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關于氫氧化鋁晶粒強度的研究工作中，多數(shù)是對過飽和鋁酸鈉溶液分解成氫氧化鋁的過程及工藝進行研究。譚軍等對種分和碳分氧化鋁晶粒的顯微結構進行了觀察，結合氧化鋁磨損指數(shù)分析，研究了顯微結構與氧化鋁強度的關系。李旺興等通過對晶體疊合面應力狀態(tài)分布的計算，證實了氫氧化鋁晶粒強度與疊合面承受的應力密切相關，隨兩個晶體間疊合面積的減小而減小。葉露升等采用有限元分析方法，根據(jù)氫氧化鋁晶粒的顯微結構進行模擬和強度分析，得出了氫氧化鋁晶粒尺寸以及晶體疊合角度與晶粒強度的關系。影響氫氧化鋁晶粒破壞的因素很多，可概括為兩大類，一類屬于晶粒的自身狀態(tài)和性質(zhì)，另一類則是加載條件及環(huán)境。所謂自身狀態(tài)和性質(zhì)，是指材料的屬性、粒度、形狀等。國內(nèi)外的諸多生產(chǎn)經(jīng)驗表明，在相同的生產(chǎn)工藝條件下，我國生產(chǎn)的氫氧化鋁晶粒強度比國外產(chǎn)品差，主要原因是產(chǎn)品晶粒的顯微結構差別較大。本研究主要針對此類因素進行研究。晶粒內(nèi)部結構及外部形貌的特殊性使晶粒強度呈現(xiàn)出一定的隨機特性，而不是像金屬結構那樣具有穩(wěn)定的力學性能，因此前人對晶粒強度研究很少，迄今為止還沒有形成成熟的用于計算晶粒內(nèi)應力分布的力學方法及相應的強度判據(jù)。
本工作從氫氧化鋁晶粒的顯微結構出發(fā)，通過建立晶粒的有限元模型，研究在外加載荷作用下氫氧化鋁晶粒的應力分布情況，并由此研究晶體的疊合狀態(tài)與晶粒強度的關系，以期獲得晶粒缺口中填充小晶體的填充位置、數(shù)目及晶粒破損缺口的尺寸與晶粒整體強度的相互關系，并與實際產(chǎn)品的顯微結構和強度的關系進行比較。
有限元方法是目前在工程領域中廣泛采用的力學計算方法，它將連續(xù)介質(zhì)離散成一組單元，使無限自由度問題轉化為有限自由度問題，將待解微分方程的求解域劃分成許多具有簡單形狀的子區(qū)域(有限元)，然后在每個子區(qū)域上用一些近似的方法來描述待解方程組的行為，從而可以分析求解形狀十分復雜的結構，在計算中模擬各種復雜材料的本構關系、載荷和條件，并用圖形表示計算結果。
鑒于氫氧化鋁晶粒的復雜結構，本研究采用結構靜力分析有限元方法[7,9]，根據(jù)大量實際產(chǎn)品的電鏡照片和實際生產(chǎn)的工藝條件確定所需參數(shù)。主要步驟如下：
(1)建立模型和劃分網(wǎng)格。選擇計算單元SolidTet10Node92，彈性模量E=3×107Pa，泊松比η=0.27，使用自由網(wǎng)格化命令，并在晶界附近加密，確保網(wǎng)格劃分足夠細。
(2)添加載荷和約束。任選其中一底面的各邊全約束，側面各邊加均布載荷(1000Pa)，便于全面研究晶界的應力分布情況成，這些六棱柱并非規(guī)則地疊合，而是相互交錯地疊合在一起，且不同晶體間尺寸相差較大，主要表現(xiàn)為大尺寸晶體疊合成的晶粒中有小晶體填充。
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