多孔陶瓷電容器計算機仿真研究
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為了驗證上節設計的多孔陶瓷電容器有限元仿真模型的有效性和可靠性，本節使用ABAQUS軟件建立了多孔陶瓷電容器的數值仿真模型，并對利用溫度和散熱邊界條件對其最大應力進行了數值仿真模擬。
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進行操作的完整環境，在這個環境中，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控ABAQUS作業，并可評估計算結果.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，并設置了材料參數，為了分析更能真實的反映器件的結構，在模型中使用了粘聚力單元。
1.2失效特性計算結果
通過數值仿真模擬計算得到了應力和應變結果云圖，通過對最大應力的分析可以實現電容器失效特性的仿真設計。表示通過ABAQUS有限元仿真模擬計算得到的應力變形圖，由圖可以看出，在熱源作用下，在電容器的應力集中位置產生了明顯的變形，為了直觀顯示最大應力，本文通過仿真計算得到了的應力云圖。表示在電容器發熱過程中的應力分布圖，圖中區域1（紅色部分）表示應力最大位置，從區域1（紅色）到區域5（藍色）應力逐漸降低，由圖可以看出，在電容器發熱的位置應力比較大，但是還沒有出現撕裂現象。隨著電容器的持續發熱，電容器變形逐漸增大，此時最大應力也逐漸增大，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力的計算結果表，由表可以看出，在開裂距離為112μm時，最大應力出現了比較大的變化，當最大應力達到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力的變化趨勢，由圖可以看出，在初始開裂距離為112μm之前應力沒有發生變化，112μm之后應力發生了明顯的變化，應力逐漸增大后又急劇降低，說明電容器發生了失效破壞。因此，在多孔陶瓷電容器的設計過程中需要充分考慮溫度對電容器的影響，可以依據最大開裂距離來對電容器進行保護，避免電容器失效。
2結論
本文將數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計方案。依據有限元思想本文建立了二維多孔陶瓷電容器應力和傳熱數學模型，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力和應變的分布云圖。為了得到多孔陶瓷電容器的臨界應力點，本文對持續發熱的電容器進行了仿真計算，得到了最大應力隨開裂距離的變化趨勢，為多孔陶瓷電容器的設計提供了技術參考。
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