Procedura parametrica per la modellazione strutturale 3D di celle di elettrolisi.

 

Il cliente è una società leader nella produzione di alluminio primario. Lo scopo del progetto è quello di rendere l'analisi strutturale delle celle di elettrolisi quanto più semplice possibile e permettere rapide variazioni e verifiche ai modelli. La messa a punto di un modello parametrico per una tipica struttura di cella costituisce inoltre un potente strumento di indagine per alcuni problemi non ancora ben noti, come ad esempio, lo swelling (incremento di volume per impregnazione) nei catodi. 

Il modello strutturale parametrico è una procedura completa che permette la messa a punto e la soluzione in modo relativamente facile di una struttura totalmente tri-dimensionale contenente un numero elevato di non-linearità di tipo diverso: comportamento elasto-plastico e creep; materiali non-standard; altissime temperature e gradienti; grandi deformazioni; decine di superfici a contatto.

La procedura viene eseguita attraverso un pre-processor che costituisce l'interfaccia-utente con cui sono assegnati i parametri geometrici, proprietà dei materiali, carichi e altre caratteristiche d'ambiente e opzioni di soluzione. Il modello parametrico è un insieme di routine scritte nel linguaggio APDL di Ansys e in Fortran. A causa del particolare comportamento meccanico del materiale carbone dei catodi e dell'interazione col bagno di elettrolisi, è richiesta la generazione di una versione custom di Ansys. 

La soluzione passo-passo può simulare la vita operativa reale della cella ed abbracciare un periodo di quattro o più anni. Le leggi costitutive dei materiali non-standard sono definite con la routine Usermat, una caratteristica recentemente introdotta in Ansys. La routine Usermat preparata dall'utente è compilata e linkata  alle altre librerie oggetto di Ansys ed è quindi generato il codice eseguibile contenente le nuove funzioni. Nel nostro caso, Usermat è un package in Fortran, contenente una libreria di leggi di espansione e diverse funzioni sforzi-deformazioni, che è richiamato  da Ansys ad ogni sotto-step e per ogni punto di integrazione entro l'elemento.

 

 

Caratteristiche principali: procedura parametrica in APDL e Fortran; versione custom di Ansys; problemi di contatto superficie-superficie; grandi deformazioni; elasto-plasticità; swelling; routine Usermat; pre-processor Fortran e Win32.