ENCYCLOPÉDIE DE LA RECHERCHE SUR L’ALUMINIUM AU QUÉBEC 2013

28 Modeling and Simulation of the Crack Propagation in Cathode LA MODÉLISATION ET LA SIMULATION DE LA PROPAGATION DES FISSURES in a Multiphysical Context DANS LES CATHODES EN UTILISANT UN CONTEXTE MULTI-PHYSIQUE using XFEM MODELING AND SIMULATION OF THE CRACK PROPAGATION IN PRODUCTION D’ALUMINIUM ALUMINIUM PRODUCTION CATHODE IN A MULTI-PHYSICAL CONTEXT USING XFEM Fakhreddine HABIB 1 2 12, Mario FAFARD 12 Department of civil engineering, 1065 avenue de la medecine, Laval university, Québec, QC, G1V 0A6, Canada. NSERC/ALCOA industrial Research chair MACE3 and Aluminium research center – REGAL, Laval university. Fig.4: PUM and XFEM enrichment Fig.5: Enrichment zone Fig.1: A cathode mesh - with crack Fakhreddine Habib Mario Fafard Département de génie civil, Université Laval Chaire de recherche industrielle CRSNG/Alcoa MACE3 , Centre de recherche sur l’aluminium - REGAL, Université Laval Fig.6: Electrical vs Temperature fields [3] Fig.2: cracked specimen Fig.3: Crack tip The gradual wear of the cathode is L'usure progressive de la cathode est obtenue par la formation Biannual Meeting - Laval University/Alcoa obtained with the formation of aluminum de carbure carbide combining a chemical dissolution. The intercalation of sodium between d'aluminium combinant une dissolution chimique. L'intercalation de sodium entre May 2nd 2013 the crystallographic planes of carbon causes an expansion of the crystal lattice les plans cristallographiques de carbone provoque une dilatation du réseau σ and leads to a macroscopic swelling which weakens the cathode; this phenomenon cristallin et conduit à un gonflement macroscopique qui affaiblit la cathode; is commonly called "sodium swelling" or "cathode swelling". Our research theme ce phénomène est couramment appelé « gonflement de la cathode ». Notre focuses on the study of the lifespan of the cathode due to cracking phenomenon thème de recherche porte sur l'étude de la durée de vie de la cathode en raison which can occur during cell preheating or swelling of the cathode due to chemical du phénomène de fissuration qui peut se produire, par exemple, au cours du reaction induced by the migration of chemical species. préchauffage ou de l'enflure de la cathode due à une réaction chimique induite par la migration des espèces chimiques. Le poster est présenté en quatre sections. On présente d’abord les objectifs et le contexte de l’étude, ensuite les éléments de la mécanique de la rupture définissant les critères de la propagation de fissures au niveau de la cathode, puis l’approximation XFEM et le modèle mathématique du problème thermo-électromécanique étudié. The poster is presented in four sections. We present first the objectives and the context of the subject, then the elements of the fracture mechanics defining the criteria of crack propagation at the cathode, the XFEM approximation and finally the mathematical model of the thermo-electro-mechanical problem.

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