---

صفحات دوقطبی یکی از مهمترین اجزای پیل‌های سوختی میباشند. این صفحات از روش‌های مختلف نظیر ماشینکاری، قالب گیری و شکل دهی و همچنین از جنس ‌های مختلفی نظیر صفحات گرافیتی، کامپوزیتی و فلزی ساخته می‌شوند. در این پژوهش، شکل‌دهی صفحات دوقطبی فلزی از جنس فولاد زنگ نزن ۳۰۴ با ضخامت ۱۱/۰ میلیمتر و با الگوی پینی به کمک فرآیند هیدروفرمینگ در قالب محدب بطور تجربی و شبیه‌سازی مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این راستا پارامترهای مختلفی نظیر سطح فشار اعمالی، هندسه پین و نسبت عمق به عرض تغییر داده شده و نتایجی همچون پروفیل شکل داده شده، درصد پرشدگی، توزیع ضخامت و درصد نازک‌شدگی نمونه‌های شکل داده شده با یکدیگر مقایسه می‌گردند. نتایج نشان می‌دهند که در نسبت عمق به عرض ۱ هیچ نمونه سالمی بدست نیامده، در صورتیکه در نسبت عمق به عرض ۶۷/۰ برای نمونه های دایروی (a/b=۱) و بیضوی (a/b=۰,۷) و در نسبت عمق به عرض ۳۳/۰ برای هر سه نمونه دایروی (a/b=۱) ، بیضوی (a/b=۰.۷) و بیضی کشیده (a/b=۰.۴) نمونه سالمی در فشار ۳۰۰ مگاپاسگال از نظر درصد پر شدگی و نازک شدگی حاصل میشود. بطور کلی با افزایش نسبت قطر کوچک به قطر بزرگ (a/b) و کاهش نسبت عمق به عرض (h/w) درصد پر شدگی و نازک شدگی رفتار مطلوبتری از خود نشان می‌دهند.

---

در سال‌های اخیر به دلیل مزایای عمده صفحات دوقطبی فلزی استفاده از این صفحات در پیل‌های سوختی مورد استقبال قرار گرفته است. پژوهش‌های گوناگونی پیرامون روش‌های مختلف شکل‌دهی این صفحات صورت گرفته است. عمده این پژوهش‌ها بر روی الگوی مسیر جریان شیاری بوده است. در حالیکه در برخی از موارد که میزان افت فشار در مسیر جریان از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد، الگوی مسیر جریان پین شکل عملکرد مناسبی از خود نشان می‌دهد. در این پژوهش شکل‌دهی صفحات دوقطبی فلزی از جنس فولاد زنگ نزن ۳۰۴ با ضخامت ۱۱/۰ میلیمتر و با الگوی پینی به کمک فرآیند هیدروفرمینگ بطور تجربی و شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. متغیرهای مورد مطالعه شامل اثر زاویه دیواره قالب، اندازه پخ لبه پین، نسبت عمق به عرض پین و فشار شکل دهی بر روی توزیع ضخامت و درصد پرشدگی پروفیل می‌باشد. به این منظور دو قالب با زاویه دیواره صفر و ۱۵ درجه با مقطع دایره‌ای تهیه شد. سپس به کمک واحد اعمال فشار در فشارهای مختلف تست‌های آزمایشگاهی انجام شد. پس از انجام آزمایش‌های مورد نظر و بررسی نتایج مشخص گردید که وجود زاویه در دیواره قالب باعث توزیع یکنواخت تر ضخامت و دقت بالاتر پروفیل قطعه شکل یافته شده است. همچنین محدوده مناسب برای هر یک از پارامترهای هندسی قالب تعیین گردید.

---

صفحات دوقطبی فلزی از کلیدی ترین اجزای پیل سوختی می باشند که به ‌عنوان بهترین جایگزین به‌جای صفحات گرافیتی محسوب می‌شوند. انتخاب فرایند شکل دهی مناسب، تاثیر زیادی در هزینه تمام شده و کیفیت صفحات تولید شده ایجاد می کند. از فرآیندهای نو در ساخت صفحات دوقطبی فلزی شکل‌دهی با دمش گاز می باشد. در این پژوهش شکل‌پذیری صفحات آلومینیوم ۸۱۱۱ با ضخامت ۲۰۰ میکرون در قالب‌های شیاری مقعر مورد بررسی قرار گرفت. شکل دهی داغ ورق فلزی در دماهای۳۰۰ و ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد و در فشارهای ۲۰تا ۴۰ بار مورد آزمایش قرار گرفت. با بررسی پروفیل پرشدگی در الگوی شیاری مستقیم صفحات دوقطبی شکل داده شده در مقاطع مختلف کانال ها، میزان درصد پرشدگی، نازک شدگی و پارگی در مقاطع مختلف شیارهای قالب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داده است که با کاهش نسبت عمق به عرض کانال از مقدار ( ۷۵/۰> h/w)، میزان شکل پذیری ورق افزایش می یابد و با افزایش نسبت عمق به عرض کانال از (۵/۰< h/w)، میزان عمق شکل گیری کاهش پیدا می کند. همچنین با افزایش زاویه دیواره کانال(۰∝=) به (۱۵∝=)، میزان شکل پذیری وررق بدون ایجاد پارگی دارای بشترین میزان شکل پذیری ورق در قالب شیاری مقعر می باشد.

---

توسعه‌ی فناوری پیل‌های سوختی پلیمری جهت تولید برق و حرارت در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته‌است. در میان اجزای اصلی پیل‌های سوختی پلیمری، صفحات دوقطبی تأثیر قابل توجهی بر هزینه‌ و کارایی سامانه دارند. صفحات دوقطبی فلزی شکل‌دهی شده با ورق‌های نازک، به دلیل مزایایی همچون هزینه‌، استحکام مکانیکی و چگالی توان مناسب به عنوان جایگزین صفحات مرسوم گرافیتی گسترش یافته‌اند. انعطاف‌پذیری این قطعات و برگشت فنری حین شکل‌دهی، خطاهای ابعادی را اجتناب‌ناپذیر می‌نماید و منجر به توزیع نامناسب فشار تماسی صفحات دوقطبی با لایه نفوذ گاز و افت کارایی پیل سوختی می‌گردد. افزایش بیش از حد دقت تولید صفحات دوقطبی موجب افزایش هزینه و کاهش قابلیت گسترش عمومی فناوری می‌شود. بنابراین، به‌منظور کاهش هزینه‌های غیرضروری، مدیریت طراحی و ساخت، بهبود کارایی و تدوین دانش فنی، تحلیل خطاهای ابعادی صفحات دوقطبی فلزی توسط روش اجزا محدود و شبیه‌سازی مونت‌کارلو انجام می‌گردد. ابتدا مدل تماس صفحه‌ی دوقطبی و لایه نفوذ گاز توسعه می‌یابد و ارتفاع کانال‌ها و دندانه‌های صفحه‌ی دوقطبی بصورت پارامتری با تغییرات تصادفی و توزیع نرمال خطای ابعادی مطرح می‌گردد. سپس، توزیع فشار روی لایه نفوذ گاز (Pave و Pstd) به ازای خطاهای ابعادی مختلف توسط شبیه‌سازی مونت‌کارلو به دست می‌آید. با افزایش مقدار تلرانس ابعادی از mm ۰۱۵/۰± تا mm ۰۷۵/۰±، میانگین فشار تماسی (Pave) ۱۱% افت و انحراف معیار فشار تماسی (Pstd) تا بیش از ۹۰% افزایش یافته‌است. یعنی توزیع مطلوب فشار لایه نفوذ گاز با افزایش خطای ابعادی کاهش می‌یابد و می‌توان تلرانس‌های ابعادی مناسب برای صفحات دوقطبی فلزی را مطابق نیازهای مهندسی تعیین نمود.

---