AgNi10 触头材料闭合接触阶段的热-电-力.pdf

第 41 卷 第 2 期 稀有金属材料与工程 Vol.41, No.2 2012 年 2 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING February 2012 AgNi10 触头材料闭合接触阶段的热- 电-力 耦合分析及实验研究 谭志龙，陈 松，管伟明，郭俊梅 ( 昆明贵金属研究所 稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室 云南省贵金属材料重点实验室，云南 昆明 650106) 摘 要：建立了描述直流闭合接触阶段 AgNi10 电接触材料受热- 电-力耦合作用的数学模型，通过有限元法采用顺序耦 合方式计算了固定接触阶段 AgNi10 触头材料接触区的温度场、应力应变场等，计算过程考虑了材料物理力学特性随温 度的变化、接触电阻以及符合实际工作环境的边界条件等。结果表明：电流密度沿接触区域非均匀分布，形成环形热 源；在热- 电-力耦合作用下，热应力集中区由接触中心向触头内部扩展，同时，接触界面的边缘处也出现了热应力集中 区，热应力集中区容易成为裂纹源，这一计算结果与实验现象基本一致。 关键词：电接触材料；AgNi10 ；热- 电-力耦合；有限元分析 中图法分类号：TG 146.4 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2012)02-0276-05 电接触是指两个导体之间相互接触并通过接触界 对模型划分网格，热电及热结构分析中均采用四 [1] 面实现电流传递或信号传输的一个物理、化学现象 。 节点轴对称单元，热电单元的自由度为温度 T 和电势 电接触的产生、维持和消除过程非常复杂，尤其是可 U，热结构单元的自由度为温度 T 和位移 X 和 Y。共 分离电接触，它涉及到电、磁、力、热等物理、化学、 有 11601 个节点，11253 个单元，考虑到两触头接触 冶金过程，而且过程都是瞬时的和非线性的，因而单 区域是重点分析区域，同时为了兼顾计算精度和计算 纯通过理论或者实验的方法都很难对其进行全面而深 效率对动静触头接触区域的网格进行了逐步细化的方 入的研究。随着计算机技术及数值计算方法的发展， 式，接触区域网格划分如图 2 所示，网格单元最小尺 为电接触现象的数值模拟提供了强有力的手段。国内 寸 1 μm 。 外学者分别建立了各种热或热电作用模型[2-6] ，模拟分 1.2 载荷与边界条件 析了温度分布，熔池尺寸，熔焊，材料转移等现象。 采用顺序耦合方式，对触头的热电力作用过程进 但大都没有考虑接触过程中因材料软化而导致的力学 行耦合分析，具体流程如下：通过结构分析计算接触 参数的变化对接触行为的影响。 Y 本研究的目的是建立触头在闭合接触阶段的热电 力耦合模型，分析触头内部的电、热、力学特征，特 A B 别是分析由于焦耳热作用导致的触头材料局部软化引 Moveable contact 起的力学特征的变化。 C D