تحلیل و مدلسازی انقباض در فرآیند خشک شدن

خشک شدن مواد متخلخل یک مرحله اساسی در تولید بسیاری از مواد مانند سرامیک ها است. شبیه سازی دقیق انقباض و تنش های ناشی از گرادیان رطوبت در طی فرآیند خشک شدن برای کنترل کیفیت و تولید محصولاتی عاری از عیب و نقص مانند ترک و اعوجاج لازم و ضرورری است. مدل های ریاضی جدید قادر به بیان پدیده انقباض هستند. این بیان از پدیده های مختلف انتقال (حرارت، جرم و مومنتوم) بهره می گیرد. هدف کار حاضر شبیه سازی فرآیند خشک شدن گل یک سرامیک با استفاده از مدل جابجایی با در نظر گرفتن تغییرات خواص ماده مانند مدول یانگ، ضریب انقباض، ضریب انتقال جرم، چگالی و گرمای ویژه نسبت به رطوبت ماده است. چینش های دو بعدی و سه بعدی بررسی شده اند. با هدف مقایسه نتایج، از یک سرامیک با آنالیز شیمیایی واحد برای هر دو چینش استفاده شده است. از معیار تسلیم فون میزز برای پیش بینی وقوع ترک در حالت خشک شدن دو بعدی و سه بعدی استفاده شده است. معادلات اصلی به دلیل رفتار انقباضی به بیان لاگرانژی نوشته شده اند. مدل به صورت عددی با روش تفاضل محدود حل شده است. ارزیابی نتایج با مقایسه اطلاعات تجربی و عددی انجام شده است. تنش تسلیم در رطوبت هایگراسکوپی به صورت تجربی در آزمایشگاه تعیین گردید. با هدف بررسی تاثیر ابعاد هندسی مدل بر مقادیر تنش های خشک شدن مدل های مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند و نتایج بررسی گزارش شده است. به دلیل پایین بودن تنش تسلیم در رطوبت های بالا خطر ترک برداشتن مدل در شروع فرآیند خشک شدن بیشتر است. اختلاف زیادی بین نتایج حاصل از دو چینش مشاهده شد. امکان وقوع ترک در حالت سه بعدی بسیار بیشتر از حالت دو بعدی است. به کمک شبیه سازی می توان رطوبت، کرنش، وتنش را در زمان و فضا محاسبه کرد. مقادیر تنش ها در حالت دو بعدی و سه بعدی با مدول یانگ ثابت و متغیر محاسبه شده است. اثر تغییرات مدول یانگ در طول فرآیند مورد بررسی قرارگرفته است. بر اساس مدل تدوین شده، زمان و مکان وقوع ترک قابل پیش بینی است.