[發(fā)明專利]一種電纜老化虛擬仿真試驗平臺及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110029635.4
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112861392A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王莉;花旭;張瑤佳
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C10/00;G16C60/00;G06F113/16;G06F119/04;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 艾中蘭

本發(fā)明公開一種電纜老化虛擬仿真試驗平臺及方法，所述平臺包括四個模塊：絕緣材料參數(shù)計算模塊，該模塊可建立絕緣材料分子老化模型，通過分子動力學(xué)模擬提取分子信息進(jìn)行材料參數(shù)計算；電纜特征參數(shù)計算模塊，在該模塊中建立含不同缺陷的電纜有限元模型，施加環(huán)境應(yīng)力進(jìn)行單場及多場耦合仿真，然后提取各種場值分布信息和特征參數(shù)；電纜壽命預(yù)計模塊，在該模塊中基于特征參數(shù)建立電纜壽命預(yù)計模型并實現(xiàn)電纜剩余壽命計算；可視化模塊，該模塊可顯示其它各模塊的仿真模型和計算結(jié)果。本發(fā)明解決了必須基于加速老化試驗建立壽命預(yù)計模型的現(xiàn)狀問題，高效率、低成本地完成電纜老化虛擬仿真試驗并實現(xiàn)電纜剩余壽命預(yù)計。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電線電纜老化試驗領(lǐng)域及壽命預(yù)計領(lǐng)域，具體涉及一種電纜老化虛擬仿真試驗平臺。

背景技術(shù)

電纜老化是一個長期的、連續(xù)的甚至難以檢測出來的復(fù)雜狀態(tài)，老化貫穿電纜壽命的始終。因此，對電纜的老化試驗開展研究、建立壽命預(yù)計模型，不僅能夠在電纜設(shè)計過程中給廠家提供參考，而且可以預(yù)防電纜因絕緣失效而導(dǎo)致的安全隱患?，F(xiàn)有的電纜老化檢測技術(shù)主要從力學(xué)性能檢測、電氣性能檢測和熱性能檢測入手，其中力學(xué)性能的檢測對象為拉伸強度、斷裂伸長率和硬度等，電氣性能的檢測對象為絕緣電阻、擊穿場強和介質(zhì)損耗因數(shù)等，熱性能的檢測對象為導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)和比熱容等。這些測量方法具有如下不足之處，如破環(huán)性檢測的不可恢復(fù)性、離線檢測的不適用性和檢測設(shè)備要求高等。在進(jìn)行電纜壽命預(yù)計時，多是利用加速老化試驗獲取高環(huán)境應(yīng)力下的電纜壽命，進(jìn)而反推低環(huán)境應(yīng)力下的電纜壽命。目前，關(guān)于電纜的壽命模型多是利用阿倫尼烏斯壽命模型和逆冪指數(shù)壽命模型以及兩者組合而形成的多因素壽命模型，而從分子水平出發(fā)，建立基于電纜可測特征參數(shù)的物理壽命模型還鮮有研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，是針對以加速老化試驗為基礎(chǔ)的電纜壽命預(yù)計方法中存在的問題，如周期長、成本高、模型的準(zhǔn)確度受外界環(huán)境影響等，提出一種電纜老化虛擬仿真試驗平臺及方法，可以高效、低成本的完成電纜老化仿真試驗并建立壽命預(yù)計模型，具有重要的理論和工程應(yīng)用價值。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種電纜老化虛擬仿真試驗平臺，其特征在于包括：

絕緣材料參數(shù)計算模塊，用于建立絕緣材料分子老化模型，通過設(shè)定分子老化模型中不同老化產(chǎn)物的含量、分子聚合度和密度信息實現(xiàn)對絕緣材料老化程度的控制；對不同分子老化模型進(jìn)行分子動力學(xué)模擬，提取相關(guān)分子信息進(jìn)行材料參數(shù)的計算；

電纜特征參數(shù)計算模塊，用于建立含有缺陷的電纜有限元模型，施加各種環(huán)境應(yīng)力載荷、設(shè)定邊界條件和多場耦合關(guān)系，并基于分子動力學(xué)模擬所計算出的材料參數(shù)進(jìn)行電纜單場及多場耦合仿真，然后提取各種場值分布信息，計算電纜特征參數(shù)；

電纜壽命預(yù)計模塊，基于電纜單場及多場耦合仿真所計算出的特征參數(shù)建立濕、熱、電、磨損單因素壽命模型，以及濕-熱、熱-電、濕-熱-電多因素壽命模型，并根據(jù)電纜特征參數(shù)計算電纜剩余壽命；

可視化模塊，用于繪制電纜剩余壽命曲線，并顯示絕緣材料老化過程中的微觀現(xiàn)象和電纜老化過程中的宏觀現(xiàn)象。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供絕緣材料參數(shù)計算：

建立絕緣材料分子老化模型，通過設(shè)定分子老化模型中不同老化產(chǎn)物的含量、分子聚合度和密度信息實現(xiàn)對絕緣材料老化程度的控制；對不同分子老化模型進(jìn)行分子動力學(xué)模擬，提取相關(guān)分子信息進(jìn)行材料參數(shù)的計算；

電纜特征參數(shù)計算：

建立含有缺陷的電纜有限元模型，施加各種環(huán)境應(yīng)力載荷、設(shè)定邊界條件和多場耦合關(guān)系，并基于分子動力學(xué)模擬所計算出的材料參數(shù)進(jìn)行電纜單場及多場耦合仿真，然后提取各種場值分布信息，計算電纜特征參數(shù)；

電纜壽命預(yù)計：