2019年第8期46-54,共9页
绝缘栅型双极型晶体管(IGBT)失效会对整流或逆变系统产生严重影响, IGBT应用场合不同导致其焊料层失效形式存在较大差异,因此有必要研究IGBT焊料层老化失效规律。首先利用改进的IGBT动态模型搭建三相整流电路并对其电路功耗误差进行修正... 绝缘栅型双极型晶体管(IGBT)失效会对整流或逆变系统产生严重影响, IGBT应用场合不同导致其焊料层失效形式存在较大差异,因此有必要研究IGBT焊料层老化失效规律。首先利用改进的IGBT动态模型搭建三相整流电路并对其电路功耗误差进行修正;其次构建IGBT三维有限元模型,并分析其在电-热-力多物理场耦合下芯片温度和焊料层应力分布规律;最后利用随机生成的焊料层缺陷来探究空洞、裂纹等对焊料层失效的影响,得出焊料层老化失效规律。仿真结果表明,焊料层缺陷面积的比例高于15%时,焊料层空洞、裂纹及脱落对芯片结温及焊料层应力影响显著,其中,脱落和裂纹对焊料层应力影响更大。 展开更多
关键词 IGBT 改进动态模型 --耦合 三维有限元
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基于电-热-机械应力多物理场的IGBT焊料层健康状态研究 被引量:40
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作者 陈民铀 高兵 +2 位作者 杨帆 徐盛友 谢鹏 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第20期252-260,共9页
绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块失效将导致功率变流器故障,而IGBT主要失效模式之一——焊料层疲劳则主要是由于温度分布不均匀和材料参数不匹配引起的热应力造成。因此研究IGBT模块温度-机械应力分布特性,对变流器安全评估尤其重要。基于... 绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块失效将导致功率变流器故障,而IGBT主要失效模式之一——焊料层疲劳则主要是由于温度分布不均匀和材料参数不匹配引起的热应力造成。因此研究IGBT模块温度-机械应力分布特性,对变流器安全评估尤其重要。基于所建立的IGBT功率模块电-热-机械应力多物理场模型,分析了IGBT模块稳态以及瞬态下的热-机械应力分布特性规律。基于论文提出的模型,针对IGBT焊料层疲劳失效,分析了焊料层空洞位置以及大小对功率模块热-机械应力的影响规律,结果表明焊料层热应力最大值出现在焊料层边角以及空洞边缘处,相同面积下拐角空洞更容易导致IGBT模块失效,而且芯片结温随着中心空洞半径增加而升高,当空洞率达到50%时,结温温升达到5.10℃,严重时将会导致模块失效。基于能量微分以及热应力理论,本文提出了基于温度梯度评估焊料层运行状况的方法,并从理论以及仿真模拟层面,验证了该方法的准确性,并分析了不同焊料层失效程度对温度梯度的影响规律,发现温度梯度变化规律与结温变化规律一致,且灵敏度高,具有可追踪故障点位置的优点。 展开更多
关键词 IGBT 温度 --机械耦合 空洞 温度梯度
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电阻连续加热成形过程电热力耦合有限元模拟分析 被引量:2
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作者 门正兴 周杰 +1 位作者 王梦寒 徐志敏 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2010年第19期94-96,101,共4页
利用有限元方法,建立了轴对称的电-热-力耦合有限元模型,实现了电-热耦合与热-力耦合的顺序模拟。以42CrMo4钢圆柱体在电阻连续加热情况下的热镦成形过程为例对模型进行验证。结果表明,模拟所得坯料温度及载荷变化与试验结果一致。电阻... 利用有限元方法,建立了轴对称的电-热-力耦合有限元模型,实现了电-热耦合与热-力耦合的顺序模拟。以42CrMo4钢圆柱体在电阻连续加热情况下的热镦成形过程为例对模型进行验证。结果表明,模拟所得坯料温度及载荷变化与试验结果一致。电阻连续加热成形过程中坯料温度急剧下降主要由于成形过程中坯料电阻的下降,而坯料温度下降也导致成形载荷迅速增加。 展开更多
关键词 有限元 阻加 --耦合
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Aging Characteristics of Lithium-Ion Battery Under Fast Charging Based on Electrochemical-thermalmechanical Coupling Model
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作者 Dong-Xu Zuo Pei-Chao Li 《电化学(中英文)》 CAS 北大核心 2024年第9期10-24,共15页
The aging characteristics of lithium-ion battery(LIB)under fast charging is investigated based on an electrochemical-thermal-mechanical(ETM)coupling model.Firstly,the ETM coupling model is established by COMSOL Multip... The aging characteristics of lithium-ion battery(LIB)under fast charging is investigated based on an electrochemical-thermal-mechanical(ETM)coupling model.Firstly,the ETM coupling model is established by COMSOL Multiphysics.Subsequently,a long cycle test was conducted to explore the aging characteristics of LIB.Specifically,the effects of charging(C)rate and cycle number on battery aging are analyzed in terms of nonuniform distribution of solid electrolyte interface(SEI),SEI formation,thermal stability and stress characteristics.The results indicate that the increases in C rate and cycling led to an increase in the degree of nonuniform distribution of SEI,and thus a consequent increase in the capacity loss due to the SEI formation.Meanwhile,the increases in C rate and cycle number also led to an increase in the heat generation and a decrease in the heat dissipation rate of the battery,respectively,which result in a decrease in the thermal stability of the electrode materials.In addition,the von Mises stress of the positive electrode material is higher than that of the negative electrode material as the cycling proceeds,with the positive electrode material exhibiting tensile deformation and the negative electrode material exhibiting compressive deformation.The available lithium ion concentration of the positive electrode is lower than that of the negative electrode,proving that the tensile-type fracture occurring in the positive material under long cycling dominated the capacity loss process.The aforementioned studies are helpful for researchers to further explore the aging behavior of LIB under fast charging and take corresponding preventive measures. 展开更多
关键词 Lithium-ion battery Aging characteristics Fast charging Electrochemical-thermal-mechanical coupling model
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NPC三电平中IGBT焊料层多物理场耦合失效分析 被引量:5
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作者 何怡刚 周健波 李兵 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2019年第4期71-78,共8页
针对传统的多物理耦合分析建模方式需要试验来提取参数,同时电物理参数的提取难度大,静态功耗的计算正确性难以保证、耗费了人力物力等问题,提出一种利用IGBT动态模型来分析焊料层多物理场耦合失效的方法。首先对IGBT模块进行动态仿真,... 针对传统的多物理耦合分析建模方式需要试验来提取参数,同时电物理参数的提取难度大,静态功耗的计算正确性难以保证、耗费了人力物力等问题,提出一种利用IGBT动态模型来分析焊料层多物理场耦合失效的方法。首先对IGBT模块进行动态仿真,使用Simplorer软件计算NPC三电平逆变器的动态功耗;然后使用动态功耗在ANSYS软件中进行三维有限元建模;最后利用三维有限元模型求解出电-热-力多物理耦合失效分析的解。分析功耗仿真结果可知,逆变器内侧IGBT的功耗要比外侧IGBT高,有限元分析结果验证了动态模型可以准确仿真三电平逆变器功耗不均衡问题。分析三维有限元耦合仿真结果可知,与传统IGBT电-热耦合仿真相比,结温仿真模型误差减小了10%。电-热-力多物理场耦合模型可以更好的显示IGBT焊料层存在缺陷时的多场应力状态。研究结果表明,该方法操作简单,动态功耗求解结果和多物理耦合应力分析结果准确度较高。 展开更多
关键词 NPC三 动态仿真 焊料层失效 --耦合 三维有限元
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脉冲电流下对AL6061合金进行熔孔止裂与愈合的仿真研究
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作者 张梦涛 周思柱 +1 位作者 张思 曾云 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第6期2298-2306,共9页
Al6061铝合金常应用于航空航天领域蒙皮制造,因其中等硬度与低强度的弱点,在承受复杂载荷时容易出现微裂纹,进而影响服役安全可靠性。脉冲电流是一种极速、非平衡的金属材料微小裂纹修复工艺,可以克服该材料不易焊接修复的短板。在既有... Al6061铝合金常应用于航空航天领域蒙皮制造,因其中等硬度与低强度的弱点,在承受复杂载荷时容易出现微裂纹,进而影响服役安全可靠性。脉冲电流是一种极速、非平衡的金属材料微小裂纹修复工艺,可以克服该材料不易焊接修复的短板。在既有的实验基础上建立单边预制裂纹缺口模型,采用有限元仿真手段,进行了热-电-力三场耦合数值模拟,计算不同参数下裂纹区域的电场、温度场和应力场分布。使用“生死单元”法模拟止裂熔孔的产生,并获得了不同几何、物理参数下止裂熔孔尺寸变化的规律。结果表明:焦耳热形成的止裂熔孔降低裂尖的集中应力,抑制裂纹扩展,裂纹区域高温区与基体常温区形成温度梯度相互约束产生巨大的热压应力促使裂纹宽度减小,进而直至愈合;初始熔孔尺寸与裂纹长度成正比、与板厚成反比,最佳尺寸直径为0.1 mm以内;电流值和电流加载时间均能控制熔孔生长,电流值一定时,当时间达到0.12 s形成的熔孔尺寸超出最佳止裂尺寸范围。研究成果为特定金属材料的裂纹止裂与愈合提供了机理参考和仿真方法。 展开更多
关键词 脉冲 --耦合 熔孔尺寸 止裂与愈合
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功能梯度材料板壳多场耦合主动控制仿真 被引量:3
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作者 代锋 郑世杰 王晓雪 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期105-108,共4页
利用力-电-热多场耦合的弱变分方程和加强假定应变法,建立了一用于温度梯度作用下功能梯度材料板壳力学性能分析的固体壳单元,该单元既可用作实体单元,又可模拟薄曲壳结构,在厚跨比非常小的情况下也能获得令人满意的精度。结合常位移-... 利用力-电-热多场耦合的弱变分方程和加强假定应变法,建立了一用于温度梯度作用下功能梯度材料板壳力学性能分析的固体壳单元,该单元既可用作实体单元,又可模拟薄曲壳结构,在厚跨比非常小的情况下也能获得令人满意的精度。结合常位移-速度反馈控制算法,对基于压电传感器、驱动器的功能梯度材料板壳的热变形及振动的主动控制进行了数值仿真,探讨了组分材料体积分数幂指数分布、控制增益等对功能梯度材料力学性能和控制效果等的影响。算例表明了常位移-速度反馈控制算法的正确性和单元的高效性。 展开更多
关键词 功能梯度材料 力-电-热耦合 固体壳 加强假定应变模式
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耦合场中轴向压缩碳纳米管的尺度效应 被引量:1
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作者 姚小虎 陈达 +1 位作者 欧智成 孙玉刚 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期103-108,114,共7页
针对小尺度碳纳米管在多物理场下的轴压屈曲问题,提出了基于非局部弹性理论耦合场作用下的力学模型.首先采用弹性壳体模型,考虑热-电-力多场耦合作用,同时计及多壁碳纳米管层间范德华力和周边弹性介质的影响,得到基于非局部弹性理论多... 针对小尺度碳纳米管在多物理场下的轴压屈曲问题,提出了基于非局部弹性理论耦合场作用下的力学模型.首先采用弹性壳体模型,考虑热-电-力多场耦合作用,同时计及多壁碳纳米管层间范德华力和周边弹性介质的影响,得到基于非局部弹性理论多场耦合作用下多壁碳纳米管的屈曲控制方程.并且以双壁管为例,可以得到双壁碳纳米管轴向屈曲的临界载荷的解析解,而且对其进行了数值分析,讨论了尺度效应对轴向临界屈曲载荷的影响.发现当尺度效应参数e0a较大时,基于非局部弹性理论下的临界屈曲载荷与经典弹性理论得到的临界屈曲载荷相差很大,说明在小尺度范围内,经典弹性理论已经不再适用. 展开更多
关键词 碳纳米管 尺度效应 屈曲 --耦合 非局部弹性理论
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