质子交换膜的面内双轴循环力学行为实验研究

发布时间：2017-08-18 02:05

  本文关键词：质子交换膜的面内双轴循环力学行为实验研究

  更多相关文章： 质子交换膜 面内双轴试验系统 十字形试样 比例路径 非比例路径 多轴棘轮

【摘要】：质子交换膜(PEM)在燃料电池中起到传递质子,同时隔绝反应气体的重要作用。然而质子交换膜在工作环境中由于受到支撑框架、密封垫、催化剂和气体扩散层的作用,受到的是多轴循环应力。为了提高PEM的稳定性和可靠性,需要研究其多轴循环机械性能。本文设计和开发了一款可以用于PEM面内双轴循环行为研究的试验系统。由于该系统的夹具运动由左-右旋丝杠带动,每个方向的运动是同步和对称的,因此可以保证加载过程中试样中心位置不变。系统配备了视频引伸计,可以非接触的同时监测和获取面内两个方向上的应变变化。该试验系统是可行、可靠和有效的,满足测试试验要求。本文对十字形试样形式进行了有限元分析。文中通过比较试样应变分布均匀程度、剪应变大小和非标距区的应力集中程度,分析了五种常见形状试样,最终选择了增加圆角臂上开缝型十字形作为试样形状。随后对圆角尺寸做了进一步分析。本文设计了包括圆路径、菱形路径、方形路径、比例路径、恒定载荷路径、单轴循环在内的六种应力控制循环路径,用以探究PEM材料的面内双轴循环行为。分析了面内双轴加载下的应变响应和每个方向的应力-应变关系,讨论了PEM的面内双轴棘轮行为、应变能密度的演化规律,另外讨论了加载历史对面内双轴循环性能的影响。
【关键词】：质子交换膜 面内双轴试验系统 十字形试样 比例路径 非比例路径 多轴棘轮
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 质子交换膜燃料电池简介8-12
• 1.1.1 燃料电池基础8-9
• 1.1.2 质子交换膜燃料电池的工作原理和特点9-11
• 1.1.3 质子交换膜简介11-12
• 1.2 PEM力学行为研究进展12-14
• 1.2.1 PEM单轴力学行为的试验研究进展12-13
• 1.2.2 PEM多轴力学行为研究进展13-14
• 1.3 材料多轴棘轮行为研究进展14-16
• 1.3.1 多轴棘轮行为14-15
• 1.3.2 PEM面内多轴循环试验的意义15-16
• 1.4 面内双轴力学试验系统的发展16-19
• 1.4.1 采用附属装置实现双轴作动16-17
• 1.4.2 独立的面内双轴加载系统17-19
• 1.5 本文的主要工作和意义19-21
• 第二章 面内双轴力学试验系统设计21-37
• 2.1 试验系统的设计目标和构成21-22
• 2.1.1 系统设计目标21
• 2.1.2 系统构成21-22
• 2.2 加载装置的设计22-31
• 2.2.1 执行系统的设计22-23
• 2.2.2 传动系统的设计23-27
• 2.2.3 支撑系统的设计27-28
• 2.2.4 传感器选型28-30
• 2.2.5 加载装置整体设计30-31
• 2.3 非接触式双向视频引伸计31-33
• 2.4 控制系统简介33-35
• 2.4.1 硬件系统33
• 2.4.2 软件系统33-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 十字形试样设计和制作37-55
• 3.1 十字形试样的结构形式37-39
• 3.2 采用有限元分析方法确定试样形状39-54
• 3.2.1 建模、加载和约束39-40
• 3.2.2 试样形状分析对比40-49
• 3.2.3 试样加工方法介绍49-50
• 3.2.4 试样最终尺寸确定50-54
• 3.3 本章小结54-55
• 第四章 PEM面内多轴循环载荷下的力学行为试验研究55-68
• 4.1 试验方法和步骤55-58
• 4.2 结果与讨论58-67
• 4.2.1 应变响应58-59
• 4.2.2 应力-应变关系59-62
• 4.2.3 多轴棘轮行为62-64
• 4.2.4 应变能密度演化规律64-66
• 4.2.5 加载历史的影响66-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第五章 结论与展望68-70
• 5.1 结论68-69
• 5.2 研究展望69-70
• 参考文献70-76
• 发表论文和参加科研情况说明76-77
• 致谢77-78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 肖带丽;;无氟质子交换膜的研究和进展[J];广东化工;2010年07期

2 李琼;李薇;张海宁;潘牧;;聚合物质子溶剂在质子交换膜中的应用[J];电源技术;2011年04期

3 张增英;;氟离子交换膜[J];杭州化工;1991年04期

4 孙红;栾丽华;吴铁军;唐玉兰;王逊;;质子交换膜中的传质分析[J];工程热物理学报;2012年02期

5 艾明欢;李海滨;;超薄CsH_2PO_4/SiO_2复合质子交换膜的制备[J];材料导报;2012年04期

6 杨萌;相艳;王慕冰;康思聪;徐惠彬;;化学与生物改性合成质子交换膜[J];化学进展;2009年01期

7 吴魁;解东来;;高温质子交换膜研究进展[J];化工进展;2012年10期

8 石倩茹;陶慷;章勤;薛立新;张尧剑;;离子液体在质子交换膜中的应用研究进展[J];膜科学与技术;2013年03期

9 罗居杰;宋艳慧;崔培培;谢小玲;;接枝磺酸基质子交换膜的制备及性能研究[J];化工新型材料;2014年03期

10 王盎然;包永忠;翁志学;黄志明;;丙烯腈-对苯乙烯磺酸共聚物质子交换膜的合成与性能[J];高校化学工程学报;2010年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张燕梅;方军;伍永彬;;用于碱性直接甲醇燃料电池的新型含氟阴离子交换膜的制备及表征[A];中国化学会第十一届全国氟化学会议论文摘要集[C];2010年

2 徐维林;陆天虹;邢巍;;低甲醇透过质子交换膜的研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年

3 刘盛洲;张兴鹏;印杰;;嵌段长度对磺酸基嵌段共聚物质子交换膜性能的影响研究[A];2006年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2006年

4 石守稳;陈旭;;浸泡质子交换膜力学性能及其微观变形机理的研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 冯庆霞;张冬芳;严六明;;纳米复合H_3PO_4-BPO_4-ABPBI高温质子交换膜的制备与表征[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年

6 李林繁;于洋;邓波;虞鸣;谢雷东;李景烨;陆晓峰;;辐射接枝法制备质子交换膜的研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集（第一卷·第8册）[C];2009年

7 王博;王新东;王文红;张红飞;陈玲;;燃料电池质子交换膜电导率的测试方法研究[A];冶金研究中心2005年“冶金工程科学论坛”论文集[C];2005年

8 薛松;尹鸽平;;磺化聚醚醚酮／磷钨酸复合质子交换膜[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

9 朱靖;邵柯;那辉;;基于静电纺丝技术的纳米纤维质子交换膜材料[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2009年

10 纪晓波;严六明;陆文聪;马和平;;酸碱质子交换膜中质子动力学行为及协同效应[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报记者 李香才;质子交换膜燃料电池技术取得进展[N];中国证券报;2013年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 袁森;燃料电池用新型聚酰亚胺及聚硫醚砜基质子交换膜的研究[D];上海交通大学;2014年

2 刘鑫;燃料电池用磺酸化聚醚醚酮质子交换膜的制备与改性研究[D];北京化工大学;2015年

3 付凤艳;聚磷腈类质子交换膜的制备与表征[D];北京理工大学;2015年

4 乔宗文;侧链型磺化聚砜质子交换膜的制备、微相分离结构与性能的研究[D];中北大学;2016年

5 吴斌;质子交换膜微观结构调控研究[D];天津大学;2015年

6 王晓恩;复合质子交换膜机械增强与温湿度响应特性[D];武汉理工大学;2011年

7 钟双玲;直接甲醇燃料电池用新型质子交换膜的制备与性能研究[D];吉林大学;2008年

8 曾松军;新型聚倍半硅氧烷基酸—碱无水质子交换膜的制备与性能研究[D];湖南大学;2011年

9 纪晓波;质子交换膜中甲醇迁移及其机理的分子动力学模拟研究[D];上海大学;2009年

10 张海秋;复合型质子交换膜的结构与性能研究[D];吉林大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈骏;金属双极板质子交换膜燃料电池内阻研究[D];武汉理工大学;2014年

2 韩澍;含羧基磺化聚芳醚酮砜类质子交换膜材料的制备与性能研究[D];长春工业大学;2015年

3 梁宇;交联型直接甲醇燃料电池质子交换膜的制备及性能研究[D];兰州大学;2015年

4 薛童;磺化嵌段聚醚砜质子交换膜的制备与改性[D];南京理工大学;2015年

5 袁祖凤;磺化聚芳酸砜类侧链型质子交换膜的制备及改性[D];南京理工大学;2015年

6 胡玉涛;咪唑摀化聚砜共混氢氧根交换膜的制备与性能[D];大连理工大学;2015年

7 修凤羽;半超支化半交联磺化聚酰亚胺复合质子交换膜制备及性能研究[D];大连理工大学;2015年

8 孙成刚;直接甲醇燃料电池用高性能含硅无皂乳液的制备及性能研究[D];吉林农业大学;2015年

9 李亚婷;带有稳定侧链的接枝型质子交换膜制备及性能研究[D];大连理工大学;2015年

10 李憧;质子交换膜燃料电池的自抗扰控制研究[D];北京化工大学;2015年

，

本文编号：692142