(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221097480 6.5 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 申请人 中国工程物理研究院流体物理研究 所 (72)发明人 闵道敏　陈韵中　高梓巍　蔡姝娆　 武庆周　王诗航　李盛涛　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 范巍 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/10(2006.01)G01R 31/12(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 电介质击穿场强与温度依赖性仿真方法和 系统 (57)摘要 本发明公开了一种电介质击穿场强与温度 依赖性仿真方法和系统， 所述仿真方法包括以下 步骤： 基于自由体积理论建立热作用下分子链滑 移导致聚合物破坏的判据； 建立电场和热场共同 作用下分子链滑移导致聚合物破坏的击穿判据； 量化强作用力下分子链的蛇形运动； 建立聚合物 击穿强度的近似解析式； 根据解析式， 利用 Matlab的Curve  fittingtool拟合试样击穿场强 随温度变化的实验结果。 本发明从分子链位移角 度建立的击穿模 型， 能够很好地阐释聚合物纳米 复合电介质击穿场强随温度的变化关系， 为高温 电介质材 料的制备提供理论指导。 权利要求书3页 说明书11页 附图5页 CN 115374624 A 2022.11.22 CN 115374624 A 1.一种电介质击穿场强与温度依赖性仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1， 基于自由体积理论建立热场作用下分子链 滑移导致电介质破坏的判据； S2， 根据热场作用下分子链滑移导致电介质破坏的判据， 建立电场和热场共 同作用下 分子链滑移 导致电介质破坏的击穿判 据， 根据电场和热场共同作用下分子链滑移导致电介 质破坏的击穿判据得到电场和热场共同作用下击穿时库仑力导致的局部 自由体积膨胀量 的计算公式； S3， 量化库伦力作用下分子链的蛇形运动， 得到分子链沿管道运动的距离； 根据分子链 沿管道运动的距离， 以及电场和热场共同作用下击穿时库仑力导致的局部自由体积膨胀量 计算公式， 得到电介质击穿场强与温度变化的关系式； S4， 化简击穿场强与温度的变化关系式， 建立电介质击穿场强的近似解析式； S5， 通过击穿 ‑温度实验得到电介质在不同温度下的击穿场强实验值； 根据电介质在不 同温度下 的击穿场 强实验值， 确定电介质击穿场 强的近似解析式中的参数， 得到最终的电 介质击穿场强的近似解析式； S6， 根据最终的电介质击穿场强的近似解析式预测电介质在不同温度下的击穿场强。 2.根据权利要求1所述的电介质击穿场强与温度依赖性仿真方法， 其特征在于， 所述S1 中建立的热场作用下分子链 滑移导致电介质破坏的判据为： λc＝αf(L)N(Tc‑Tg) λc为电介质发生破坏时的自由体积尺寸， αf(L)为电介质的线性膨胀系 数， N为分子链的 链段数， Tc为电介质被破坏时的温度， Tg为玻璃化温度。 3.根据权利要求1所述的电介质击穿场强与温度依赖性仿真方法， 其特征在于， 所述S2 中建立的电场和热场共同作用下分子链滑移导致电介质破坏的击穿判据为： λE+λT＝λc， 其 中， λE为库仑力导致的局 部自由体积膨胀量， λT为自由体积的尺寸， 为λc为电介质发生破坏 时的自由体积尺寸。 4.根据权利要求1所述的电介质击穿场强与温度依赖性仿真方法， 其特征在于， 所述S2 中， 得到的电场和热场共同作用下击穿时库仑力导致的局部自由体积膨胀量λE的计算公式 为： λE＝αf(L)N(Tc‑T)； 其中， λE为库仑力导致的局部自由体积膨胀量， αf(L)为电介质的线性膨 胀系数， N 为分子链的链段 数， Tc为电介质被破坏时的温度， T为测试温度。 5.根据权利要求1所述的电介质击穿场强与温度依赖性仿真方法， 其特征在于， 所述S3 包括以下步骤： S3.1、 写出分子链沿管道运动的距离 λE(t)的表达式： 其中， μtube为库仑力作用下分子链管道淌度， E为电场； S3.2、 将式(1)代入局部自由体积膨胀量计算公式， 得到电介质击穿场强与温度变化的 关系为： 其中， αf(L)为电介质的线性膨胀系数， N为分子链的链段数， Tc为电介质被破坏时的温 度， T为测试温度。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115374624 A 26.根据权利要求5所述的电介质击穿场强与温度依赖性仿真方法， 其特征在于， S3.2执 行完成后， 将 μtube/N定义为单个链段管道淌 度 μ'tube， 得到电介质击穿场强与温度变化的关 系为： 7.根据权利要求1所述的电介质击穿场强与温度依赖性仿真方法， 其特征在于， 所述S4 包括以下步骤： S4.1、 单个链段沿管道运动的距离 λ'E(t)表示为： 其中， μ'tube为单个链段的管道淌度， E为电场； 电场E等于外施电压V除以试样厚度d， 升压速率为kramp， 外施电压 时间为t， 试样上的电 压表示为升压速率乘以施加电压时间， 即V＝krampt； 电场表达式为E＝krampt/d， 并将电场的 表达式代入式(4)中， 得到 S4.2、 对式(5)两边进行积分， 并考虑初始条件未施加电压时单个链段沿管道运动的距 离等于0， 得到： 将t＝Ed/kramp代入式(6)中， 得到单个链段沿管道运动的距离与电场的关系： S4.3、 将单个链段沿管道运动的距离表达式(7)代入电场和热共同作用下分子链滑移 导致电介质破坏的击穿判据中得到： 其中， αf(L)为电介质的线性 膨胀系数， Tc为电介质被破坏时的温度， T为测试温度； S4.4、 根据公式(8)， 将宏观平均电场表示为V/d， 并考虑击穿临界条件， 得到击穿电压Vb 表达式为： 在不考虑空间电荷造成的电场畸变时， 得到 击穿场强Eb的表达式为： 将分子链蛇形运动管道淌度表达式代入击穿强度表达式(10)中， 得到 击穿强度Eb：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115374624 A 3