Аналитическое и численное моделирование процессов электро- и теплопереноса в многоточечных электрических контактах

• Автор: Самойлов, Вадим Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Моделирование электрических и температурных полей в замкнутых многоточечных контактах

1.1. Существующие теоретические модели электрических контактов литературный обзор

1.2. Неточности при рассмотрении электрогепловых процессов в контактах

1.2.1. Недостатки в постановке краевых задач.

1.2.2. Влияние термоэлетрических эффектов на процессы в сильноточных контактах.

1.3. Постановка краевой задачи для системы уравнений электро и теплопереноса в замкнутых многоточечных контактах.

1.3.1. Уравнения краевой задачи

1.3.2. Граничные условия краевой задачи

1.3.3. Коэффициенты краевой задачи.

1.4. Выводы
Глава 2. Структура электрических и температу рных полей в
замкнутых многоточечных контактах
2.1. Сведение задачи к краевой задаче для уравнения Лапласа
2.1.1. Преобразование уравнений без учта термоэлектрических
эффектов
2.1.2. Преобразование уравнений с учтом термоэлектрических
эффектов
2.1.3. Преобразование граничных условий
2.2. Построение решения краевой задачи.
2.2.1. Структура решения.
2.2.2. Построение добавочных функций.
2.2.3. Выражение для плотности тока в пятнах.
2.2.4. Принцип минимума диссипации энергии.
2.2.5. Задача математического программирования для токов пятен
2.3. Исследование решения краевой задачи.
2.3.1. Результаты расчтов.
2.3.2. Гипотеза о существовании замкнутых трубок тока
2.4. Обобщнный подход к определению сопротивления стягивания
2.5. Выводы
Глава 3. Применение метода ВороногоДслоне к разбиению контактирующих проводников на трубки тока отдельных пятен
3.1. Метод ВороногоДелоне.
3.1Д. Введение в метод.
3.1.2. Совокупность трубок тока отдельных пятен как обобщнное разбиение Вороного
3.2. Построение разбиения на трубки тока отдельных пятен в плоскости контакта.
3.3. Нахождение положения особых точек модуля плотности тока.
3.4. Построение разбиения на трубки тока отдельных пятен в объме проводников.
3.4.1. Случай полупространств
3.4.2. Случай проводников конечного сечения
3.5. Выводы
Глава 4. Применение разбиения контактирующих проводников
на трубки тока к изучению процессов в многоточечных
копта ктах
4.1. Обобщение модели ХольмаБуша на случай многоточечных контактов
4.2. Расчт переходного процесса коммутации тока с одного контактного
пятна на другое при размыкании сильноточных контактов
4.3. Развитие методик определения ресурса контактных соединений
4.4. Выводы
Заключение
Список литературы


Н. Б. Делоне [0. А. Я. Сочнева [0. Р. Хольма [0. Е. И. Кима, В. Т. Омельченко, С. Н. Харина [0. С. А. Некрасова [0. Характер и направление исследования во многом были определены работами и концепциями Н. Н. Медведева, А. Н. Е. Лысова, О. Б. Брона, В. Е. Решетникова, В. Мерла, Дж. Гринвуда, К. К. Намитокова, Н. Б. Дёмкина, Н. Н. Дзекцера, В. В. Измайлова, Ю. Долинского, В. С. Савченко, А. П. Левина, Р. Малуччи, Л. Бойера и других учёных. В исследовании непосредственное применение нашли методы математической физики, векторного анализа, линейной алгебры, вычислительной геометрии, электродинамики, теории теплопроводности, физической кинетики, теории упругости и пластичности и теоретической электротехники. Впервые построено точное решение краевой задачи для системы уравнений электро- и теплопереноса в замкнутом контакте двух проводников в виде полупространств с одновременным учётом термоэлектрических эффектов, многоточечности контакта и присутствия плёнок окисления на пятнах контакта. Впервые математический аппарат разбиения Вороного-Делоне применён к изучению процессов в многоточечных контактах. Построено разбиение контактирующих проводников на трубки тока отдельных пятен контакта. Показано, что границы пар трубок тока определяются электрическими полями соответствующих пар пятен и приближённо описываются частями гиперболоидов. Вороного для центров пятен. Модель Хольма-Буша стягивания тока в проводниках конечного сечения обобщена на случай многоточечного контакта. Показано, что построенная модель может быть применена к исследованию процессов в контактах при изменяющейся геометрии пятен. Работа носит теоретический характер. С помощью физических аналогий метод решения и исследования краевой задачи для процессов электро- и теплопереноса может быть применён к другим «многоточечным» задачам - например, к электроразведке с помощью многих электродов или к расчёту диффузии сквозь многооконный шаблон при производстве полупроводниковых приборов. Построенное решение краевой задачи может быть использовано при разработке и усовершенствовании методик исследования кинетических свойств проводников при высоких температурах. Алгоритм разбиения электродов на трубки тока пятен может быть применён для приближённого определения особых точек и сепаразрис физических полей, полученных суперпозицией от многих источников. Разработанный алгоритм определения параметров трубок тока может быть использован при составлении и исследовании схем замещения контактных узлов. На основе результатов исследования возможно усовершенствование существующих методик прогноза срока службы контактных соединений. Созданные модели и алгоритмы могут быть использованы при разработке и конструировании контактных систем новых автоматических выключателей низкого напряжения. Повое точное решение краевой задачи для стационарной системы уравнений электро- и теплопереноса в замкнутом многоточечном контакте проводников в виде полупространств, учитывающее термоэлектрические эффекты и наличие плёнок окисления в пятнах контакта. Пятна многоточечного контакта неэквипотенциальны, а пространственное распределение плотности тока в отдельном пятне зависит от геометрии всех пятен. Метод определения токов пятен по минимизации функционала энергии, выделяющейся в контактной системе, который сводится к квадратичной форме токов пятен. Новый приближённый метод разбиения пространства электродов на трубки тока отдельных пятен, основанный на разбиении Вороного-Делоне. Обобщение модели Хольма-Буша стягивания тока для случая многоточечного контакта. Личный вклад автора в получение результатов исследования: сведение системы уравнений электро- и теплопереноса к уравнению Лапласа и построение нового решения уравнепия Лапласа проведены совместно с научным руководителем, д. В. М. Журавлёвым; разработка теоретических положений, построение моделей и методов их исследования, постановка задач, проведение аналитических и численных расчётов, анатиз полученных результатов выполнены автором самостоятельно. Питтсбург, США, г.