2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、鋁電解用陰極炭塊先行失效會導(dǎo)致鋁電解槽壽命縮短,鈉及電解質(zhì)滲透侵蝕進入陰極內(nèi)襯,引起陰極炭塊內(nèi)襯膨脹,繼而發(fā)生失效破損是陰極炭塊先行失效的最核心因素。陰極炭塊為多相復(fù)合材料,其各相組成成分的空間分布以及其各相材料之間的相互作用,都會使得炭塊表現(xiàn)出不同的宏觀性能。本課題旨在從細觀結(jié)構(gòu)研究陰極炭塊內(nèi)部破損,揭示細觀結(jié)構(gòu)對鈉滲透膨脹及炭塊的力學(xué)特性的影響。
  本論文在國家自然科學(xué)基金項目(No.51264011)資助下,針對目前模擬研

2、究大多將陰極炭塊看作為均勻性材料,缺少細觀結(jié)構(gòu)下陰極炭塊的研究,從陰極炭塊細觀角度出發(fā),建立了細觀非均質(zhì)模型,利用有限元軟件進行了細觀結(jié)構(gòu)的模擬研究,研究內(nèi)容如下:
  提供了一種鋁電解用陰極炭塊的檢測技術(shù)。通過顯微CT技術(shù)獲取陰極炭塊數(shù)字圖像,計算出每個炭骨料顆粒的粒徑和面積,得到了陰極炭塊的各組成成分的比例,孔隙含量為0.031,瀝青含量為0.183,炭骨料含量為0.756,雜質(zhì)含量為0.029,對炭骨料成分進行深一層次的分析

3、,得出炭骨料顆粒不同面積的比例,粉料所占面積比例為37.42%,小顆粒為55.51%,中顆粒為4.31%,大顆粒為2.74%。
  研究了基于細觀結(jié)構(gòu)鋁電解陰極炭塊的鈉擴散過程。細觀結(jié)構(gòu)上將陰極炭塊視為炭骨料和瀝青二相復(fù)合材料,運用 ANSYS有限元軟件,建立陰極炭塊細觀二維隨機骨料模型,模擬了鈉在非勻質(zhì)炭塊中的擴散過程,分別考察了炭骨料粒度組成、含量和形貌對鈉擴散過程的影響。結(jié)果表明:炭骨料相對于瀝青對炭塊中的鈉擴散更具有阻礙作

4、用,橢圓形炭骨料、級配3-6mm炭骨料、含量60%炭骨料鈉擴散速率最慢。圓形炭骨料、級配3-15mm炭骨料、含量80%炭骨料鈉擴散速率最快。
  研究了基于細觀結(jié)構(gòu)鋁電解陰極炭塊的鈉膨脹應(yīng)力。在細觀層面上建立二維隨機骨料模型,采用ANSYS軟件對鈉膨脹應(yīng)力模型進行求解,對不同形狀、級配、含量的骨料模型鈉膨脹應(yīng)力進行數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明:圓形炭骨料鈉膨脹量最小,橢圓形炭骨料鈉膨脹量最大;級配3-15mm炭骨料膨脹量最小,級配3-6

5、mm炭骨料鈉膨脹量最大;骨料含量80%鈉膨脹量最小,骨料含量60%鈉膨脹量最大。
  研究了基于細觀結(jié)構(gòu)鋁電解陰極炭塊破損過程的力學(xué)行為。從細觀結(jié)構(gòu)角度,建立陰極炭塊二維隨機骨料投放模型,利用LS-DYNA有限元軟件模擬陰極炭塊在單軸壓縮下的力學(xué)行為,研究和分析了不同形狀、含量、級配的骨料對炭塊力學(xué)行為的影響。結(jié)果表明:圓形骨料破裂速度最慢,橢圓形骨料破裂速度最快;骨料含量80%破裂程度最小,骨料含量60%破裂程度最大,級配3-6

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