质子交换膜燃料电池电堆封装设计综述

为了保证质子交换膜燃料电池（PEMFC）电堆的输出性能、密封性、可靠性和使用寿命,需要对电堆的封装力和封装结构进行理论计算和设计优化。通过建立PEMFC电堆的等效刚度力学模型及相关经验公式,研究了膜电极组件（MEA）接触电阻、气体扩散层（GDL）孔隙率、电堆密封性和抗冲击性与电堆封装力之间的关系。针对电堆封装力的有限元仿真,研究了基于等效面积和等效刚度的仿真优化方法。最后,阐述了电堆封装结构设计方法和结构优化方法。结果表明,基于等效刚度力学模型和经验公式,可以在较短的时间内完成电堆封装力的理论计算,提高了开发效率。同时,采用有限元仿真方法,可以较为准确和直观地完成电堆封装力的设计优化。采用拓扑优化和封装力自补偿计算方法,提高了电堆封装结构设计的合理性。     

燃料电池气体扩散层纤维孔隙特性对液态水传输的影响分析

质子交换膜燃料电池气体扩散层（GDL）内部纤维孔隙特性对GDL液态水传递能力,以至电池的性能和寿命都有重要影响。本文中基于流体体积法建立了能捕捉液态水穿过GDL纤维孔隙运动行为的气液两相模型,分析了GDL纤维的孔隙率、形状、间距纵横比和接触角对GDL内液态水传递的影响。结果表明,GDL纤维间距的纵横比通过影响横、纵向的毛细力来决定液态水的运动方向,沿纵向增大接触角能加速液态水的爬升,从而明显提升GDL的排水能力。     

PEMFC分区电流测量的关键影响因素分析

车载质子交换膜燃料电池(PEMFC)在较大的有效面积内存在明显的电流密度不一致性,分区测量是研究电流密度分布的常用方法.为了研究测量精度的关键影响因素,在COMSOL中建立印制电路板和电池部件模型,进行有限元数值仿真.结果表明,装配压力在0.5-3.0 MPa内影响很小,电阻在1-100 mΩ内增大使测量精度大幅下降,...     

PEMFC汽车模型仿真分析与电压控制方法研究

以质子交换膜燃料电池（PEMFC）汽车为研究对象，搭建PEMFC半经验半机理模型，得到了输出电压、功率和效率与电流密度之间的定性关系，为PEMFC汽车输出电压控制策略提供了合理的仿真平台。基于PEMFC电堆的动态电压模型，设计了一套适用于PEMFC汽车输出电压控制的模糊PID控制策略，能在负载电流突变时保证PEMFC输出电压快速准确地稳定在期望值。     

大功率PEMFC堆环境适应性分析

在车辆行驶过程中,质子交换膜燃料电池（PEMFC）堆性能受到发动机运行环境的影响。目前关于 PEMFC 堆环境适应性的研究,研究对象多为小功率的 PEMFC 堆。以大功率PEMFC堆为试验对象,采用控制变量法探究不同环境因素对PEMFC堆性能衰退的影响。结果表明:冷却液温度对PEMFC堆性能衰退 的影响较小;空气相对湿度和气体温度对PEMFC堆性能衰退的影响明显;氢气相对湿度对PEMFC堆性能衰退的影响不明,需要进一步探究。     

基于GT-power的DPF捕集效率影响因素研究

DPF是目前人们公认最有效的柴油机后处理装置,同时是柴油机满足国VI以上排放法规的必备装置。在实现其经济性和安全性的同时,提高DPF的捕集效率一直是研究的关键。文章利用GT-power软件搭建DPF仿真模型,研究不同载体直径、通道长度、载体壁厚、壁面渗透率和孔隙率对DPF捕集效率的影响。其研究结论表明DPF的捕集效率随着通道长度、孔隙率、载体壁厚的增加而增大,随着壁面渗透率的增大而下降。     

膨胀土侧向膨胀力试验研究与应用

侧向膨胀力是膨胀土支挡结构设计计算中的关键参数。为揭示并表征膨胀变形影响下侧向膨胀力的变化规律，研制二维膨胀仪，提出侧向膨胀力试验方法，以广西百色压实膨胀土为对象，分别研究竖向膨胀和侧向膨胀影响下侧向膨胀力的变化规律，并建立相应的关系表达式。试验结果表明：恒体积浸水条件下，侧向膨胀力与竖向膨胀力之比为0.42；完全侧限条件下，侧向膨胀力会因竖向膨胀的增大而减小；竖向应力通过影响竖向膨胀变形从而间接影响侧向膨胀力；竖向膨胀相关的侧向膨胀力折减系数D_f随竖向应力比（竖向应力与竖向膨胀力之比）的变化可用幂函数表征。保持竖向膨胀不变条件下，侧向膨胀力会随侧向应变（侧向膨胀率）的增大而减小；侧向膨胀力越大，最终侧向应变越大；侧向膨胀相关的侧向膨胀力折减系数R随侧向应变比（侧向应变与最终侧向应变之比）的变化亦可用幂函数表征。以浸水条件下大型膨胀土挡墙为例，应用该试验成果分别计算挡墙静止和被推移时的侧向膨胀力沿深度的分布，实测结果验证了计算结果的合理性。提出的侧向膨胀力试验方法和表征公式简单实用，可提高膨胀土支挡结构设计计算中关键参数取值的准确性。     

成都蜀龙五期预制装配式综合管廊拼缝橡胶密封件形式研究

为使橡胶密封件在拼缝处张开量为10 mm、错位量为12 mm以及在闭合压缩力尽可能小的情况下仍能够满足成都市蜀龙五期预制装配式综合管廊0.21 MPa的防水要求,建立3次Ogden橡胶本构模型,对圆形孔洞和类三角形孔洞2种形式的橡胶密封件进行数值模拟,比较2种形式下橡胶密封件的装配力大小,选择装配力小的橡胶密封件进行防水性能和闭合压力试验。结果表明： 1）圆形孔洞橡胶密封件能够满足蜀龙五期综合管廊的防水要求,密封件闭合压缩力为28.55 kN/m。2）当预制块拼装间隙张开量（错位量）较小时,错位量（张开量）的增大会迅速减小橡胶密封件的耐水压力,且张开量对橡胶密封件耐水压力的影响比错位量大。3）预制块拼装间隙张开量越接近0 mm,加载等间距张开量所需装配力越大。     

基于人工神经网络的挡板式直流道质子交换膜燃料电池性能优化

首先建立了三维、稳态、恒温的挡板式直流道挡板式质子交换膜燃料电池（PEMFC）单体模型,深入分析了挡板高度、宽度、位置（用与流道出口的距离表示）对PEMFC性能的影响。然后基于仿真数据,建立人工神经网络模型,分别以挡板高度、宽度、位置为输入,以0.7 V时的电流密度为输出。经过训练,模型的测试精度达到了理想的94.812%。最后对13 671组数据集进行预测以选出最佳的性能方案,并通过仿真与实验进行进一步最优方案的验证。结果表明：在挡板高度、宽度、位置分别为1 mm、0.35 mm、3 mm时,PEMFC的电化学性能最优。     

质子交换膜燃料电池系统仿真研究

本文搭建PEMFC系统仿真模型，将空压机、电堆等部件按照物理特性进行抽象化，通过自定义工况进行拉载仿真。研究发现，该模型能够较好地反映出PEMFC系统的动态响应特性，具有较高的准确性，对PEMFC系统控制策略研究以及掌握其中机理有积极推动的作用，有助于改善PEMFC的设计。     

V形刚构组合拱桥拱脚空间应力分析

结合某V形刚构组合拱桥的建设，采用8节点任意六面体（块体）等参元建立了该桥拱脚空间应力分布计算模型，计算分析了该桥拱脚局部应力的空间分布特征及其传力特性，并通过模型试验，对该桥拱脚受力及传力安全性进行了试验研究。理论计算与模型试验结果基本一致。研究结果表明：该桥拱脚具有足够的受力与传力功能。     

基于多尺度的高层钢框架梁柱节点疲劳分析

高层钢结构梁柱节点在地震交变往复荷载作用下发生低周疲劳破坏进而导致结构发生倒塌。因此,为了保证钢结构梁柱节点不发生疲劳破坏,有必要对梁柱节点以及节点域的疲劳特性进行分析研究。首先,利用多节点约束方法建立悬臂梁模型,验证多尺度建模方法;其次,基于Ansys建立一幢12层钢框架梁系有限元模型,掌握结构在地震作用下应力应变分布规律;在此基础上,利用多尺度建模方法,建立该框架结构多尺度有限元模型,详细分析钢结构梁柱的应力应变分布规律;最后,通过S-N曲线对局部梁柱节点的寿命进行预测分析。结果表明,钢框架梁柱节点以及节点域的应力分布比较集中,从而引起梁柱节点的局部破坏,最终导致整体钢框架的失效,在以后的设计中,应对梁柱节点的疲劳问题予以考虑。     

车用质子交换膜燃料电池水含量估计方法综述

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC）进行水管理的目的,是保证电池内部始终处于水平衡状态,实现长期稳定工作并且保持最高输出性能。精细的水管理策略依赖于电池内部的水含量状态准确量化的评估方法。总结归纳了目前国内外PEMFC水含量的估计方法,概括为基于模型以及基于试验的两种方法;在对比分析现有估计方法优缺点的基础上,提出进一步研究的重点及方向。对车用PEMFC水含量在线估计的研究具有重要的理论基础及工程应用价值。     

水冷PEMFC热管理系统建模和控制

为了维持质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC）工作在合理的温度区间,文章首先建立了PEMFC热管理系统的电堆温度模型和电堆冷却回路模型,然后建立了PEMFC本体模型,并进行了本体模型的验证,采用基于Bang-Bang控制的热管理控制策略,并进行了离线仿真和快速控制原型试验。结果表明：在不同的电流负载变化的情况下,电堆能够很好地保持在目标温度（70±1）℃,散热器冷却水温度保持在目标温度（70±2）℃,达到了预期的控制效果。     

质子交换膜燃料电池技术发展与温度控制

质子交换膜燃料电池(PEMFC)目前正处于实验室研究开发和逐渐走向实用化规模化的阶段。针对PEMFC长期工作稳定性差和难于控制的这一问题,在介绍PEMFC工作原理和技术发展的基础上,分析了温度分布参数对PEMFC电池性能的影响,从应用的角度出发,研究了PEMFC温度控制的特点,提出了PEMFC温度控制的新方法。     

冻融作用对引气混凝土钢筋握裹力、碳化与氯离子扩散系数的影响

采用快速冻融试验、碳化试验以及NEL法氯离子扩散系数试验,研究了冻融作用对引气混凝土钢筋握裹力、碳化深度以及氯离子扩散系数的影响。结果表明:混凝土钢筋握裹力随受冻程度的提高明显降低,并且非引气混凝土的降低幅度明显大于引气混凝土;引气混凝土的碳化深度随受冻程度的提高明显增大。     

纤维加劲复合板与混凝土的粘结效应

研究了FRP板与混凝土之间的粘结效应。为获得局部粘结应力与滑移量的力学关系（τb-s），采用不同类型的纤维－混凝土试件，进行了双剪粘结试验。试验结果显示：粘结强度和粘结应力的分布状态随FRP板刚度变化，局部粘结应力与滑移量的关系与纤维的种类无关，最大局部粘结应力随混凝土的抗压强度增大而增大。局部粘结应力与滑移量关系的数值分析表明：试验结果与Popovics模型（利用Popovics方程可建立τb-s模型，该公式已用于混凝土抗压强度与应变关系的分析计算）具有较好的一致性。     

软土地层邻近隧道深基坑变形控制设计分析与实践

结合近年来在软土深基坑领域的工程实践和研究,阐述邻近隧道深基坑变形控制设计方法,主要包括基于微小变形控制分区设计、轴力自动补偿钢支撑、坑内土体加固、坑外隔断以及承压水控制设计方法等,通过实际工程案例分析不同设计方法在控制基坑与隧道变形方面的效果。同时,针对基坑开挖对邻近隧道影响评估难的问题,结合上海软土地层工程实践,介绍小应变本构模型（HS-Small）全套参数的确定方法以及基于小应变本构模型的基坑对隧道影响的数值分析方法。大量的工程实践表明,综合采取上述设计和分析方法能够有效评估基坑开挖对隧道的影响,并达到良好的变形控制效果,能满足地铁及隧道变形控制和结构安全的要求。     

考虑相变过程岩体孔隙率对寒区隧道温度场时空规律影响研究

为研究寒区隧道围岩在持续低温作用或冻融循环作用过程中,考虑岩体相变过程中多相体各组分变化引起的岩石热学参数差异对围岩温度场时空变化规律的影响,利用已有岩体未冻水含量研究成果,进一步推导不同孔隙率下岩体的热学参数计算公式。基于多孔介质模型建立考虑相变过程的围岩温度场计算模型,分析考虑潜热时不同孔隙率下围岩冻结缘的空间形态变化规律,及相变过程对温度场的影响。研究结果表明： 1）饱和岩体孔隙率越高,对岩体整体热学参数影响越大; 2）低温持续作用围岩时,冻结缘向围岩深处移动并不断变宽,其宽度与其深度呈线性关系; 3）饱和围岩孔隙率对冻结缘移动速度影响较大,但对其宽度基本无影响; 4）由于相变潜热,岩体在冻融循环过程中围岩温度时程曲线出现不对称阶梯状形态,且其阶梯形状宽度与围岩孔隙率呈正相关; 5）冻融循环过程中,升温及降温过程中冻结缘临近岩体温度梯度存在差异引起的传热效率不同直接导致升温、降温时程曲线的不对称性特征出现; 6）沿硐室围岩径向向外,各处围岩体的温度时程函数与加载的温度函数存在着振幅衰减和相位滞后的现象,且岩体孔隙率越高该现象越明显。     

掺合废弃钢渣的新型混合轻质砂土变形与强度特性试验研究

掺合钢渣的混合轻质砂土是一种新型混合土（LSBS）,在无侧限抗压试验基础上,研究了LSBS的应力应变特性,钢渣掺入比以及龄期对应力应变特性的影响规律,应力应变关系曲线的模型模拟;研究了破坏应变和变形系数随钢渣掺入比以及龄期的变化规律,分析了破坏应变以及变形系数与抗压强度的关系;得出了LSBS的应力应变之间呈现弹塑性特性,随着龄期的增长,前期的弹性模量、无侧限抗压强度和破坏应变都随之增大,养护龄期较长时钢渣才能表现水化作用,应力应变曲线符合相关性很高的抛物线模型,破坏应变和变形系数与抗压强度符合线性增长模型。研究结果表明,LSBS具有一定的轻质高强和延性好等特点,可用于路基工程。