模拟PEMFC环境下弹性体垫片材料老化研究

垫片材料的耐久性和稳定性对质子交换膜燃料电池(PEMFC)密封及其性能至关重要。采用实验的方法研究一种潜在的PEMFC垫片用材料—甲基乙烯基硅橡胶在两种模拟的PEMFC环境下的老化损伤情况。采用光学显微镜和傅里叶转换红外光谱(ATR-FTIR)技术研究试样在模拟的PEMFC环境下其表面形貌和其化学结构的老化损伤。实验结果表明:材料浸泡在模拟的PEMFC环境下发生老化损伤,试样质量损失随着老化时间的增加而增加;光学显微镜观察结果表明:试样表面形貌发生了显著变化,其老化损伤趋势表现为试样表面从光滑到粗糙,到产生微裂纹,再到裂纹扩展;ATR-FTIR实验结果表明,试样表面的化学结构发生了显著的变化。     

某氢气往复式压缩机连接螺栓的断裂原因

某氢气往复式压缩机在正常工作一段时间后,其连接螺栓发生断裂。通过断口宏观与微观形貌观察、化学成分分析、显微组织观察、力学性能测试等方法,对该连接螺栓的断裂原因进行分析。结果表明:该连接螺栓的断裂性质为低应力高周疲劳断裂。在交变载荷作用下,微裂纹在螺栓螺纹根部高应力集中区域萌生;螺栓热处理不当导致形成回火索氏体、上贝氏体和铁素体的混合组织,造成螺栓的强度和硬度偏低,并加速疲劳裂纹扩展。最终连接螺栓发生疲劳断裂。     

加氢反应器回火脆化动力学模型

基于晶界偏析理论,以广泛应用于加氢反应器的材料2 25Cr 1Mo钢为研究对象,以2 25Cr 1Mo钢中杂质元素P的晶界偏析为基础,研究加氢反应器回火脆化动力学,建立加氢反应器长期使用过程中产生回火脆化动力学模型(混合模型),为在役加氢反应器材料损伤的研究以及寿命预测提供理论基础。     

在役加氢反应器材料损伤分析

基于随加氢反应器运行 5a的试验试块 ,研究了加氢反应器运行 5a后筒体材料 2 .2 5Cr 1Mo钢的损伤。进行了化学成分分析、拉伸和冲击试验、脱氢和脱脆试验以及断口形貌分析。结果表明 :反应器运行 5a后筒体母材及其焊缝金属的拉伸性能未发生明显变化 ,而冲击韧性明显降低 ,且焊缝金属损伤程度较母材严重。经分析 ,材料的损伤主要是加氢反应器长期使用过程中高温回火所致     

双轴向载荷Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹J积分断裂准则探讨

通过理论分析和双轴向断裂试验，对我国压力容器常用钢１６ＭｎＲ所制成的含中心穿透Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹十字形试样的断裂规律进行了试验研究，探讨了Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹Ｊ积分断裂准则。结果表明，不同的载荷比和裂纹倾角下Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹的启裂Ｊｉ值接近，复合型Ｊ积分断裂准则预测的启裂载荷与试验结果相吻合     

凸面受压碟形封头的屈曲分析

利用有限元法和水压试验相结合的方法对凸面受压碟形封头的屈曲行为进行研究。基于ANSYS软件对凸面受压碟形封头进行了非线性有限元分析,采用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析相结合的方法,并利用弧长法,计算出结构的临界屈曲载荷值,同时结合水压试验验证。研究结果表明,碟形封头发生了屈曲失效,发生屈曲的位置在靠近筒体纵焊缝的碟形封头上,并且水压试验的结果验证了有限元分析的可行性。屈曲分析的结果对碟形封头的优化设计具有指导意义。     

PEM燃料电池组装接触压力的有限元分析

质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)燃料电池组装接触压力对燃料电池的性能至关重要。建立了包括燃料电池端板、电流收集器、双极板、垫片、气体扩散层(gas diffusion layer,GDL)、膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)和螺栓等在内完整的燃料电池三维有限元模型,采用有限元方法研究在不同组装力下PEM燃料电池的接触压力及其分布。有限元分析结果表明,燃料电池组装力增大,GDL与双极板以及MEA与GDL之间的接触压力也随之增大。组装力约为3.0 N·m时,燃料电池双极板与GDL之间的接触压力分布以及MEA与GDL之间的接触压力分布均具有较好的均匀性。     

封装力对PEM燃料电池气体扩散层孔隙率的影响

质子交换膜(PEM)燃料电池中气体扩散层(GDL)的孔隙率对整个燃料电池的性能有着重要影响,而封装力是影响燃料电池GDL孔隙率的关键因素之一。采用实验和有限元模拟相结合的方法研究封装力对气体扩散层孔隙率的影响。利用压汞仪测试气体扩散层的平均孔隙率,基于有限元方法建立质子交换膜燃料电池的双极板和气体扩散层的接触模型,研究质子交换膜燃料电池中不同的封装力下气体扩散层的孔隙率变化情况。结果表明:气体扩散层孔隙率的变化沿接触中心线左右对称,接触区域孔隙率分布较为均匀,随着封装力的增加,气体扩散层孔隙率逐渐降低;而未接触区域孔隙率变化不明显。气体扩散层孔隙率有限元模拟结果与实验测试结果相吻合。     

DC101A 加氢反应器最低升压温度确定

以 1台在役加氢反应器 DC1 0 1 A为典型 ,提出了加氢反应器停车后再次开车时的最低升压温度确定方法。基于该加氢反应器中的试验试块研究结果 ,在 99%置信度下 ,计算了该加氢反应器运行 5 a后再次开车时最低升压温度 ,其值应不小于 - 2℃ ,以确保加氢反应器安全运行。     

氢对2.25Cr-1Mo压力容器用钢力学性能影响

基于试样高温高压釜充氢方法 ,研究了氢对 2 2 5Cr 1Mo压力容器用钢力学性能的影响。对充氢前后的试样进行了拉伸和CVN冲击试验 ,结果表明 ,氢对 2 2 5Cr 1Mo钢的拉伸力学性能和冲击韧性影响不显著。