Числовий аналіз термо-пружно-пластичного стану електроконтактних прокладок, виготовлених з дисперсно-армованих композитних матеріалів методом пошарового наплавлення

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorСоловей, В. В.
dc.date.accessioned2023-03-16T14:16:02Z
dc.date.available2023-03-16T14:16:02Z
dc.date.issued2022
dc.description.abstractУ 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.uk
dc.description.abstractotherThe article presents the results of a theoretical study on determining the suitability of using electrical contact gaskets (ECG) in industrial conditions (Castner direct graphitization furnaces), made of coke-pitch composite using additive technologies based on the Fused Deposition Modeling (FDM) method. Numerical analysis of the physical state of ECG under the conditions of industrial application was performed on the basis of the mathematical statement of the thermo-elastic-plasticity problem and the algorithm of implicit inverse mapping of its solution based on the finite element method in the Mathcad programming environment. To construct the geometry and tetraid mesh of the ECG model, a freely open program code was used - the Gmsh CAD system for grid generation, and for the visualization of the results of physical field calculations, the free open program code ParaView was used. The study of the thermo-elastic-plastic state of ECG under the conditions of the graphitization process in Castner furnaces was carried out in the temperature range up to 900 С, at which the thermoplastic properties of the material are manifested. At the same time, such physical fields of ECG were analyzed as temperature distribution, resulting displacements, equivalent elastic stresses according to Mises, equivalent total, elastic and plastic deformations according to Mises, and the volume fraction of ECG material in a plastic state, depending on the temperature level and radial gradient temperatures (radial temperature difference) of electrical contact gaskets. Numerical simulation of the thermo-elastic-plastic state of the ECG was carried out under the conditions of force loading by external pressure on the lateral surface of the gasket of 2.5 MPa and different values of the radial temperature difference in the range of 15–90 C in the temperature range up to 900 C. It was established that: at the stages of formation of semi-coke and coke in the material of the coke-pitch composite ECG under the thermomechanical conditions of operation of the Kastner furnace, a margin of strength of not less than unity was obtained; with the subsequent increase in the temperature level in the Castner furnace to 3000 C and above, the raw material of ECG, as a result of thermal destruction, has already turned into coke and, therefore, its mechanical properties have become close to the mechanical properties of electrode blanks in columns that are subjected to graphitization. This gives reason to assert that the ECGs will not be mechanically destroyed during the entire graphitization campaign of the Castner furnace. On the basis of the analysis of the results of numerical simulation, the possibility of using ECGs made from dispersionreinforced composite materials (coke-pitch mixtures) by the FDM method in the technology of graphitizing electrode products according to the Сastner method is substantiated.uk
dc.format.pagerangeС. 21-31uk
dc.identifier.citationСоловей, В. В. Числовий аналіз термо-пружно-пластичного стану електроконтактних прокладок, виготовлених з дисперсно-армованих композитних матеріалів методом пошарового наплавлення / Соловей В. В. // Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження». – 2022. – № 4 (21). – С. 21-31. – Бібліогр.: 18 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2022.269748
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/53756
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.sourceВісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження» : збірник наукових праць, 2022, № 4 (21)
dc.subjectпіч Кастнераuk
dc.subjectелектроконтактна прокладкаuk
dc.subjectмоделювання пошаровим наплавленнямuk
dc.subjectкоксопековий композитuk
dc.subjectтермо-пружно-пластичний станuk
dc.subjectCastner furnaceuk
dc.subjectelectrical contact gasketuk
dc.subjectfused deposition modelinguk
dc.subjectcoke-pitch compositeuk
dc.subjectthermoelastic-plastic stateuk
dc.subject.udc[621.365.32:62-418]:004.356.2:004.942uk
dc.titleЧисловий аналіз термо-пружно-пластичного стану електроконтактних прокладок, виготовлених з дисперсно-армованих композитних матеріалів методом пошарового наплавленняuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
VKPI-ChemInzh_2022_4_p21-31.pdf
Розмір:
1.34 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
1.71 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 4 (21)