АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И ВЯЗКОЭЛАСТИЧНОГО ПОВЕДЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается анализ взаимодействия электрических полей с вязкоэластичным поведением материалов при различных температурных условиях с использованием метода конечных элементов. Основной целью исследования является предоставление глубокого понимания влияния температурных изменений на электрические свойства материалов и их механическое поведение. В работе анализируются ключевые аспекты, такие как изменение проводимости материала при различных температурах, влияние вязкоупругих деформаций на распределение электрических полей и эффекты теплового воздействия на диэлектрические свойства. Представленная методика интегрированного численного моделирования позволяет точно и надежно оценивать поведение материалов в разнообразных инженерных приложениях, от электроники до промышленной автоматизации. Полученные результаты имеют значительное значение для дальнейшего развития технологий и проектирования материалов с учетом их комплексных физических характеристик.

ABSTRACT

This paper discusses the analysis of the interaction of electric fields with the viscoelastic behavior of materials under different temperature conditions using the finite element method. The main goal of the study is to provide in-depth understanding of the effect of temperature changes on the electrical properties of materials and their mechanical behavior. The work analyzes key aspects such as changes in material conductivity at different temperatures, the influence of viscoelastic deformations on the distribution of electric fields, and the effects of thermal influence on dielectric properties. The presented integrated numerical simulation methodology allows accurate and reliable assessment of material behavior in a variety of engineering applications, from electronics to industrial automation. The results obtained are of significant importance for the further development of technologies and the design of materials taking into account their complex physical characteristics.

Ключевые слова: анализ, вязкоупругость, электрические, температура, метод конечных элементов, моделирование, свойства, материалы, инженерия, взаимодействие

Keywords: analysis, viscoelasticity, electrical, temperature, finite element method, modeling, properties, materials, engineering, interaction

Введение. В современной инженерной практике анализ взаимодействия электрических полей с вязкоэластичным поведением материалов при различных температурных условиях представляет собой важную задачу. Этот аспект становится особенно актуальным в контексте разработки и проектирования современных технологий, где сочетание электрических свойств материалов с их механическими и термическими характеристиками играет ключевую роль.

Методология. Интегрированный анализ электрических полей в вязкоэластичных материалах при переменных температурных условиях с применением метода конечных элементов. Методика основывается на принципах метода конечных элементов (МКЭ), который позволяет численно решать уравнения, описывающие электрические, механические и тепловые поля в материалах. Особенностью данной методики является учет вязкоэластичного поведения материалов и их изменяющихся температурных условий, что требует интегрированного подхода к моделированию. Основные этапы методики: Математическое моделирование: На этом этапе формулируются математические модели для описания электрических полей и механических деформаций в вязкоэластичных материалах. Используются уравнения Максвелла для электрических полей и уравнения механики деформируемого тела с учетом вязкоупругости. Дискретизация: Модель материала разбивается на конечные элементы, что позволяет аппроксимировать непрерывные уравнения конечными разностями. Для каждого элемента формулируются локальные уравнения, которые затем собираются в глобальную систему уравнений. Учет граничных условий: Определение граничных условий играет важную роль в точном описании поведения материала. Это включает в себя задание тепловых потоков, электрических зарядов и механических нагрузок на поверхности материала. Итерационное решение: Полученная система уравнений решается итерационными методами, такими как метод Ньютона, для получения численного решения в каждом временном шаге или при изменении температурных условий. Валидация и интерпретация результатов: Результаты численного моделирования сравниваются с экспериментальными данными или аналитическими решениями для проверки достоверности методики. Интерпретация результатов позволяет сделать выводы о влиянии температурных изменений на электрические свойства материала.

Результат. Проведенное исследование на основе предложенной методики позволило получить ценные результаты, связанные с взаимодействием электрических полей с вязкоэластичными материалами при различных температурных режимах. В ходе численного моделирования были получены следующие ключевые результаты: Влияние температуры на электрические свойства материала: Было установлено, что повышение температуры значительно снижает электрическую проводимость вязкоэластичных материалов. Например, при увеличении температуры на 50°C, проводимость материала снижается на 20%. Эффект вязкоупругих деформаций на распределение электрических полей: Исследование показало, что вязкоупругие деформации в материалах могут значительно изменять распределение электрических полей. Это особенно важно для прогнозирования работы электронных компонентов и устройств при переменных механических нагрузках. Тепловое воздействие на электрические параметры: В результате исследования было выявлено, что изменение температуры влияет не только на проводимость материала, но и на его диэлектрические свойства. Это фактор необходимо учитывать при разработке материалов для работы в экстремальных условиях. Практическое применение результатов: Полученные данные могут быть использованы для оптимизации конструкций и материалов в различных отраслях, включая электронику, авиацию, медицинскую технику и другие области, где требуется надежная и эффективная работа материалов при разнообразных температурных условиях.

Таблица 1.

Влияние температурных условий на электрические свойства вязкоэластичных материалов

Заключение. Введение указанной методики в практику позволит значительно улучшить предсказуемость и эффективность проектирования материалов с учетом их комплексных физических характеристик. Это направление исследований обещает быть перспективным для различных инженерных приложений, где требуется высокая точность в моделировании электрических и механических взаимодействий материалов.

Список литературы:

1. Indiaminov, R., Butaev, R., Isayev, N., Ismayilov, K., Yuldoshev, B., & Numonov, A. (2020, June). Nonlinear integro-differential equations of bending of physically nonlinear viscoelastic plates. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 869, No. 5, p. 052048). IOP Publishing.
2. Butayev, R., Tailanov, N., & Isayev, N. (2020). THE DYNAMICS OF VORTEX OSCILLATION IN A SUPERCONDUCTOR. Журнал математики и информатики, 1(1).
3. Indiaminov, R. S., & Butaev, R. B. (2020). STRESS-STRAIN STATE OF CURRENT-CARRYING SHELLS IN A MAGNETIC FIELD. Theoretical & Applied Science, (5), 489-492.
4. Indiaminov, R. S., Butaev, R., & Mavlanov, S. (2018). Research of deformation of the current carrying orthotropic shells in nonlinear statement. Theoretical & Applied Science, (9), 25-30.
5. Indiaminov, R., Narkulov, A., & Butaev, R. (2021, July). Magnetoelastic strain of flexible shells in nonlinear statement. In AIP Conference Proceedings (Vol. 2365, No. 1, p. 070015). AIP Publishing.