Aproksymacja zastępczych parametrów i rozkładu pola elektrycznego w przewodzących warstwach periodycznych materiałów złożonych przy zastosowaniu modelu obwodowego

W artykule rozpatrzono wyznaczenie rozkładu pola elektrycznego, poprzez zastosowanie metod modelowania obwodowego periodycznie rozłożonych struktur przewodzących. Zaproponowano geometrię struktur tworzących warstwę roboczą materiału złożonego. Przykładowy materiał poddano analizie polowej za pomocą Metody Elementów Skończonych (MES) oraz obwodowej przy zastosowaniu ekwiwalentnego schematu elektrycznego, obliczając rozkład potencjału elektrycznego. Na podstawie obu modeli określono zastępczą rezystancję materiału widzianą z wybranej pary zacisków oraz oszacowano całkowitą rozpraszaną moc cieplną. Wyniki obliczeń porównano z pomiarami rzeczywistych prototypów, wytworzonych metodą druku 3D. Scharakteryzowano dokładność metod obliczeniowych. Omówiono efektywność metody obwodowej, w kontekście odwzorowania zjawisk i właściwości elektrycznych materiałów o złożonej geometrii i różnym sposobie zasilania.

The paper presents the determination of electric field distribution by application of the electrical network model of periodically arranged conductive structures. The geometries of periodic structures were proposed. Electric field analysis in 2D numerical model of material was performed by the Finite Element Method as well as equivalent network model. In addition the equivalent material resistance between selected pair of terminals and total dissipated power were estimated. The results were compared with the measurements of prototypes performed by 3D printing. The accuracy of both calculation methods were characterized. The effectiveness of network method was discussed in context of electric properties and phenomena of materials with complex periodic geometry and various types of power supply terminal locations.