[發(fā)明專利]一種基于COMSOL的銅鋁接線夾腐蝕模擬方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210844271.X
• 申請(qǐng)日: 2022-07-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115130158A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳文達(dá);沈妍燃;楊書(shū)文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/10
• 分類號(hào): G06F30/10;G06F30/20
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學(xué)俊

1.一種基于COMSOL的銅鋁接線夾腐蝕模擬方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、采用COMSOL仿真軟件中的幾何模塊建立銅鋁接線夾的幾何模型；

S2、對(duì)幾何模型表面、區(qū)域進(jìn)行劃分，設(shè)置材料參數(shù)；具體的，

根據(jù)步驟S1中的幾何模型劃分出銅區(qū)域、鋁區(qū)域，銅表面、鋁表面，銅端子邊界、鋁端子邊界，銅接地表面、鋁接電表面；根據(jù)銅鋁接線夾的實(shí)際工作情況選擇物理接口并設(shè)置相應(yīng)的銅、鋁材料；

S3、設(shè)置大氣腐蝕物理場(chǎng)、初始參數(shù)，網(wǎng)格劃分；

獲取大氣腐蝕模型中的電解質(zhì)膜厚度、氧溶解度、氧擴(kuò)散率、電解質(zhì)電導(dǎo)率和相對(duì)濕度，設(shè)置大氣腐蝕物理場(chǎng)；獲取銅塊、鋁塊的電導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、恒壓熱容、相對(duì)介電常數(shù)、密度、導(dǎo)熱系數(shù)、楊氏模量和泊松比；

根據(jù)步驟S2所建立的幾何物理模型，對(duì)銅表面、鋁表面，銅端子邊界、鋁端子邊界，銅接地表面、鋁接電表面進(jìn)行網(wǎng)格剖分；

S4、計(jì)算求解，得到銅鋁接線夾腐蝕仿真結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于COMSOL的銅鋁接線夾腐蝕模擬方法，其特征在于，所述步驟S3中的大氣腐蝕模型包括：

在求解電解質(zhì)電流密度矢量時(shí)：

公式(1)中：i_l是電解質(zhì)電流密度矢量；σ_l是取決于相對(duì)濕度的電解質(zhì)電導(dǎo)率；是電解質(zhì)域上的電解質(zhì)電位；為梯度算子，表明電解質(zhì)電位的負(fù)梯度，即為電解質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度，方向指向電位降落最快的方向；

公式(2)中：s是電解質(zhì)膜厚度；表示為電解質(zhì)膜電流密度的散度，表明電解質(zhì)膜電流密度矢量i_s的散度恒等于零，即矢量是無(wú)始無(wú)終的；

在求解電極電流密度矢量時(shí)：

公式(3)中：i_s是電極電流密度矢量；σ_s是銅、鋁金屬的電導(dǎo)率；是鋁、銅金屬電極域上的電位；為梯度算子，表明電位的負(fù)梯度，即為電極的電場(chǎng)強(qiáng)度，方向指向電位降落最快的方向；

公式(4)的物理意義：表示為電極電流密度矢量i_s的散度，表明電極電流密度i_s的散度恒等于零，即矢量是無(wú)始無(wú)終的。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于COMSOL的銅鋁接線夾腐蝕模擬方法，其特征在于，所述步驟S4中的計(jì)算求解包括銅、鋁表面的金屬溶解反應(yīng)和氧還原反應(yīng)：

氧還原反應(yīng)受到氧通過(guò)膜的傳輸限制，極限電流密度i_lim，取決于電解質(zhì)膜厚度s、氧溶解度c_sol和氧擴(kuò)散率D，公式如下：

公式(5)中，F(xiàn)是法拉第常數(shù)；D是氧在薄膜中的擴(kuò)散率；c_sol是氧的溶解度；s是電解質(zhì)膜厚；

通過(guò)假設(shè)氧還原動(dòng)力學(xué)對(duì)氧濃度的局部電流密度的一階依賴性，推導(dǎo)出以下局部電流密度i_loc表達(dá)式：

其中i_expr是沒(méi)有質(zhì)量傳輸限制的情況下電極反應(yīng)的局部電流密度。