基于有限元的平压装置分析及优化

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目前常见的平压装置主要以冲压机和平压机为主，被广泛应用于冲压、金属成形和人造板材等生产制造领域。在传统平压装置的设计中，主要考虑机械传动方式、压力的产生方式和连续化生产等方面 。

bly，MEA)自动化生产制造设备中，平压装置作为其关键部件之-，被用于气体扩散层(Gas Difusion Layer，GDL)和涂有催化剂的质子交换膜层 (Catalyst Coated国家科技支撑计划项目 (2009BAF40B04)Membrane，CCM)之间的压合。燃料电池膜电极结构示意图如图 1所示。

为了利于质子和电子的传递，必须保证 GDL与CCM之间的良好接触 ，而且由于 GDL为-种脆性碳纤维纸，厚度-般在 0.1mm左右，强度较低，所以为了保证 GDL与CCM能被均匀地压合在-起，同时防止GDL因受力不均而发生断裂，要求平压装置不仅能为压合提供-定压力，而且要满足在工作面内压力均匀性的要求。同时，GDL与CCM对位是否准确也直接影响到 MEA的性能 J，而在生产过程中由于设备苏刚，等：基于有限元的平压装置分析及优化 2013年第2期对优化后的平压装置进行静力学和模态分析，与优化前的分析结果对 比如表 5所示。优化模型与原模型相比，整体的最大变形增加了0.01mm，工作面内的最大变形增加了0.O02mm〖虑到-定的安全系数，改进后的优化模型整体最大应力比设计要求减少了尽-倍，质量比原模型减少了约 10%，1阶固有频率比原模型也提高了约 9%。优化后的平压装置不仅减轻了质量 ，而且装置的动、静态性能均得到了-定的改善。

表 5 优化前后分析结果对比4 结语基于有限元理论对平压装置进行建模、静力学和模态分析，并根据分析结果对平压装置进行了优化设计。

1)优化前，平压装置的静强度虽满足设计要求，但因其安全系数较高，导致装置的质量较大，同时由于气缸转接处的刚度较低，导致平压装置的 1阶固有频率相对较低，在工作中可能发生共振。

2)优化后，不但提高了平压装置的静态和动态性能，而且减少了平压装置约 10%的质量，使得平压装置在满足设计要求的前提下，降低了成本，达到了优化设计的目的。

此外，文中所列的分析数据部分已应用到了 MEA自动化生产制造设备中。