Page 47 - 《橡塑技术与装备》2017年10期（5月塑料）

综述与专论 董军·基于有限元的复合材料介电性能仿真方法初探

3 结论 [5] 韩宝忠，郭文敏，李忠华 . 碳化硅 / 低密度聚乙烯复合材料的
直流伏安特性 [J]. 复合材料学报，2008,25(5):19~24.
（1）求解了复合材料三维单元结构有限元模型，
[6] Varlow， B.R.; Robertson， J.; Donnelly， K.P.; Nonlinear
提出了复合材料介电性能有限元仿真方法，实验验证 fillers in electrical insulating materials[J].Science，
了方法的可行性。 Measurement & Technology， 2007,1(2):96~102.
[7] E spi no-Corte s ， F.P.Che rney ， E .A ， Ja ya ra m ， S .
（2）对交流电场下仿真所得传导电流，位移电流
Effectiveness of Stress Grading Coatings on Form Wound
和总电流进行傅立叶分析后发现 ：非线性复合电介质
StatorCoil Groundwall Insulation Under Fast Rise Time
中的传导电流不是真正意义的阻性电流，位移电流也 Pulse Voltages.[J].Transaction Ener gy Conversion.
不是真正意义的容性电流。提取了交流电压下模型中 EnergyConversion. 2005,20(4):844~851.
[8] 宫瑞磊，刘乐，刘新颖 . 含有非线性应力管的电缆终端电场的
填料与基体不同点处电场强度与外施电压的相位关系，
有限元分析 [J]. 绝缘材料，2005(1):44~51.
认为复合介质中慢极化导致局部区域的电场和外施电 [9] 齐玉 . 高压复合绝缘穿墙套管和电缆终端电场仿真及优化设计
压相位不同是根本原因。 [D] 华北电力大学，2004.
[10] 张荣，李忠华，郭文敏，鲁祥 . 同轴电极下非线性绝缘介质阶
（3）采用时域最小二乘法实现了阻性电流和容性
跃响应仿真分析 [J]. 高电压技术，2008.34(7):1 363~1 367.
电流的分解，获得了非线性复合材料的交流等效电导 [11] A.E.Baker， A.M.gully， J.C. G.Wheeler， Finite Element
率和相对介电常数与电场强度的关系。探索了复合材 Modeling of Nonlinear Stress Grading Materials for Machine
End Windings.[J].Power Electronics， Machines and Drives，
料介电性能的有限元仿真研究方法。
2002，4:265~268.
[12] 李喆 . 无机纳米氧化硅 / 低密度聚乙烯复合材料慢极化特性的
参考文献 ： 研究 [D]. 上海 : 上海交通大学 ( 博士论文 )，2007.
[1] 党智敏，王海燕，王岚 . 新型高温高介无机 / 有机功能复合材 [13] Qi X， Zheng Z.， Boggs， S.;， Engineering with Nonlinear
料 [J]. 复合材料学报 . 2005,22(5):9~15． Dielectrics.[J]Electrical Insulation Magazine，2004,20
[2] 刘英，曹晓珑，孙淑霞 . 电缆终端型电场的应力控制材料及结 (6):27~34.
构 [J]. 电线电缆，2005 (1):29~33. [14] 许恒迎，夏荣，李忠华 . 基于非线性最小二乘拟合的容
[3] Auckland D W， Su Wenbin，Varlow B R.Nonlinear fillers 性、阻性电流信号分解算法 [J]. 哈尔滨理工大学报，2006，
in electrical insulation[J].IEE Proc-SciMeasTechnol，1997， 11(1):120~123.
144(3):127~133. [15] STEVEN Boggs， Joe Yingneng Zhou. Dielectric Property
[4] DONNELLY K P，VARLOW B R. AC Conductivity Effects Measurement of Nonlinear Grading Materials[C]，2000
of Non-linear Fillers in Electrical Insulation[J].IEEE C o n f e r e n c e o n E l e c t r i c a l I n su l a t i o n a n d Di e l e c t r i c
CEIDP，2000:132~135. Phenomena，2000.764~76.

Simulation method of dielectric properties of composite materials
based on finite element method

Dong Jun
(Dalian Lvshun Jinli Rubber Co. LTD., Dalian 116043, Liaoning, China)
Abstract: In order to explore the method of computer simulation study on the dielectric properties of
composite insulating materials, a nonlinear composite material with self consistent electric field distribution
function is prepared by adding inorganic filler in polymer matrix. This paper presents a method of composite
model to simulate the electric field calculation of dielectric properties by using the finite element method,
and analyzes the relationship between the change of electric field distribution and the macroscopic current
response in the composite under alternating voltage. On the basis of this, the time domain least square
method is used to decompose the total current, then the AC equivalent conductivity and relative dielectric
constant of nonlinear medium are obtained. The experimental results verify the effectiveness of the method.
It is shown that using the finite element method to know the electric field phenomena in the process of slow
polarization in composite materials and the simulation of the dielectric parameters provides a new way for
the study of dielectric properties of materials.
Key words: composite; dielectric property; finite element; nonlinear; electric field; simulation
(R-03)

2017 第 43 卷 ·27·
年