Числовий аналіз термо-пружно-пластичного стану електроконтактних прокладок, виготовлених з дисперсно-армованих композитних матеріалів методом пошарового наплавлення
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2022.269748Ключові слова:
піч Кастнера, електроконтактна прокладка, моделювання пошаровим наплавленням, коксо-пековий композит, термо-пружно-пластичний станАнотація
У статті наведено результати теоретичного дослідження з визначення придатності застосування електроконтактних прокладок (ЕКП) у промислових умовах (печах прямого графітування Кастнера), виготовлених з коксо-пекового композиту з використанням адитивних технологій на базі методу моделювання пошаровим наплавленням (МПН). Числовий аналіз фізичного стану ЕКП за умов промислового застосування виконано на підставі математичної постановки задачі термо-пружно-пластичності та алгоритму неявного зворотного відображення її розв’язання на базі методу скінченних елементів у середовищі програмування Mathcad. Для побудови геометрії та тетраїдної сітки моделі ЕКП використано вільно відкритий програмний код – CAD-систему для сіткової генерації Gmsh, а для візуалізації результатів розрахунків фізичних полів – вільно відкритий програмний код ParaView. Моделювання термо-пружно-пластичного стану ЕКП проведено за умов процесу графітування в печах Кастнера на інтервалі температур до 900 °С, на якому проявляються термопластичні властивості матеріалу, за умов силового навантаження зовнішнім тиском на бічній поверхні прокладки величиною 2,5 МПа та різних значень радіального перепаду температур в діапазоні 15–90 °С. На підставі аналізу отриманих результатів числового моделювання обґрунтовано можливість застосування ЕКП, виготовлених з дисперсно-армованих композитних матеріалів (коксо-пекових сумішей) методом МПМ, у технології графітування електродних виробів за методом Кастнера.
Посилання
Теоретично-експериментальні дослідження печей графітування Кастнера: монографія / А. Ю. Педченко, Є. М. Панов, А. Я. Карвацький, С. В. Лелека, Т. В. Лазарєв. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2017. 174 c. URL: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/20800
Technology of Electrocontact Gaskets for Graphitizing Electrode Blanks in Direct Heating Furnaces / Ye. M. Panov, A. Ya. Karvatskii, S. V. Leleka, I. O. Mikulionok, O. I. Ivanenko // Petroleum and Coal, 2022. No 64(2). P. 299–303. URL: https://www.vurup.sk//wp-content/uploads/2022/07/PC-X_Karvatskii_144_rev1.pdf
Соловей В. В., Олексишен В. О. Дослідження фізико-механічних властивостей композитних матеріалів отриманих з використанням адитивних технологій // Вісник НТУУ «KПІ ім. Ігоря Сікорського». Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2021. № 1(20), C. 9–21. DOI: 10.20535/2617-9741.1.2021.228078
Енергоресурсоефективне виробництво ізостатичного графіту : монографія / Є. М. Панов, С. В. Лелека, А. Я. Карвацький, І. О. Мікульонок. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. 140 c. ISBN 978-617-7734-26-9 https://ela.kpi.ua/handle/123456789/37590
Numerical Simulation of Elasto-Plastic Behavior of Isotropic Composite Materials / Anton Karvatskii, Ihor Mikulionok, Serhii Leleka, Vladyslav Solovei // Lecture Notes in Mechanical Engineering: Advances in Design, Simulation and Manufacturing III. Vol. 1: Manufacturing and Materials Engineering (Kharkiv, Ukraine, June 9-12, 2020) : Proceedings of the 3rd International Conference on Design, Simulation, Manufacturing: The Innovation Exchange (DSMIE-2020). Cham, Switzerland: Springer. 2020. P. 492–501. ISSN 2195-4356 DOI: 10.1007/978-3-030-50794-7_48
Шувалов Э. А. О распределении температур и термических напряжений в углеграфитовых телах цилиндрической формы // Сб. трудов ЧЭМК. Челябинск : Южно-уральское кн. изд-во, 1970. № 2. С. 200–214.
Simo J., Taylor R. Consistent tangent operators for rate-independent elastoplasticity. Comp. methods in applied mechanics and engineering. 1985. Vol. 48. P. 101–118.
Non-linear finite element analysis of solids and structures: 2nd edn / R. Borst de R., M. Crisfield, J. Remmers, C. Verhoosel. John Wiley & Sons Ltd, New York. 2012.
Zienkiewicz O., Taylor R., Fox D. The Finite Element Method for Solid and Structural Mechanics: 7th edn. Elsevier Ltd., Oxford. 2014.
Thompson M., Thompson J. ANSYS Mechanical APDL for Finite Element Analysis. Butterworth-Heinemann, Oxford. 2017.
The numerical simulation of thermo-elasto-plastic state of composites / A. Ya. Karvatskii, I. O. Mikulionok, S. V. Leleka, V. M. Vytvytskyi, V. V. Solovei // Modern Engineering and Innovative Technoligies. Germany. 2021. Iss. 16, Part 1. P. 6–17. DOI: 10.30890/2567-5273.2021-16-01-007
Пековый кокс как наполнитель конструкционных графитов / В. С. Островский, Н. Ю. Бейлина, Н. В. Липкина, Л. З. Синельников // Химия твердого топлива. 1995. №1. с. 56–61.
Моделювання механічних властивостей армованих полімерних матеріалів пакувального призначення / А. Я. Карвацький, І. О. Мікульонок, С. О. Борщик, В. О. Караулова // Вісник НТУУ “KПІ”. Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2018. № 1(17). С. 24–31. DOI: 10.20535/2306-1626.1.2018.143371
Mathcad. Engineering math software that allows perform, analyze, and share your most vital calculations: [сайт]. URL: http://www.ptc.com/engineering-math-software/mathcad/ (дата звернення: 16.11.2019).
Gmsh. A three-dimensional finite element mesh generator with built-in pre- and post-processing facilities: [сайт]. URL: http://geuz.org/gmsh/ (дата звернення: 17.11.2019).
ParaView. An open-source, multi-platform data analysis and visualization application: [сайт]. URL: http://www.paraview.org/ (дата звернення: 18.11.2019).
Study on physical-chemical properties of petroleum cokes / S. Birghila, I. Carazeanu Popovici, A. Dumitru // Romanian Journal of Physics. 2011. Vol. 56. Nos. 7–8, P. 976–982. https://rjp.nipne.ro/2011_56_7-8/0976_0982.pdf
Коваленко А. Д. Основы термоупругости. Київ : Наук. думка, 1970. 307 с.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Владислав Володимирович Соловей
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
