English
РусскийМоделирование термомеханических напряжений в ТОТЭ трубчатой конструкции
Проведено компьютерное моделирование поля механических напряжений, возникающего при изготовлении и нагревании до рабочей температуры ячеек твёрдооксидных топливных элементов (ТОТЭ) трубчатой конструкции с классическими функциональными материалами (Ni-YSZ)/YSZ/LSM. Рассмотрены ячейки с несущим твёрдым электролитом и с несущим анодом, а также смоделированы остаточные напряжения, возникающие при производстве модуля конус–конус с прямым контактом анод–катод. В результате моделирования установлено, что в процессе изготовления ячеек ТОТЭ с несущим анодом в них не возникают напряжения, могущие привести к разрушению ячейки. Однако высокий уровень энергии упругой деформации, накопленный в тонком слое электролита, при определённых условиях может вызвать его отслоение от несущего анода. Изготовление ячейки с несущим электролитом приводит к высокому напряжению растяжения в анодном слое, что вызывает его растрескивание. Нагрев ячеек до рабочей температуры и восстановление материала анода частично снимает остаточные напряжения слоев. Линии границ тонких слоев с несущей трубкой концентрируют значительные радиальные напряжения и могут послужить центрами отслаивания от основы. Напряжённое состояние конусной ячейки на несущем электролите не вызывает опасных уровней механических напряжений.
1. Чеботин В. Н., Перфильев М. В. Электрохимия твёрдых электролитов. М.: Химия, 1978. 310 с.
2. Turner M. J., Clough R. W., Martin H. C., Topp L. J. // J. Aeronaut. Sci. 1956. Vol. 23. P. 805–824.
3. Segerlind L. Applied Finite Element Analysis. New York: Wiley, 1985. 448 p.
4. Zienkiewicz O. The Finite Element Method in Engineering Science. London: McGraw Hill Publ., 1971. 518 p.
5. Pihlatie M., Kaiser A., Mogensen M. // J. of the European Ceramic Society. 2009. Vol. 29. P. 1657.
6. Giraud S., Canel J. // J. of the European Ceramic Society. 2008. Vol. 28. P. 77.
7. Atkinson A., Selcuk A. // Acta Mater. 1999. Vol. 47, N. 3. P. 867.
8. Selcuk A., Merere G., Atkinson A. // J. of Material Science. 2001. Vol. 36. P. 1173.
9. Atkinson A,. Selcuk A. // Solid State Ionics. 2000. Vol. 134. P. 59.
10. Klemenso T., Chung C., Larsen P. H., Mogensen M. // J. Electrochem. Soc. 2005. Vol. 152 (11). P. A2186.
11. Waldbillig D., Wood A., Ivey D. G. // Solid State Ionics. 2005. Vol. 176. P. 847.
12. Yakabe H., Baba Y., Sakurai T., Satoh M., Hirosawa I., Yoda Y. // J. Power Sources. 2004. Vol. 131. P. 278.
13. Fisher W., Malzbender J., Blass G., Steinbrech R. W. // J. Power Sources. 2005. Vol. 150. P. 73.
14. Laurencin J., Delette G., Dupeux M., Lefebvre-Joud F. // J. of the European Ceramic Society. 2008. Vol. 28. P. 1857.
15. Хрустов А. В., Горелов В. П., Кузьмин А. В., Богданович Н. М. // Фундаментальные проблемы ионики твёрдого тела: Черноголовка: Изд. гр. «Граница», 2008. С. 96.
