Anam, Khairul (2013) Simulation of Cracking Behavior in Solid Oxide Fuel Cells. Magister thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Temperatur pengoperasian yang tinggi memungkinkan sel bahan bakar oksida (sofcs) untuk mendapatkan efisiensi konversi energi yang tinggi saat mengiringi kekhawatiran seperti degradasi bahan yang dihasilkan dari reaksi yang tidak diinginkan antar komponen. Daya tahan struktural pada sofc dipengaruhi oleh stres rmal yang disebabkan oleh ketidakcocokan CTE yang cukup antara komponen dan gradien rmal. Tekanan rmal yang berlebihan dapat menyebabkan fraktur komponen yang membahayakan integritas mekanis dari tumpukan sofc. Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk menghitung faktor intensitas stres dari elektroda elektroda-elektrolit-negatif (pena) pada berbagai tahap. Efek ukuran retak, tipe retak, dan siklus RMAL dipertimbangkan dalam menghitung faktor intensitas stres di daerah yang sangat stres pada pulpen. Kode analisis elemen hingga komersial (FEA), ABAQUS, digunakan untuk menemukan wilayah yang sangat stres pada pulpen dan menghitung faktor intensitas stres. Distribusi stres dihitung pada suhu ruang yang seragam dan pada tahap stabil dengan profil suhu yang tidak seragam. Faktor intensitas stres untuk berbagai kombinasi jenis retak permukaan (setengah lingkaran dan semi-elips) dan ukuran (1μm, 10 μm, dan 100 μm) dihitung pada suhu kamar dan tahap stabil. Untuk bersepeda Rmal, faktor intensitas stres berulang kali dihitung untuk dua puluh siklus di lokasi yang memiliki tekanan utama maksimum terbesar dan untuk lima siklus di lokasi yang memiliki tekanan normal maksimum terbesar dalam arah X dan Y, masing-masing. Tiga daerah stres kritis diidentifikasi berdasarkan tekanan utama maksimum, maksimum σ xx dan maksimum σ yy. Stres utama maksimum adalah sebesar 53,16 MPa dalam arah utama -44,04 o pada suhu kamar. Maksimum σ xx adalah 28,88 MPa dan σ Yy adalah 16,76 MPa keduanya pada tahap stabil. Ketidakcocokan CTE antara komponen dan perbedaan suhu antara suhu kamar dan tahap stabil adalah dua faktor utama dalam generasi tekanan Rmal dalam tumpukan SOFC planar. Bidang stres rmal yang disebabkan oleh dua faktor memainkan peran utama dalam menentukan faktor intensitas tegangan untuk berbagai celah permukaan yang ditempatkan di lokasi yang dipilih. Arah utama juga memiliki efek pada faktor intensitas stres untuk wilayah kritis dengan stres utama maksimum terbesar. Untuk retak permukaan semi-elips yang tajam, cenderung tumbuh lebih luas daripada lebih dalam. Sebaliknya, untuk yang dangkal, crack cenderung tumbuh lebih dalam dari yang lebih luas. Variasi bidang stres selama bersepeda Rmal secara dominan menentukan variasi K i. Faktor intensitas stres untuk wilayah kritis stres pokok maksimum secara signifikan menurun pada suhu kamar dan sedikit meningkat pada tahap stabil dengan meningkatnya jumlah siklus RMAL. Semua faktor intensitas stres yang dihitung dalam penelitian ini kurang dari ketangguhan fraktur yang sesuai yang diberikan dalam literatur, memastikan integritas struktural untuk tumpukan SOFC planar yang diberikan.
English Abstract
high operating temperature enables solid oxide fuel cells (SOFCs) to obtain a high efficiency of energy conversion while accompanying concerns such as degradation of materials resulting from undesirable reactions between components. Structural durability on an SOFC is affected by rmal stress caused by considerable CTE mismatch between components and rmal gradient. Excessive rmal stresses may lead to fracture of components endangering mechanical integrity of an SOFC stack. main objective of this study is to calculate stress intensity factor of positive electrode-electrolyte-negative electrode (PEN) at various stages. effects of crack size, crack type, and rmal cycles are considered in calculating stress intensity factors at highly stressed regions in PENs. A commercial finite element analysis (FEA) code, ABAQUS, was used to find highly stressed regions in PENs and calculate stress intensity factors. stress distributions are calculated at uniform room temperature and at steady stage with a non-uniform temperature profile. stress intensity factors for various combinations of surface crack type (semicircular and semi-elliptical) and size (1µm, 10 µm, and 100 µm) are calculated at room temperature and steady stage. For rmal cycling, stress intensity factor is repeatedly calculated for twenty cycles at location having greatest maximum principal stress and for five cycles at location having greatest maximum normal stresses in x and y directions, σ xx and σ yy , respectively. Three critical stress regions are identified based on maximum principal stress, maximum σ xx and maximum σ yy . maximum principal stress is of 53.16 Mpa in principal direction of -44.04 o at room temperature. maximum σ xx is of 28.88 Mpa and σ yy is of 16.76 Mpa both at steady stage. CTE mismatch between components and temperature difference between room temperature and steady stage are two major factors in generation of rmal stresses in planar SOFC stack. rmal stress fields induced by se two factors play a major role in determining stress intensity factors for various surface cracks placed at selected locations. principal direction also has an effect on stress intensity factor for critical region with greatest maximum principal stress. For a sharp, semi-elliptical surface crack, it tends to grow wider ra r than deeper. On contrary, for a shallow one, crack tends to grow deeper ra r than wider. Variations of stress field during rmal cycling dominantly determine variations of K I . stress intensity factor for critical region of maximum principal stress is significantly decreased at room temperature and is slightly increased at steady stage with increasing number of rmal cycle. All calculated stress intensity factors in present study are less than corresponding fracture toughness given in literature, ensuring structural integrity for given planar SOFC stack.
| Item Type: | Thesis (Magister) |
|---|---|
| Identification Number: | TES/621.312 429/ANA/s/041308406 |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 621 Applied physics > 621.3 Electrical, magnetic, optical, communications, computer engineering; electronics, lighting |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Teknik Elektro, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | Endro Setyobudi |
| Date Deposited: | 06 Nov 2013 15:01 |
| Last Modified: | 06 Nov 2013 15:01 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/158638 |
Actions (login required)
 |
View Item |