【摘 要】
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全球能源的短缺使得氢燃料电池的研发越来越重要,而氢燃料电池双极板是研发的重中之重。金属双极板的制造是目前氢燃料电池双极板的主要研究方向,在制造过程中金属双极板的成形极限问题一直困扰着人们,特别是在制造小型化、高性能的金属双极板时容易发生冲压破裂现象。因此,预测金属双极板冲压破裂的研究刻不容缓,但是根据国内外研究现状,预测冲压破裂的方法主要根据应变路径的变化进行预测,无法做到实时预测,不能精确地看出
【基金项目】
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山西省揭榜招标项目（No.20201101020）,高精密金属极板氢燃料电池堆关键技术及示范；
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全球能源的短缺使得氢燃料电池的研发越来越重要,而氢燃料电池双极板是研发的重中之重。金属双极板的制造是目前氢燃料电池双极板的主要研究方向,在制造过程中金属双极板的成形极限问题一直困扰着人们,特别是在制造小型化、高性能的金属双极板时容易发生冲压破裂现象。因此,预测金属双极板冲压破裂的研究刻不容缓,但是根据国内外研究现状,预测冲压破裂的方法主要根据应变路径的变化进行预测,无法做到实时预测,不能精确地看出破裂位置。因此,本文采用Normalized Cockcroft＆Latham韧性断裂准则,并开展ABAQUS仿真软件的二次开发,建立预测模型,预测金属双极板冲压破裂情况,研究冲压工艺参数对冲压破裂的影响规律。本文主要研究内容与结论如下:（1）通过单轴拉伸试验计算Normalized Cockcroft＆Latham韧性断裂准则材料参数。以不锈钢SS316L为研究材料,通过单轴拉伸仿真和单轴拉伸试验相结合,运用混合法计算出材料的临界损伤值D和各项力学性能参数等。（2）编写Hill’48-Normalized Cockcroft＆Latham损伤断裂模型并进行验证。通过FORTRAN语言编写Hill’48-Normalized Cockcroft＆Latham损伤断裂模型,将其导入ABAQUS中进行二次开发。通过杯突仿真和杯突试验结合,验证Hill’48-Normalized Cockcroft＆Latham损伤断裂模型的准确性。（3）金属双极板冲压成形仿真与试验。建立金属双极板冲压仿真模型,将Hill’48-Normalized Cockcroft＆Latham损伤断裂模型导入其中,对金属双极板冲压进行破裂预测,研究其裂纹扩展规律。通过金属双极板冲压试验,得到损伤断裂模型能准确预测金属双极板冲压破裂。研究不同因素对损伤值d的影响规律,得到凸模圆角半径R、凹模圆角半径r和流道深度h是影响损伤值d的重要因素。（4）建立预测损伤值d的数学模型并对影响损伤值d的因素进行分析。通过响应面法建立工艺参数与损伤值d之间的数学模型,采用方差分析验证数学模型的精确性。分析不同工艺参数交互作用对损伤值d值的影响规律,得到r×h和r×R两种组合对损伤值d的影响较大。以损伤值d的最小,且成形极限最大为优化目标,对工艺参数进行优化,得到凸模圆角半径R为0.25 mm,凹模圆角半径r为0.25 mm,流道深度h为0.54 mm,损伤值d为0.576的方案能达到优化目标。
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