絕緣材料熱老化分析的案例
電力變壓器的熱流耦合仿真和絕緣紙熱老化分析
Simdroid耦合仿真老化分析結果，保留了繞組以更直觀地展示相應位置的老化程度
基于該模型可開展針對絕緣紙的老化分析，其結果可幫助電力變壓器運維人員制定更優化的策略。通常用聚合度（DP）作為特征參量來表征絕緣紙的老化程度，它在物理上代表絕緣紙纖維素分子鏈中葡萄糖單體的重復出現次數平均值，DP值越低，老化程度越高，也意味著更高的失效概率。重慶大學的研究團隊結合二階動力學模型，基于實驗和仿真結果深入分析了溫度相關的纖維素降解機制，以聚合度累計損失率為指標，將絕緣紙降解動力學模型不斷進行改進優化，并將研究成果在Simdroid后處理器中進行集成。軟件用戶可使用該項定制功能方便地調用物理場仿真結果完成絕緣紙老化分析，并通過可視化功能查看相應結果。
Simdroid 是由北京云道智造科技有限公司開發的基于“仿真平臺+仿真APP”模式的通用多物理場仿真平臺。該平臺具備自主可控的結構、電磁、流體和熱四大物理場求解器和多物理場仿真內核，在統一友好的環境中為仿真工作者提供了前處理、求解分析和后處理工具，同時其內置的APP開發器支持用戶以無代碼化開發的方式便捷封裝全參數化仿真模型及仿真流程，將仿真知識、專家經驗轉化為可復用的仿真APP，實現知識變現。仿真APP通過APP商店Simapps 實現在線展示、交易，用戶通過云端快速、便捷、低成本使用各類工業APP，真正實現普惠仿真的愿景。Simdroid 已經在電力、家電、生物醫療、電子信息、航空航天等行業領域得到了廣泛的工程化應用。申請試用：https://www.simapps.com/v2/tool/simdroid
展開 用于電池熱管理的具有增強電絕緣性的寬溫域柔性相變材料
但在長期的經營過程中，電池在充放電過程中產生的熱量積累，必然會導致溫度升高、溫度均勻性惡化，從而產生爆炸等熱失控安全問題。因此，建立有效的熱管理以確保電池在最佳工作溫度下運行是非常有必要的。熱致柔性復合相變材料（CPCM）近年來在電池熱管理（BTM）領域得到廣泛應用，但其窄溫域和低電阻率不利于保障電池熱安全。
02
成果掠影
近期，河北工業大學孔祥飛教授團隊以石蠟（PA）作為相變材料，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）作為柔性支撐材料，氮化鋁（ALN）作為主要電絕緣材料，膨脹石墨（EG）作為主要導熱增強材料，成功制備出具有增強的電絕緣性能和寬溫域（25℃至60℃）的新型熱致柔性復合相變材料。ALN的添加不僅提高了CPCM的體積電阻率，還有助于材料的循環穩定性。實驗表明，最高溫度和最大溫差可分別控制在47℃和5℃以內，比自然冷卻電池低15.94℃和4.93℃。導熱系數和熱焓分別對保證溫度均勻性和最高溫度起決定性作用，這為CPCM的制備目標提供了指導。相關研究成果以“Wide-temperature flexible phase change materials with enhanced electrical insulation for battery thermal management”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
03
圖文導讀
圖1 復合材料的制備工藝。
展開 上海交大黃興溢教授、鮑華教授合作《AFM》：高導熱輻射熱制冷絕緣材料
這是因為，為了實現輻射制冷材料的超高的陽光反射率，通常需要構建聚合物-光散射體復合體系，而聚合物與常用的光散射體（如SiO2, BaSO4, CaCO3等球形介電顆粒或孔洞等）的導熱率非常低，除此之外，由于這些光學散射體通常折光率低，具有很強的前向散射以及相干散射，因而導致需要增加材料厚度以實現對陽光的高度反射。由此可見，對于傳統的輻射制冷材料來說，實現高陽光反射率與低熱阻往往是相互制約的（如圖1所示）。
圖 1 低陽光反射率與高陽光反射率輻射制冷材料傳熱模型分析。熱阻R=L（厚度）/λ（導熱率）。
有鑒于此，上海交通大學電氣材料與絕緣研究中心黃興溢教授與密西根學院的鮑華教授緊密合作，開發了一種具有高導熱率的輻射制冷絕緣材料，該材料不僅具有高達98%的陽光反射率，可以實現全天輻射制冷效果，且該材料的高導熱特性使其可用于戶外設備的高效熱管理，有效降低器件、裝備的工作溫度。相關工作以“Thermo-Optically Designed Scalable Photonic Films with High Thermal Conductivity for Subambient and Above-Ambient Radiative Cooling”發表在《Advanced Functional Materials》。
通過對多種光散射體的理論計算以及實驗，該團隊發現h-BN滿足制備高導熱輻射制冷材料的三個重要特性：
1. 具有恰好高于陽光能量的帶隙，這使其在陽光波段沒有吸收；
2. 具有高折光率，這使其與聚合物基體形成較大的折光率差異，有利于提高對陽光的散射效率；
3.
展開 塑料材料常用的幾種抗老化方法及對比分析
高分子材料事實上已經成為現代生活每個方面中的必需品，其在生產及加工中取得的最新進展進一步拓寬了塑料的應用范圍，在某些應用中，高分子材料甚至取代了其他的材料，如玻璃，金屬，紙張及木材。
但高分子材料本身具有的結構特點和物理狀態及其在使用過程中受到的熱、光、熱氧、臭氧、水、酸、堿、菌和酶等外在因素使得其在應用過程中，會出現性能下降或損失，例如泛黃、相對分子質量下降、制品表面龜裂、光澤喪失，更為嚴重的是導致沖擊強度、拉伸強度和伸長率等力學性能大幅度下降，從而影響高分子材料的正常使用。
這種現象簡稱為老化，老化在高分子材料的合成、貯存及加工和最終應用的各個階段均可能發生，可導致材料使用壽命終結而大量廢棄，造成資源的極大浪費和嚴重的環境污染。高分子材料在使用過程中發生的老化更有可能造成巨大的災難和不可挽回的損失。
因此，高分子材料的防老化成為高分子行業不得不解決的問題。實際上，高分子材料的防老化是高分子化學中的一個重要課題。目前，改善和提高高分子材料防老化性能的主要方法有以下四種：
1、物理防護（如加厚、涂裝、外層復合等）
高分子材料的老化，特別是光氧老化，首先是從材料或制品的表面開始，表現為變色、粉化、龜裂、光澤度下降等，然后逐漸往內部深入。薄制品比厚制品更容易提早失效，因此通過加厚制品的方法可以延長制品的使用壽命。
對于易老化的制品，可以在其表面涂覆或涂布一層耐候性好的涂層，或在制品外層復合一層耐候性好的材料，從而使制品表面附上一層防護層，從而延緩老化進程。
2、改進加工工藝
很多材料在合成或制備過程中，也存在老化的問題。如，聚合過程中熱的影響、加工過程中的熱氧老化等等。
展開 
變壓器用絕緣材料分析盤點
絕緣材料是變壓器中最重要的材料之一，其性能及質量直接影響變壓器運行的可靠性和變壓器使用壽命。近年來，變壓器產品所采用的新絕緣材料層出不窮。隨著科學技術的迅速發展，電機、變壓器等電氣設備的應用日益廣泛。而變壓器運行的可靠性和使用壽命卻在很大程度上取決于其所使用的絕緣材料。絕緣材料越來越為從事變壓器設計和制造人員所重視。近二十年來，變壓器絕緣材料方面的新產品、新技術、新理論不斷地涌現和發展，從而使變壓器絕緣材料及其應用形成了一門很重要的學科。
絕緣材料又稱電介質，是電阻率高、導電能力低的物資。絕緣材料可用于隔離帶電或不同電位的導體，使電流按一定方向流通。在變壓器產品中，絕緣材料還起著散熱、冷卻、支撐、固定、滅弧、改善電位梯度、防潮、防霉和保護導體等作用。絕緣材料按電壓等級分類：一般分為：Y（90℃）、A（105）、E（120℃）、B（130℃）、F（155℃）、H（180℃）、C（大于180℃）。變壓器絕緣材料的耐熱等級是指絕緣材料在變壓器所允許承受的最高溫度。如果正確地使用絕緣材料，就能保證材料20年的使用壽命。否則就會依據8℃定律（A級絕緣溫度每升高8℃，使用壽命降低一半、B級絕緣是10℃，H級是12℃。這一規律被稱為熱老化的8℃規律）降低使用壽命。由高聚物組成的絕緣材料的耐熱性一半比無機電介質低。
絕緣材料性能與其分子組成和分子結構密切相關。
展開 電線電纜絕緣及護套材料的技術分析
這樣就需要電線電纜的產品在生產的過程中不斷改善絕緣和護套材料的影響，在選擇上加以規范，更好的確保電線電纜設備的質量。本文通過對電線電纜絕緣及護套材料的基礎技術分析，并結合產品的質量所產生的問題進行分析，從而找到具有意義的可行性方案，希望通過本文的闡述能夠提供一下借鑒意義。
關鍵詞：電線電纜；絕緣及護套材料技術；措施和對策
電線電纜與我們的日常生活密切相關，更發揮著極其重要的作用，在我們生活和生產的各個領域得到廣泛使用。特別是絕緣及護套材料在電線電纜生產的過程中起到舉足輕重的地位，它關系到產品的質量和功能的好壞。但是不可忽視的是，當前很多電線電纜企業對于此項問題重視還不夠，導致在生產的過程中還存在許多弊端，直接干擾到人民的生活和生產需要，這些隱患很大程度上給電纜企業的發展帶來的不確定性的影響，不利于企業的長久發展。所以，本文重點從電線電纜絕緣及護套材料的技術出發，針對存在的問題，提出有效的整改措施，以此來提高電線電纜的運用質量，促進企業的健康持久的發展。
一、關于電線電纜絕緣及護套材料的重要性分析
近些年，許多企業在生產電線電纜的過程中只是注重產品的銷售環節，而對于生產環節關注程度較低，直接影響到電線電纜的產品質量，特別是電線電纜在絕緣及護套材料的使用和重視程度上還不是很高，研發成本投入也逐年降低，這主要與企業對于產品制造過程中對于絕緣和護套材料的重要性沒有足夠的認識，在選擇絕緣和護套材料時，通常沒有統一的標準，企業為了控制成本而在選擇緣及護套材料時通常對材料時，大多數是采用價格較低，而型號、規格等方面比較隨意。
展開 Optistruct穩態熱分析——帶有絕緣體的結構的對流加載 ￥2
針對帶有絕緣體的結構的進行對流加載的穩態傳熱分析，具有如下知識點：
材料的相關定義
flux和convection的建立方法
穩態傳熱分析步的建立
結果云圖的查看
Moldex3D模流分析之熱固性材料與熱塑性材料的區別
熱固性材料
熱固性材料與熱塑性材料最大的區別是在熱環境之下的固化現象，熱固性材料在受熱后無法再加工。也因此成型期間的融膠流動也隨之改變。材料供貨商總希望優化其設計，并在黏度及固化程度間找到適當的平衡點，這對可加工性以及產品周期有著相當大的影響。針對熱固材料，Moldex3D透過分析塑料流動的行為(包含黏度變化及固化時間)，提供材料供貨商更高效率的解決方案來優化其配方并節約成本。此外，透過材料的特征來量化如固化所引發的體積收縮，并且此技術可以應用在改變化學制劑、仿真、產品設計以及各種成型條件上。
展開 直播預告 | MSC Nastran復合材料熱分析及熱機耦合分析
精彩直播預告
復合材料憑借輕質、高強度、優異的抗疲勞性能和復雜外形成型能力，在航空航天、汽車等工業領域應用廣泛。然而，其各向異性特性在高溫環境（如氣動加熱、發動機熱載荷、太空極端溫度循環）下帶來嚴峻挑戰：熱膨脹不協調、熱應力集中、層間失效風險陡增。
傳統分析方法難以精確模擬此類材料復雜的各向異性熱傳導和非線性熱力耦合行為，往往導致設計過度保守、試驗成本高昂且失效風險難以有效控制。因此，如何精準預測復合材料在熱載荷作用下的變形與應力分布，成為提升其可靠性的核心難題。
熱傳遞的4個類型
為應對這一挑戰，海克斯康工業軟件旗下的有限元結構分析軟件MSC Nastran在復合材料熱分析及熱-力耦合分析領域表現卓越。MSC Nastran憑借其在熱傳導模擬、熱-力耦合分析、性能失效評估等方面的強大能力，將有效突破復合材料熱力學分析的瓶頸，助力提升設計精度與產品可靠性。
本期直播講堂請到了海克斯康結構仿真軟件應用專家李坤鵬，在直播間中講師將重點講解MSC Nastran在復合材料熱分析及熱機耦合分析方面的各項功能，并以多個應用案例展示其在解決復合材料熱力學分析難題的創新之處。敬請關注！
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8月21日 14:00
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直播內容聚焦
? 熱傳導模擬：精準預測復合材料結構內部溫度場分布
? 熱-力耦合分析：高效求解溫度梯度引發的熱應力與熱變形
? 性能與失效評估：識別熱環境下的潛在高風險區域
李坤鵬
海克斯康結構仿真軟件應用專家
精通結構有限元分析，有豐富的工程項目經驗，參與完成的重大項目包括：飛機適航強度分析、貨機改裝強度分析、復雜電機傳動產品失效分析與對標。
展開 Moldex3D模流分析材料性質與模型之熱塑材料黏度模型
本章主要是介紹Moldex3D 的基本理論，包含有：
•材料的模型
•基本理論及原理，包括充填、保壓、冷卻、翹曲、纖維、反應型材料及氣體輔助射出等各項模塊。
• 材料模型 (Material Models)
材料的模型是用來顯示高分子或塑料材料在許多不同的狀況下所顯示的特性，有了這些模型，Moldex3D便能夠依程序變化過程加以計算其動態變化情形。一般而言，塑料材料共分兩種，其一為熱塑性，另一種則為熱固性。對熱塑性材料而言，我們必須了解其黏度、壓力-比容-溫度特性 (在不同壓力及溫度下的比容)、熱傳導性、比熱及機械性質。至于熱固性材料，則需知道其在上述這些基本性質中的反應特性。為進一步說明此等特性，我們將探討熱塑性材料；并討論熱固性材料。另外，Moldex3D可供使用者自行輸入所需的參數，因此，用戶必須小心注意單位換算以避免產生分析上的問題。下表為在Moldex3D中常用的單位換算表。
注：Moldex3D 允許使用者自行輸入材料參數，用戶必須小心注意單位換算以避免產生分析上的問題。
1. 熱塑材料黏度模型(Viscosity Model for Thermoplastic)
黏度為流體本質上想抵抗流動的指數。通常小分子之簡易流體 (Simple fluids)，如水、油等，其黏度在常溫下通常為一個常數值，這些流體被通稱為牛頓流體。然而，對熱塑性塑料材料而言，它們的黏度特性非常復雜且常呈現非線性。不若簡易流體，熱塑性材料的黏度性質取決于其化學結構、成分及制造條件。若對一給定化學結構及方程式的熱塑性材料而言，其黏度特性則和溫度、剪應變速率及壓力有較大關系。為了解熱塑性材料的黏度特性，我們需要另外定義剪應力、剪應變速率及黏度之關系。
展開 耐火材料熱應力分析中的材料本構模型研究
熱應力是耐火材料破壞的主要原因之一。材料的本構關系是有限元模擬準確性的決定因素。論述了各種用于耐火材料的本構模型，比較了各自的優缺點和適用范圍，闡明了建立統一的耐火材料本構模型的困難，提出了一種利用細觀力學方法解決該問題的新思路
耐火材料熱應力分析中的材料本構模型研究.pdf
耐火材料熱應力分析中的材料本構模型研究
熱應力是耐火材料破壞的主要原因之一。材料的本構關系是有限元模擬準確性的決定因素。論述了各種用于耐火材料的本構模型，比較了各自的優缺點和適用范圍，闡明了建立統一的耐火材料本構模型的困難，提出了一種利用細觀力學方法解決該問題的新思路
耐火材料熱應力分析中的材料本構模型研究.pdf
Moldex3D模流分析材料性質與模型之熱固材料黏度模型(化學流變模型)
熱固材料黏度模型(化學流變模型) (Viscosity Model for Thermosets - (Chemorheology Model))
以下數據僅可使用于Moldex3D-RIM。不使用此模塊的用戶可以跳過此部份。
當鏈結作用發生時，熱固性材料的分子量會越來越大。因此，黏度也會相對的增加。當我們加熱一個熱固性材料時可以觀察到一個典型的U型曲線。剛開始時會因為熱固性材料本身的熱膨脹而使黏度下降，到達低限值之后，黏度會因為分子網狀結構的建立而迅速的劇烈上升。RIM分析主要采用以下的模型：
熱塑性材料的特性
牛頓流體
此模型是假設黏度為一常數，而完全不考慮鏈結作用產生的黏度變化。通常此模型是當用戶需要快速分析網格模型時才建議使用。
Castro Macosko 模型
此模型假設黏度只和溫度及熟化程度兩者有關。
黏度和熟化程度的關系可以用三個參數來描述。與膠化點有關，當反應到達該點時，材料的黏度會劇烈的上升，與溫度的相關性則是呈指數型，但跟剪應變速率無關。
Power-law Castro Macosko 模型
此模型是 Castro Macosko模型的延伸，與有power-law(冪指數)形式剪應變速率的關系。
其中n 是由熟化程度(參數c0~c2)控制的冪指數；a0~a2 是考慮熟化對粘度影響的擬合參數；b0~b2 則是在熟化影響上再加上溫度影響的擬合參數。
展開 熱應力耦合分析材料
間接法熱應力耦合分析練習.rar
耦合場分析_熱應力.rar
基于comsol的復合材料熱變形仿真分析 ￥2890
</p><p><br></p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_rar.gif"><a href="https://oss.jishulink.com/upload/201908/975a93ce59b74762879c9618aad88727.rar" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">復合材料變形.rar</a></p><p>本模型分析了一款V型的雙層復合材料熱變形過程，雙層復合材料力學熱學性能不同，在一定的溫度作用下產生張角變形。 通過研究不同溫度，不同V型初始角度等情況下的變形，找到符合需求的邊界條件和幾何模型，指導實驗。</p><p> 本模型采用了固體傳熱、固體力學和微分代數方程。</p><p><br></p><p>復材固化的溫度邊界條件 。
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