Transactions of Nonferrous Metals Society of China The Chinese Journal of Nonferrous Metals

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中國有色金屬學報

ZHONGGUO YOUSEJINSHU XUEBAO

第26卷    第9期    總第210期    2016年9月

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文章編號:1004-0609(2016)-09-2007-08
鋁電解槽陰極鈉擴散及熱應力-鈉膨脹耦合的計算
王 恒1,周凱琦1,周終強2,黃 俊2

(1. 華中科技大學 力學系,武漢 430074;
2. 貴陽鋁鎂設計研究院有限公司,貴陽 550081
)

摘 要: 利用ANSYS Workbench仿真平臺建立鋁電解槽熱應力-鈉膨脹耦合計算的有限元模型,提出利用非穩(wěn)態(tài)質(zhì)量擴散和瞬態(tài)熱傳導的相似性模擬鈉擴散的方法,得到了鈉在陰極炭塊中的濃度分布。根據(jù)鈉濃度的分布將鈉膨脹系數(shù)轉(zhuǎn)化為熱膨脹系數(shù),實現(xiàn)鈉膨脹和熱膨脹的間接耦合,模型還考慮鋼的塑性變形和摩擦接觸,計算結果與實際情況吻合較好。

 

關鍵字: 鋁電解槽;鈉擴散;熱應力;鈉膨脹;有限元

Calculation of sodium diffusion in cathode blocks and coupled computing of thermal-stress in aluminum reduction cells
WANG Heng1, ZHOU Kai-qi1, ZHOU Zhong-qiang2, HUANG Jun2

1. Faculty of Mechanics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;
2. Guiyang Aluminum-Magnesium Design and Research Institute Co., Ltd., Guiyang 550081, China

Abstract:The finite element model of the thermal stress and sodium expansion coupling in the aluminum reduction cell was established by using workbench ANSYS simulation platform. The sodium diffusion of the cathode carbon block was obtained by using the similarity between non steady state mass diffusion and the transient heat conduction. The sodium expansion coefficient was converted into the thermal expansion coefficient according to the distribution of sodium concentration, which can realize the indirect coupling between sodium expansion and thermal expansion. The plastic deformation and friction contact of steel were considered, the calculation results agree well with the actual situation.

 

Key words: aluminum reduction cell; sodium diffusion; thermal stress; sodium expansion; finite element method

ISSN 1004-0609
CN 43-1238/TG
CODEN: ZYJXFK

ISSN 1003-6326
CN 43-1239/TG
CODEN: TNMCEW

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