本文關鍵詞：質子交換膜的面內雙軸循環(huán)力學行為實驗研究

  更多相關文章： 質子交換膜 面內雙軸試驗系統(tǒng) 十字形試樣 比例路徑 非比例路徑 多軸棘輪

【摘要】：質子交換膜(PEM)在燃料電池中起到傳遞質子,同時隔絕反應氣體的重要作用。然而質子交換膜在工作環(huán)境中由于受到支撐框架、密封墊、催化劑和氣體擴散層的作用,受到的是多軸循環(huán)應力。為了提高PEM的穩(wěn)定性和可靠性,需要研究其多軸循環(huán)機械性能。本文設計和開發(fā)了一款可以用于PEM面內雙軸循環(huán)行為研究的試驗系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)的夾具運動由左-右旋絲杠帶動,每個方向的運動是同步和對稱的,因此可以保證加載過程中試樣中心位置不變。系統(tǒng)配備了視頻引伸計,可以非接觸的同時監(jiān)測和獲取面內兩個方向上的應變變化。該試驗系統(tǒng)是可行、可靠和有效的,滿足測試試驗要求。本文對十字形試樣形式進行了有限元分析。文中通過比較試樣應變分布均勻程度、剪應變大小和非標距區(qū)的應力集中程度,分析了五種常見形狀試樣,最終選擇了增加圓角臂上開縫型十字形作為試樣形狀。隨后對圓角尺寸做了進一步分析。本文設計了包括圓路徑、菱形路徑、方形路徑、比例路徑、恒定載荷路徑、單軸循環(huán)在內的六種應力控制循環(huán)路徑,用以探究PEM材料的面內雙軸循環(huán)行為。分析了面內雙軸加載下的應變響應和每個方向的應力-應變關系,討論了PEM的面內雙軸棘輪行為、應變能密度的演化規(guī)律,另外討論了加載歷史對面內雙軸循環(huán)性能的影響。
【關鍵詞】：質子交換膜 面內雙軸試驗系統(tǒng) 十字形試樣 比例路徑 非比例路徑 多軸棘輪
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM911.4
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 緒論8-21
• 1.1 質子交換膜燃料電池簡介8-12
• 1.1.1 燃料電池基礎8-9
• 1.1.2 質子交換膜燃料電池的工作原理和特點9-11
• 1.1.3 質子交換膜簡介11-12
• 1.2 PEM力學行為研究進展12-14
• 1.2.1 PEM單軸力學行為的試驗研究進展12-13
• 1.2.2 PEM多軸力學行為研究進展13-14
• 1.3 材料多軸棘輪行為研究進展14-16
• 1.3.1 多軸棘輪行為14-15
• 1.3.2 PEM面內多軸循環(huán)試驗的意義15-16
• 1.4 面內雙軸力學試驗系統(tǒng)的發(fā)展16-19
• 1.4.1 采用附屬裝置實現(xiàn)雙軸作動16-17
• 1.4.2 獨立的面內雙軸加載系統(tǒng)17-19
• 1.5 本文的主要工作和意義19-21
• 第二章 面內雙軸力學試驗系統(tǒng)設計21-37
• 2.1 試驗系統(tǒng)的設計目標和構成21-22
• 2.1.1 系統(tǒng)設計目標21
• 2.1.2 系統(tǒng)構成21-22
• 2.2 加載裝置的設計22-31
• 2.2.1 執(zhí)行系統(tǒng)的設計22-23
• 2.2.2 傳動系統(tǒng)的設計23-27
• 2.2.3 支撐系統(tǒng)的設計27-28
• 2.2.4 傳感器選型28-30
• 2.2.5 加載裝置整體設計30-31
• 2.3 非接觸式雙向視頻引伸計31-33
• 2.4 控制系統(tǒng)簡介33-35
• 2.4.1 硬件系統(tǒng)33
• 2.4.2 軟件系統(tǒng)33-35
• 2.5 本章小結35-37
• 第三章 十字形試樣設計和制作37-55
• 3.1 十字形試樣的結構形式37-39
• 3.2 采用有限元分析方法確定試樣形狀39-54
• 3.2.1 建模、加載和約束39-40
• 3.2.2 試樣形狀分析對比40-49
• 3.2.3 試樣加工方法介紹49-50
• 3.2.4 試樣最終尺寸確定50-54
• 3.3 本章小結54-55
• 第四章 PEM面內多軸循環(huán)載荷下的力學行為試驗研究55-68
• 4.1 試驗方法和步驟55-58
• 4.2 結果與討論58-67
• 4.2.1 應變響應58-59
• 4.2.2 應力-應變關系59-62
• 4.2.3 多軸棘輪行為62-64
• 4.2.4 應變能密度演化規(guī)律64-66
• 4.2.5 加載歷史的影響66-67
• 4.3 本章小結67-68
• 第五章 結論與展望68-70
• 5.1 結論68-69
• 5.2 研究展望69-70
• 參考文獻70-76
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明76-77
• 致謝77-78

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