Знаете ли вы, какие методы мышления используют ведущие мировые инженеры-технологи для изучения и расчета кабельных материалов? Китайские производители кабелей на заказ TST Cables немедленно раскроют вам ответ.
Расчет на основе первых принципов — это теоретический метод расчета, который предсказывает свойства материалов на основе принципов квантовой механики. Этот метод не опирается на какие-либо эмпирические параметры, а начинается с основных законов физики и вычисляет электронную структуру и другие свойства материала, решая уравнение Шредингера. При изучении кабельных материалов расчет на основе первых принципов может использоваться для прогнозирования и оптимизации характеристик кабельных материалов, включая проводимость, термическую стабильность, механическую прочность и другие аспекты.
Подробное объяснение первых принципов
Первые принципы (мышление на основе первых принципов) — это метод мышления и решения проблем, который побуждает людей начинать с самых основных фактов и постепенно выстраивать понимание сложных проблем. Этот метод подчеркивает возвращение к основным принципам или фактам вещей, а не опору исключительно на существующие предположения, опыт или традиционные практики. С помощью этого метода люди могут прорваться через ограничения традиционного мышления и найти инновационные решения.
Определение первых принципов
Первые принципы — это метод логического рассуждения, который предлагает разбить сложные проблемы на их самые основные компоненты, а затем перестроить понимание проблемы из этих основных принципов. Суть этого метода заключается в том, чтобы думать о проблемах «с нуля», а не строить на существующих предположениях.
Шаги по применению первых принципов
Определите основные факты: определите основные компоненты проблемы, то есть те факты, которые не требуют дальнейшего объяснения или доказательства.
Выведите принципы: на основе этих основных фактов выведите ряд принципов или выводов.
Реконструируйте модель: используйте эти принципы для реконструкции понимания или решения проблемы.
Проверьте результаты: проверьте эффективность и осуществимость новой модели.
Преимущества первых принципов
Инновации: поощряют нестандартное мышление и помогают находить новые решения.
Глубокое понимание: глубоко понимая суть проблемы, вы можете более полно ее понять.
Упрощение сложности: разбивайте сложные проблемы на основные единицы, чтобы сделать их более управляемыми.
Критическое мышление: развивайте привычку подвергать сомнению существующие предположения и способствуйте развитию критического мышления.
Первый принципный случай
Действие: электромобиль Tesla
Илон Маск принял метод мышления первого принципа, когда основал Tesla. Вместо того, чтобы рассматривать традиционную стоимость производства автомобилей, он начал с базовых компонентов аккумулятора (таких металлов, как литий, кобальт и никель) и думал о том, как снизить затраты. Таким образом, Tesla смогла выпустить доступные электромобили и произвела революцию в автомобильной промышленности.
Разница между первыми принципами и традиционным мышлением
Традиционное мышление часто опирается на существующие знания и опыт и склонно попадать в ловушку «мы всегда так делали».
Первые принципы поощряют обдумывание проблем с нуля, нарушение условностей и поиск фундаментальных решений.
Базовые принципы расчетов первых принципов
Расчеты первых принципов обычно основаны на теории функционала плотности (DFT), квантово-механическом методе, используемом для изучения электронной структуры многоэлектронных систем. Ядром DFT является теорема Коэна-Шена Луцзю, которая утверждает, что свойства основного состояния системы могут быть описаны электронной плотностью, а не волновыми функциями. Вычислив электронную плотность, можно получить энергию и многие другие физические свойства системы.
Как применять первые принципы
Задавайте вопросы: продолжайте спрашивать «почему», пока не дойдете до самых основных фактов.
Анализ: проанализируйте эти основные факты и найдите связи между ними.
Реконструкция: создайте новые модели или решения на основе этих основных принципов.
Итерация: постоянно проверяйте и улучшайте эти новые идеи.
Применение в кабельных материалах
Выбор и оптимизация материалов проводников
Проводимость: Путем расчета электронной структуры материала можно предсказать проводимость материала. Для кабельных проводников (таких как медь или алюминий) расчеты на основе первых принципов могут помочь оценить влияние различных составов сплавов на проводимость.
Эффекты интерфейса: Изучите электронную структуру интерфейса между проводником и слоем изоляции, чтобы оптимизировать контактное сопротивление и улучшить общие характеристики.
Выбор и оптимизация изоляционных материалов
Диэлектрическая проницаемость: вычисляя диэлектрическую проницаемость изоляционного материала, можно предсказать диэлектрические свойства материала, что имеет решающее значение для проектирования кабелей с низкими потерями.
Термическая стабильность: изучите стабильность материала при высоких температурах, чтобы убедиться, что кабель по-прежнему сохраняет хорошие изоляционные характеристики в условиях высоких температур.
Выбор и оптимизация экранирующих материалов
Эффект экранирования: вычисляя электронную структуру материала, можно предсказать его экранирующие свойства, что очень важно для улучшения помехоустойчивости кабеля.
Механические свойства: изучите твердость и прочность материала, чтобы убедиться, что кабель не будет легко поврежден во время установки и использования.
Выбор и оптимизация материалов оболочки
Погодная устойчивость: вычисляя химическую устойчивость материала, можно спрогнозировать его долговечность в различных условиях окружающей среды.
Механические свойства: оцените износостойкость и прочность материала на разрыв, чтобы убедиться, что кабель не повредится во время использования.
Вычислительные инструменты и программное обеспечение
VASP (Vienna Ab initio Simulation Package): широко используется для первопринципных расчетов в физике твердого тела и материаловедении.
Quantum ESPRESSO: открытый исходный код первопринципных расчетов, подходящий для расчетов электронной структуры.
Gaussian: квантово-химические расчеты для молекулярных систем, которые также могут быть расширены для расчетов для твердых материалов.
Materials Studio: комплексный набор программного обеспечения для моделирования и имитации материалов, включая различные методы расчета.
Примеры использования
Проводниковые материалы: используйте расчеты из первых принципов для изучения энергии образования дефектов и механизмов диффузии в медных сплавах для оптимизации состава сплава и улучшения проводимости и механических свойств.
Изоляционные материалы: изучите диэлектрические свойства таких материалов, как поливинилхлорид (кабель ПВХ) и сшитый полиэтилен (кабель XLPE), для улучшения изоляционного слоя кабелей.
Экранирующие материалы: проанализируйте эффект электромагнитного экранирования медной оплетки для улучшения помехоустойчивости кабелей.
Расчеты первых принципов — это мощный теоретический инструмент, который может помочь техническим исследователям производителя кабелей TST CABLES получить глубокое понимание взаимосвязи между микроструктурой материалов кабелей и их макроскопическими свойствами, избегая ограничений существующих рамок и предрассудков.
Благодаря этим расчетам выбор и обработка материалов могут быть оптимизированы на этапе проектирования, тем самым улучшая общую производительность кабеля. С помощью этого метода мы можем глубже понять природу проблем, найти инновационные решения и способствовать научно-техническому прогрессу и социальному развитию. С непрерывным развитием вычислительных ресурсов применение расчетов первых принципов в материаловедении кабелей TST CABLES станет более обширным и глубоким.
Если вам нужна дополнительная техническая поддержка по кабелям или индивидуальные решения для кабелей, вы можете посетить официальный сайт TST CABLES или смело отправлять электронное письмо профессиональному инженеру по кабелям производителя кабелей TST (электронная почта: lixiangchao@testeck.com, укажите в письме свою страну, отрасль и свои потребности).
This post is also available in:
Арабский 
Английский 
Русский
