(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210913173.7 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市碑林区友谊西 路127号 (72)发明人 王文智　张雨晨　赵月然　黄河源　 王东　 (74)专利代理 机构 北京鼎德宝 专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 11823 专利代理师 钟西飞 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种热电器件多场耦合参数计算与损伤表 征方法 (57)摘要 本发明涉及热电器件多场耦合仿真计算领 域， 具体涉及热电器件多场耦合参数计算与损伤 表征方法， 该损伤表征方法根据热电器件结构特 点， 对结构进行简化处理； 建立热电器件整体三 维模型， 进行网格划分、 赋 予材料属性、 定义电压 和失效表征UFIELD子程序、 设置接触属性、 定义 边界条件、 通过热 ‑力‑电多场耦合进行数值仿真 计算并与试验 结果进行对比， 提高了对热电器件 各个参数和损伤表征的准确性。 本发 明可以通过 热‑力‑电多场耦合计算出热电器件的各项参数， 改进了热电器件仿真计算中电阻、 电压的测试方 法， 对热电器件损伤程度进行表征， 减少了分析 过程工作量， 并提高仿真计算 准确度。 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 CN 115270572 A 2022.11.01 CN 115270572 A 1.一种热电器件多场耦合 参数计算方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1、 根据热电器件结构特点， 对结构进行简化处 理； S2、 提取热电器件各个部件的关键参数， 建立连接结构整体三维模型； S3、 对整体三维模型进行网格划分、 赋予材料属性、 设置接触属性、 定义边界条件、 通过 热‑力‑电多场耦合进行 数值仿真计算； S4、 对数值仿真计算结果进行分析， 即可获取热电器件的应力、 损伤情况、 阻抗、 电压计 算情况。 2.根据权利要求1所述的一种热电器件多场耦合参数计算方法， 其特征在于： 步骤S1 中， 简化处理的原则为： 1)对 热电器件焊接界面用交界层替代进 行简化处理； 2)保留热电器 件的基本几何特 征和接触属性。 3.根据权利要求1所述的一种热电器件多场耦合参数计算方法， 其特征在于： 步骤S2 中， 关键参数包括热电器件中各部件的排列顺序、 长度、 宽度、 厚度。 4.根据权利要求1所述的一种热电器件多场耦合参数计算方法， 其特征在于： 步骤S3 中， 所述的热 ‑力‑电多场耦合为Abaqus的热 ‑力‑电耦合分析步， 所述的材料属性包括材料 的弹性模量、 密度、 热膨胀系数、 电导 率、 热导率、 比热容、 塑性。 5.一种热电器件多场耦合 参数表征 方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1、 根据热电器件结构特点， 对结构进行简化处 理； S2、 提取热电器件各个部件的关键参数， 建立连接结构整体三维模型； S3、 定义电压和失效表征UFIELD子程序； S4、 对整体三维模型进行网格划分、 赋予材料属性、 设置接触属性、 定义边界条件、 通过 热‑力‑电多场耦合进行 数值仿真计算； S5、 对数值仿真计算结果进行分析， 即可获取热电器件的应力、 损伤情况、 阻抗、 电压计 算情况。 6.根据权利要求5所述的一种热电器件多场耦合参数表征方法， 其特征在于： 步骤S1 中， 简化处理的原则为： 1)对 热电器件焊接界面用交界层替代进 行简化处理； 2)保留热电器 件的基本几何特 征和接触属性。 7.根据权利要求5所述的一种热电器件多场耦合参数表征方法， 其特征在于： 步骤S2 中， 关键参数包括热电器件中各部件的排列顺序、 长度、 宽度、 厚度。 8.根据权利要求5所述的一种热电器件多场耦合参数表征方法， 其特征在于： 步骤S3 中， 电压和失效表征UFIELD 子程序关键参数包括电压表征原理、 失效准则与损伤表征原理， 其中， 电压表征原理利用泽贝克效应公式 对温度进行积分， 即可求得 热电器件两端电压； 失效准则与损伤 表征原理为Johnso n‑Cook失效准则。 9.根据权利要求5所述的多场耦合参数计算及损伤表征方法， 其特征在于： 步骤S4中， 所述的热 ‑力‑电多场耦合为Abaqus的热 ‑力‑电耦合分析步， 所述的材料属性包括材料的弹 性模量、 密度、 热膨胀系数、 电导 率、 热导率、 比热容、 塑性。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115270572 A 2一种热电器件多场耦合参数计算与损伤表征方 法 技术领域 [0001]本发明涉及热电器件多场 耦合仿真计算领域， 具体涉及热电器件多场耦合参数计 算与损伤 表征方法。 背景技术 [0002]热电器件可以直接将热能转化为电能， 与传统的供能元件相比， 热电发电机具有 无机械部件、 无需维护、 使用寿命长、 响应速度快、 可微型化制造、 安全性和可靠性高等优 点。 在服役条件下， 由于热荷载、 界面裂纹等原因， 热电器件可能会发生 断裂、 层间开裂、 屈 曲、 疲劳等造成热电器件失效。 因此分析热电器件多场耦合参数计算与损伤表征， 对热电器 件设计、 提高整体结构的安全性和经济性具有重要意 义。 [0003]通常情况下， 热电器件有限元仿真， 需要先建立模型， 再进行设置参数、 划 分网格 并提交计算。 在参数计算阶段， 通常采用热力耦合或者热电耦合进 行计算， 大多 数并未考虑 三者共同作用， 缺少 对阻抗和电压的表征， 与热 ‑力‑电多场耦合相比误差较大。 除此之外， 一般的热电器件仿真计算缺少损伤表征方法， 往往难以表征损伤情况， 只能通过参数分析 进行损伤 表征， 往往会产生很大的工作量并具有一定的主观性。 发明内容 [0004]为解决上述问题， 本发明提供了一种热电器件多场耦合参数计算与损伤表征方 法， 通过U FIELD子程序， 利用热 ‑力‑电多场耦合计算， 对应力、 阻抗、 电压和损伤情况等参数 进行表征， 大 大减少了分析 过程的工作量， 提高各个参数和损伤 表征的准确度。 [0005]为实现上述目的， 本发明采取的技 术方案为： [0006]一种热电器件多场耦合 参数计算方法， 包括以下步骤： [0007]S1、 根据热电器件结构特点， 对结构进行简化处 理； [0008]S2、 提取热电器件各个部件的关键参数， 建立连接结构整体三维模型； [0009]S3、 对整体三维模型进行 网格划分、 赋予材料属性、 设置接触属性、 定义边界条件、 通过热‑力‑电多场耦合进行 数值仿真计算； [0010]S4、 对数值仿真计算结果进行分析， 即可获取热电器件的应力、 损伤情况、 阻抗、 电 压等计算情况。 [0011]进一步地， 步骤S1中， 简 化处理的原则为： 1)对热电器件焊接界面用交界层替代进 行简化处 理； 2)保留热电器件的基本几何特 征和接触属性。 [0012]进一步地， 步骤S2中， 关键参数包括热电器件中各部件的排列顺序、 长度、 宽度、 厚 度等几何参数， 用户可根据需求建立 不同结构的热电器件。 [0013]进一步地， 步骤S3中， 所述的热 ‑力‑电多场耦合为Abaqus的热 ‑力‑电耦合分析步， 所述的材料属性包括材料的弹性模量、 密度、 热膨胀系数、 电导率、 热导率、 比热容、 塑性等 各项参数， 用户可根据需求改变热电器件的材 料参数数值。 [0014]本发明还提供了一种热电器件多场耦合 参数表征 方法， 包括以下步骤：说　明　书 1/4 页 3 CN 115270572 A 3