本文關(guān)鍵詞：質(zhì)子交換膜的面內(nèi)雙軸循環(huán)力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：質(zhì)子交換膜(PEM)在燃料電池中起到傳遞質(zhì)子,同時(shí)隔絕反應(yīng)氣體的重要作用。然而質(zhì)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(kuò)散層的作用,受到的是多軸循環(huán)應(yīng)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(jī)械性能。本文設(shè)計(jì)和開發(fā)了一款可以用于PEM面內(nèi)雙軸循環(huán)行為研究的試驗(yàn)系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)的夾具運(yùn)動(dòng)由左-右旋絲杠帶動(dòng),每個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)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(jì),可以非接觸的同時(shí)監(jiān)測和獲取面內(nèi)兩個(gè)方向上的應(yīng)變變化。該試驗(yàn)系統(tǒng)是可行、可靠和有效的,滿足測試試驗(yàn)要求。本文對十字形試樣形式進(jìn)行了有限元分析。文中通過比較試樣應(yīng)變分布均勻程度、剪應(yīng)變大小和非標(biāo)距區(qū)的應(yīng)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(jìn)一步分析。本文設(shè)計(jì)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(nèi)的六種應(yīng)力控制循環(huán)路徑,用以探究PEM材料的面內(nèi)雙軸循環(huán)行為。分析了面內(nèi)雙軸加載下的應(yīng)變響應(yīng)和每個(gè)方向的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,討論了PEM的面內(nèi)雙軸棘輪行為、應(yīng)變能密度的演化規(guī)律,另外討論了加載歷史對面內(nèi)雙軸循環(huán)性能的影響。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜 面內(nèi)雙軸試驗(yàn)系統(tǒng) 十字形試樣 比例路徑 非比例路徑 多軸棘輪
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(zhì)子交換膜燃料電池簡介8-12
• 1.1.1 燃料電池基礎(chǔ)8-9
• 1.1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理和特點(diǎn)9-11
• 1.1.3 質(zhì)子交換膜簡介11-12
• 1.2 PEM力學(xué)行為研究進(jìn)展12-14
• 1.2.1 PEM單軸力學(xué)行為的試驗(yàn)研究進(jìn)展12-13
• 1.2.2 PEM多軸力學(xué)行為研究進(jìn)展13-14
• 1.3 材料多軸棘輪行為研究進(jìn)展14-16
• 1.3.1 多軸棘輪行為14-15
• 1.3.2 PEM面內(nèi)多軸循環(huán)試驗(yàn)的意義15-16
• 1.4 面內(nèi)雙軸力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)展16-19
• 1.4.1 采用附屬裝置實(shí)現(xiàn)雙軸作動(dòng)16-17
• 1.4.2 獨(dú)立的面內(nèi)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(nèi)雙軸力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)21-37
• 2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和構(gòu)成21-22
• 2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)21
• 2.1.2 系統(tǒng)構(gòu)成21-22
• 2.2 加載裝置的設(shè)計(jì)22-31
• 2.2.1 執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)22-23
• 2.2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)23-27
• 2.2.3 支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)27-28
• 2.2.4 傳感器選型28-30
• 2.2.5 加載裝置整體設(shè)計(jì)30-31
• 2.3 非接觸式雙向視頻引伸計(jì)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(jié)35-37
• 第三章 十字形試樣設(shè)計(jì)和制作37-55
• 3.1 十字形試樣的結(jié)構(gòu)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(jié)54-55
• 第四章 PEM面內(nèi)多軸循環(huán)載荷下的力學(xué)行為試驗(yàn)研究55-68
• 4.1 試驗(yàn)方法和步驟55-58
• 4.2 結(jié)果與討論58-67
• 4.2.1 應(yīng)變響應(yīng)58-59
• 4.2.2 應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系59-62
• 4.2.3 多軸棘輪行為62-64
• 4.2.4 應(yīng)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(jié)67-68
• 第五章 結(jié)論與展望68-70
• 5.1 結(jié)論68-69
• 5.2 研究展望69-70
• 參考文獻(xiàn)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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