燃料电池组装应力分析与优化开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换装置，在新能源汽车、便携式电源等领域有着广阔的应用前景。

然而，燃料电池在组装过程中，由于材料特性差异、几何结构复杂以及操作环境等因素的影响，不可避免地会产生残余应力。

这些残余应力会影响电池内部各组件的接触电阻、气体扩散层孔隙率、质子交换膜的传导性能等，进而降低电池的输出性能、寿命和可靠性。

2. 本选题国内外研究状况综述

燃料电池组装应力问题近年来受到国内外学者的广泛关注，相关研究取得了一定的进展。

1. 国内研究现状

国内学者在燃料电池组装应力方面开展了一系列研究。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本研究将以质子交换膜燃料电池(pemfc)为研究对象，采用数值模拟和实验验证相结合的方法，深入分析pemfc组装过程中的应力产生机理、分布规律及其对电池性能的影响，并提出有效的应力优化策略，主要研究内容包括：
1.pemfc组装应力产生机理研究：分析pemfc组装过程中各组件的材料特性、几何结构、接触状态等因素对组装应力的影响，建立pemfc组装应力产生机理模型。

2.pemfc组装应力数值模拟研究：基于有限元方法，建立pemfc组装过程的三维数值模型，模拟不同工况下pemfc的组装应力分布规律，分析材料参数、结构参数、工艺参数等因素对pemfc组装应力的影响。

3.pemfc组装应力实验研究：搭建pemfc组装实验平台，开展不同工况下的pemfc组装实验，测试pemfc的组装应力分布，验证数值模拟结果的准确性。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的研究方法，具体步骤如下：
1.文献调研：查阅国内外相关文献，了解燃料电池组装应力方面的研究现状、最新进展以及存在的不足，为本研究提供理论基础和研究方向。

2.理论分析：分析燃料电池组装过程中的应力产生机理，建立相应的理论模型，为后续的数值模拟和实验研究提供指导。

3.数值模拟：利用有限元软件建立燃料电池组装过程的三维模型，对不同工况下的组装应力进行模拟分析，研究材料参数、结构参数、工艺参数等因素对组装应力的影响规律。

5. 研究的创新点

本研究的创新点在于：
1.建立了更为精细的燃料电池组装三维有限元模型，考虑了更多因素的影响，例如：不同材料的非线性接触、温度场耦合、螺栓预紧力等，使得模拟结果更加准确可靠。

2.采用实验方法对数值模拟结果进行了验证，并分析了实验误差产生的原因，提高了研究结果的可信度。

3.提出了一种基于多目标优化的燃料电池组装应力控制方法，综合考虑了电池性能、寿命和成本等因素，实现了燃料电池组装应力的有效控制。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

1. 王可, 白杰, 王艳, 等. 质子交换膜燃料电池金属双极板接触压力分布研究进展[j]. 机械工程学报, 2020, 56(18): 1-17.

2. 林健, 潘牧, 马强, 等. 燃料电池电堆组装压力对电池性能影响研究[j]. 电源技术, 2019, 43(12): 2264-2267, 2271.

3. 陈亮, 尹健, 陈立, 等. 燃料电池电堆组装压力对单电池性能影响的仿真分析[j]. 电池, 2019, 49(5): 327-331.