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氫氧化鋁晶粒的應力與強度分析

發布于:2022-05-19 18:19
強度分析

      關于氫氧化鋁晶粒強度的研究工作中,多數是對過飽和鋁酸鈉溶液分解成氫氧化鋁的過程及工藝進行研究。譚軍等對種分和碳分氧化鋁晶粒的顯微結構進行了觀察,結合氧化鋁磨損指數分析,研究了顯微結構與氧化鋁強度的關系。李旺興等通過對晶體疊合面應力狀態分布的計算,證實了氫氧化鋁晶粒強度與疊合面承受的應力密切相關,隨兩個晶體間疊合面積的減小而減小。葉露升等采用有限元分析方法,根據氫氧化鋁晶粒的顯微結構進行模擬和強度分析,得出了氫氧化鋁晶粒尺寸以及晶體疊合角度與晶粒強度的關系。影響氫氧化鋁晶粒破壞的因素很多,可概括為兩大類,一類屬于晶粒的自身狀態和性質,另一類則是加載條件及環境。所謂自身狀態和性質,是指材料的屬性、粒度、形狀等。國內外的諸多生產經驗表明,在相同的生產工藝條件下,我國生產的氫氧化鋁晶粒強度比國外產品差,主要原因是產品晶粒的顯微結構差別較大。本研究主要針對此類因素進行研究。晶粒內部結構及外部形貌的特殊性使晶粒強度呈現出一定的隨機特性,而不是像金屬結構那樣具有穩定的力學性能,因此前人對晶粒強度研究很少,迄今為止還沒有形成成熟的用于計算晶粒內應力分布的力學方法及相應的強度判據。
      本工作從氫氧化鋁晶粒的顯微結構出發,通過建立晶粒的有限元模型,研究在外加載荷作用下氫氧化鋁晶粒的應力分布情況,并由此研究晶體的疊合狀態與晶粒強度的關系,以期獲得晶粒缺口中填充小晶體的填充位置、數目及晶粒破損缺口的尺寸與晶粒整體強度的相互關系,并與實際產品的顯微結構和強度的關系進行比較。
      有限元方法是目前在工程領域中廣泛采用的力學計算方法,它將連續介質離散成一組單元,使無限自由度問題轉化為有限自由度問題,將待解微分方程的求解域劃分成許多具有簡單形狀的子區域(有限元),然后在每個子區域上用一些近似的方法來描述待解方程組的行為,從而可以分析求解形狀十分復雜的結構,在計算中模擬各種復雜材料的本構關系、載荷和條件,并用圖形表示計算結果。
     鑒于氫氧化鋁晶粒的復雜結構,本研究采用結構靜力分析有限元方法[7,9],根據大量實際產品的電鏡照片和實際生產的工藝條件確定所需參數。主要步驟如下:
     (1)建立模型和劃分網格。選擇計算單元SolidTet10Node92,彈性模量E=3×107Pa,泊松比η=0.27,使用自由網格化命令,并在晶界附近加密,確保網格劃分足夠細。
     (2)添加載荷和約束。任選其中一底面的各邊全約束,側面各邊加均布載荷(1000Pa),便于全面研究晶界的應力分布情況成,這些六棱柱并非規則地疊合,而是相互交錯地疊合在一起,且不同晶體間尺寸相差較大,主要表現為大尺寸晶體疊合成的晶粒中有小晶體填充。

 

                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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