بررسي تجربي و شبيه‌ سازي تغيير شكل مومسان صفحات دو قطبي فلزي با الگوي شيار موازي مارپيچ

Experimental and numerical investigation of the plastic deformation of metallic bipolar plates with serpentine flow filed

در اين پژوهش، تغيير شكل مومسان صفحات دوقطبي فلزي با الگوي شيار مارپيچ در فرايند مهرزني مورد بررسي قرار گرفت. مسير كرنش و توزيع ضخامت در صفحات دوقطبي فلزي از جنس فولاد زنگ‌نرن 304 با ضخامت 0/1 ميلي‌متر تعيين شدند. بدين منظور، شبيه‌سازي فرايند توسط نرم‌افزار اجزاي محدود انجام شد. صحت نتايج به كمك مقايسه منحني توزيع ضخامت و نيرو-جابجايي تجربي و شبيه‌سازي مورد بررسي قرار گرفت كه به ترتيب بيانگر 4/76 و 3/85 درصد خطا مي‌باشند. با توجه نتايج بدست‌آمده، جريان ورق تاثير متفاوتي بر توزيع ضخامت در كانال‌هاي داخلي و بيروني خواهد داشت و درصد نازك‌شدگي كانال‌هاي مياني در راستاهاي طولي، قطري و عرضي، بيشتر از كانال‌هاي كناري مي‌باشد. بيشترين درصد نازك‌شدگي (ناحيه بحراني) در كانال‌هاي مياني واقع بر راستاي طولي (33 درصد در ديواره كانال) ايجاد مي‌شود در حالي كه راستاي قطري، راستاي بحراني براي كانال‌هاي كناري مي‌باشد. به دليل ايجاد مسير كرنش كشش دومحوره در راستاي قطري، برخلاف ساير راستاها كاهش ضخامت قابل توجهي هم در ديواره كانال و هم در كف كانال صفحات دوقطبي فلزي مشاهده مي‌شود.

In this study, plastic deformation of the metallic bipolar plate with serpentine flow field was investigated during stamping process. Strain path and thickness distribution in 304 stainless steel bipolar plate with the thickness of 0.1 mm were determined. To this aim, the process was simulated by the commercial finite element code. The validity of the result was evaluated by comparing the experimental and numerical thickness distribution and force-displacement curve which represent 4.76 and 3.85% prediction error, respectively. According to the results, flow of the material has significant effect on the thickness distribution of the central and lateral channels, and the thickness reduction percentage of the central channel in longitudinal, diagonal and transverse direction is much more than that of lateral one. Maximum thickness reduction (critical area) in central channels is placed in longitudinal direction (33% at channel side) while the diagonal direction is considered as critical direction for lateral channels. Due to the existence of the equibiaxial tension strain path in diagonal direction, significant thickness reduction is observed in both the side and the rib zone of the channels.