鑭鍶鈷鐵氧體（LSCF）具有良好的化學(xué)催化性能和導(dǎo)電性能,未來(lái)有望被應(yīng)用于能源工程領(lǐng)域.在周圍環(huán)境氧氣濃度變化時(shí),LSCF會(huì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)與周圍環(huán)境交換氧.這一過(guò)程往往會(huì)引起化學(xué)應(yīng)力并可能危害設(shè)備安全.本文對(duì)LSCF棒在氧化還原循環(huán)過(guò)程中的反應(yīng)-擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行了力化學(xué)耦合建模.表面處的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)考慮了濃度、應(yīng)力和溫度的影響.通過(guò)有限元方法分別求解出三種給定的不同表面化學(xué)反應(yīng)速率下棒伸長(zhǎng)量和棒端部附近第一主應(yīng)力的瞬態(tài)解. 

【文章來(lái)源】：力學(xué)季刊. 2020,41(03)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

LSCF棒在氧化還原循環(huán)中的伸長(zhǎng)量Fig.3ElongationofLSCFbarinredoxcycling

第3期李子川，等：LSCF材料氧化還原過(guò)程的力化學(xué)耦合瞬態(tài)三維模擬407測(cè)本模型假設(shè)的反應(yīng)速率下，氧化還原循環(huán)為表面化學(xué)反應(yīng)控制過(guò)程，該過(guò)程中通過(guò)表面化學(xué)反應(yīng)與外界交換物質(zhì)的速率不足以使得材料的物質(zhì)輸運(yùn)能力達(dá)到飽和，外部氧分壓變化后再次達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間主要由表面反應(yīng)的指前因子決定．圖3LSCF棒在氧化還原循環(huán)中的伸長(zhǎng)量Fig.3ElongationofLSCFbarinredoxcycling考慮LSCF6482棒在重新氧化過(guò)程中在表面處最有可能發(fā)生局部受拉破壞，因此使用最大主應(yīng)力確定危險(xiǎn)位置．模擬結(jié)果表明，三種反應(yīng)速率下端部第一主應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在C點(diǎn)并指向CA方向，這與文獻(xiàn)[10]實(shí)驗(yàn)中的端部裂紋位置一致．圖4展示了k0.1時(shí)端部的第一主應(yīng)力分布情況示意圖，圖5給出了三種反應(yīng)速率下C點(diǎn)處第一主應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線．圖4k0.1時(shí)LSCF端部第一主應(yīng)力分布示意圖Fig.4FirstprincipalstressontheendofLSCFbarfor圖5氧化過(guò)程中C點(diǎn)處第一主應(yīng)力Fig.5FirstprincipalstressatpointCduringoxidation

第3期李子川，等：LSCF材料氧化還原過(guò)程的力化學(xué)耦合瞬態(tài)三維模擬407測(cè)本模型假設(shè)的反應(yīng)速率下，氧化還原循環(huán)為表面化學(xué)反應(yīng)控制過(guò)程，該過(guò)程中通過(guò)表面化學(xué)反應(yīng)與外界交換物質(zhì)的速率不足以使得材料的物質(zhì)輸運(yùn)能力達(dá)到飽和，外部氧分壓變化后再次達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間主要由表面反應(yīng)的指前因子決定．圖3LSCF棒在氧化還原循環(huán)中的伸長(zhǎng)量Fig.3ElongationofLSCFbarinredoxcycling考慮LSCF6482棒在重新氧化過(guò)程中在表面處最有可能發(fā)生局部受拉破壞，因此使用最大主應(yīng)力確定危險(xiǎn)位置．模擬結(jié)果表明，三種反應(yīng)速率下端部第一主應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在C點(diǎn)并指向CA方向，這與文獻(xiàn)[10]實(shí)驗(yàn)中的端部裂紋位置一致．圖4展示了k0.1時(shí)端部的第一主應(yīng)力分布情況示意圖，圖5給出了三種反應(yīng)速率下C點(diǎn)處第一主應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線．圖4k0.1時(shí)LSCF端部第一主應(yīng)力分布示意圖Fig.4FirstprincipalstressontheendofLSCFbarfor圖5氧化過(guò)程中C點(diǎn)處第一主應(yīng)力Fig.5FirstprincipalstressatpointCduringoxidation


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