浙江科技学院学报，第２５卷第１期，２０１３年２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．１，Ｆｅｂ．２０１３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—８７９８．２０１３．Ｏ１．００３ 基于ＡＮＳＹＳ的ＰＥＭ单电池组装应力分析 项忠晓，泮国荣，徐国峰，赵 依，胡桂林，李国能 （浙江科技学院轻工学院，杭州３１００２３） 摘 要：采用ＡＮＳＹＳ软件对质子交换膜燃料单电池装配进行有限元分析。分析了３００、４００、５００、６００ Ｎ等不同 大小的载荷对装配的影响，对比了这４种载荷下燃料电池堆的核心部件膜电极组件的变形情况及应力分布情 况，得出燃料电池单电池的最佳装配压力为４００ Ｎ。该结果可为燃料电池堆的组装提供较好的参考依据。 关键词：质子交换膜燃料电池；ＡＮＳＹＳ软件；应力分析；组装 中图分类号：ＴＭ９１１．４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—８７９８（２０１３）０１—００１０—０５ Ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＰＥＭＦＣ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ ＸＩＡＮＧ Ｚｈｏｎｇｘｉａｏ，ＰＡＮ Ｇｕｏｒｏｎｇ，ＸＵ Ｇｕｏｆｅｎｇ，ＺＨＡＯ Ｙｉ，ＨＵ Ｇｕｉｌｉｎ，ＬＩ Ｇｕｏｎｅｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＰＥＭＦＣ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ ｉＳ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌｏａｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｓ ３００。４００，５００ ａｎｄ ６００ Ｎ．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＭＥＡ ｕｎｄｅｒ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏａｄｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｉｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｏａｄ ４００ Ｎ ｃａｎ ｏｂｔａｉｎ ｂｅｓｔ ａｓｓｅｍｂｌｙ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｆｕｅｌ ｃｅｌ１ ｓｔａｃｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｔｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ（ＰＥＭＦＣ）；ＡＮＳＹＳ；ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ；ａｓｓｅｍｂｌｙ 由于传统能源的不断紧缺及传统能源使用造成的污染不断加剧，新能源的开发逐渐受到各界关 注。质子交换膜燃料电池（ＰＥＭＦＣ）作为一种新型能源，具有零污染、零排放、噪声低、结构紧凑、高效 且无需充电及启动快速等优点，是目前世界上最成熟的一种将氢气和氧气结合产生纯净水并释放电 能的装置ｕ剖。 现阶段，燃料电池的装配主要依靠经验和手工装配，这种装备工艺效率差、精度低且手工操作失误 多，从而大大增加了ＰＥＭＦＣ的制造成本［４］。在电池的装配过程中，装配压力过大过小均会对电池性能 收稿日期：２０１２—１２—１１ 基金项目：浙江省自然科学基金资助项目（Ｒ１１０００６５）；浙江科技学院交叉预研专项项目（２０１１ＪＣ０１Ｚ） 作者简介：项忠晓（１９９１一），男，浙江省温州人，２００９级包装工程专业本科生。 通信作者：胡桂林，教授，博士，主要从事燃料电池和多相流研究。 浙江科技学院学报 第２５卷 ３ 结 语 ｉ 本研究应用ＡＮＳＹＳ软件模拟了质子交换膜燃料电池的装配过程，分析了各组件在传统装配工艺条 件下的变形和应力分布情况，重点分析了ＭＥＡ的变形分布规律，由此来验证ＭＥＡ是否密封且与流道完 全接触；比较和分析了３００、４００、５００、６００ Ｎ ４种不同加载对装配的影响。结果表明，由于螺栓的作用，端 板发生少量翘曲变形，从而导致各组件接触应力分布不均；４００ Ｎ的装配压力为最佳。此结果可为质子 交换膜燃料电池的装配提供一定的指导。 参考文献： Ｅｌｉ 唐永华．燃料电池发动机测试系统及试验方法研究［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２００６． ［２］于平，周平，吴承伟，等．燃料电池复合材料结构螺纹孑Ｌ联接的应力分析口］．电源技术，２００７，３１（２）：１６０—１６３． ［３］贺建军，孙超．质子交换膜燃料电池的建模与仿真分析［Ｊ］．中南大学学报，２０１０，４１（２）：５６６—５７１． ［４］干频，刘冬安，冯力中．金属极板燃料电池电堆接触压力的分布规律［Ｊ］．机械设计与研究，２０１０，２６（５）：１３４—１３８． ［５］ Ｙｉｍ Ｓ Ｄ，Ｋｉｍ Ｂ Ｊ，Ｓｏｈｎ Ｙ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｔａｃｋ ｃｌａｍｐｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＰＥＭ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｓｔａｃｋ￣Ｊ］．Ｃｕｒｒｅｎｔ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２０１０。１Ｏ（Ｓ２）：５９—６１． ［６］ Ｌｉｎ Ｐ，Ｚｈｏｕ Ｐ，Ｗｕ Ｃ ｗ．Ａ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ＰＥＭＦＣ ｓｔａｃｋｓ：Ｐａｒｔ Ｉ Ｔｈｅｏｒｙ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ，２００９，１９４（１）：３８１—３９０． ｎ Ｐ，Ｚｈｏｕ Ｐ，Ｗｕ Ｃ Ｗ．Ａ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｐｒｏｔｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ ｓｔａｃｋｓ： ［７］ ＬｉＰａｒｔ ＩＩ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ口］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ，２０１０，１９５（５）：１３８３—１３９２． ［８］ 李范春．ＡＮＳＹＳ ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ设计建模与虚拟仿真［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１１． ［９］ 小飒工作室．ＡＮＳＹＳ及ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ教程［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００４． ［１Ｏ］ 袁国勇．ＡＮＳＹＳ网格划分方法的分析［Ｊ］．现代机械，２００９（６）：５９—６０． 电 启 事 为适应我国信息化建设的需要，扩大作者学术交流渠道，本刊已加入《中国学术 期刊（光盘版）》、《中国期刊网》全文数据库、《万方数据——数字化期刊群》、《中文科 技期刊数据库》、《中国科技论文在线》和《华艺ＣＥＰＳ中文电子期刊》，并被俄罗 斯《文摘杂志》（ＡＪ）、美国《化学文摘》（ＣＡ）、美国《剑桥科学文摘》（ＣＳＡ）、美国《鸟利 希国际期刊指南》、波兰《哥白尼索引》（ＩＣ）和中国《电子科技文摘》收录，作者著作权 使用费随本刊稿酬一次性给付。如果作者不同意将文章编入有关数据库，请在来稿 时声明，本刊将作适当处理。 堙 堙辔 堙砖 堙 堙 幢幢辔 堙
