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關(guān)于氫氧化鋁晶粒強(qiáng)度的研究工作中，多數(shù)是對過飽和鋁酸鈉溶液分解成氫氧化鋁的過程及工藝進(jìn)行研究。譚軍等對種分和碳分氧化鋁晶粒的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，結(jié)合氧化鋁磨損指數(shù)分析，研究了顯微結(jié)構(gòu)與氧化鋁強(qiáng)度的關(guān)系。李旺興等通過對晶體疊合面應(yīng)力狀態(tài)分布的計(jì)算，證實(shí)了氫氧化鋁晶粒強(qiáng)度與疊合面承受的應(yīng)力密切相關(guān)，隨兩個(gè)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(jù)氫氧化鋁晶粒的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和強(qiáng)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(qiáng)度的關(guān)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(tài)和性質(zhì)，另一類則是加載條件及環(huán)境。所謂自身狀態(tài)和性質(zhì)，是指材料的屬性、粒度、形狀等。國內(nèi)外的諸多生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，在相同的生產(chǎn)工藝條件下，我國生產(chǎn)的氫氧化鋁晶粒強(qiáng)度比國外產(chǎn)品差，主要原因是產(chǎn)品晶粒的顯微結(jié)構(gòu)差別較大。本研究主要針對此類因素進(jìn)行研究。晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部形貌的特殊性使晶粒強(qiáng)度呈現(xiàn)出一定的隨機(jī)特性，而不是像金屬結(jié)構(gòu)那樣具有穩(wěn)定的力學(xué)性能，因此前人對晶粒強(qiáng)度研究很少，迄今為止還沒有形成成熟的用于計(jì)算晶粒內(nèi)應(yīng)力分布的力學(xué)方法及相應(yīng)的強(qiáng)度判據(jù)。
本工作從氫氧化鋁晶粒的顯微結(jié)構(gòu)出發(fā)，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(yīng)力分布情況，并由此研究晶體的疊合狀態(tài)與晶粒強(qiáng)度的關(guān)系，以期獲得晶粒缺口中填充小晶體的填充位置、數(shù)目及晶粒破損缺口的尺寸與晶粒整體強(qiáng)度的相互關(guān)系，并與實(shí)際產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行比較。
有限元方法是目前在工程領(lǐng)域中廣泛采用的力學(xué)計(jì)算方法，它將連續(xù)介質(zhì)離散成一組單元，使無限自由度問題轉(zhuǎn)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(qū)域(有限元)，然后在每個(gè)子區(qū)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(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在計(jì)算中模擬各種復(fù)雜材料的本構(gòu)關(guān)系、載荷和條件，并用圖形表示計(jì)算結(jié)果。
鑒于氫氧化鋁晶粒的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，本研究采用結(jié)構(gòu)靜力分析有限元方法[7,9]，根據(jù)大量實(shí)際產(chǎn)品的電鏡照片和實(shí)際生產(chǎn)的工藝條件確定所需參數(shù)。主要步驟如下：
(1)建立模型和劃分網(wǎng)格。選擇計(jì)算單元SolidTet10Node92，彈性模量E=3×107Pa，泊松比η=0.27，使用自由網(wǎng)格化命令，并在晶界附近加密，確保網(wǎng)格劃分足夠細(xì)。
(2)添加載荷和約束。任選其中一底面的各邊全約束，側(cè)面各邊加均布載荷(1000Pa)，便于全面研究晶界的應(yīng)力分布情況成，這些六棱柱并非規(guī)則地疊合，而是相互交錯(cuò)地疊合在一起，且不同晶體間尺寸相差較大，主要表現(xiàn)為大尺寸晶體疊合成的晶粒中有小晶體填充。
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