Details

В работе рассмотрены вопросы численного моделирования напряжённо-деформированного состояния конструкций батареи топливных элементов (БТЭ) универсального функционального модуля (УФМ) водородной энергетической установки (электрохимического генератора) и оптимизации распределения материала в деталях конструкции с учётом нагрузок и закреплений. Расчёты НДС конструкций БТЭ выполнялись с помощью метода конечных элементов (МКЭ), а топологическая оптимизация конструкций – с помощью метода SIMP. Результаты показали, что использование топологической оптимизации при конструировании позволяет снизить массу основных элементов БТЭ примерно на 27% (по сравнению с исходной батареей, спроектированной традиционными методами) и снизить в них уровень напряжений ориентировочно на 25%, обеспечив при этом существенное повышение надежности и эксплуатационной безопасности БТЭ. На основе полученных результатов сформулированы основные положения рациональной технологии сборки БТЭ.

The paper considers the issues of numerical modeling of the stress-strain state of fuel cell stack (FCS) structures of the universal functional module (UFM) of a hydrogen power plant (electrochemical generator) and optimization of material distribution in structural parts taking into account loads and fastenings. Calculations of the stress-strain state of the FCS structures were performed using the finite element method (FEM), and topological optimization of the structures was performed using the SIMP method. The results showed that the use of topological optimization in design allows to reduce the weight of the main elements of the BFC by approximately 27% (compared to the original battery designed by traditional methods) and reduce the stress level in them by approximately 25%, while ensuring a significant increase in the reliability and operational safety of the BFC. Based on the obtained results, the main provisions of the rational technology of BFC assembly are formulated.

"Современное машиностроение: наука и образование", международная научная конференция (14; 2025; Санкт-Петербург). Современное машиностроение: наука и образование 2025: материалы 14-й Международной научной конференции, 18 июня 2025 года = Modern Mechanical Engineering: Science and Education 2025: proceedings of the 14th International Scientific Conference, Russia, June 18, 2025 / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; [под редакцией: А. Н. Евграфова, А. А. Поповича]. — 1 файл (64,9 Мб). — Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2025. — Загл. с титул. экрана. — Ч. текста на англ. яз. — Электронная версия печатной публикации 2025 г. — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — <URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/i25-199.pdf>. — DOI 10.18720/SPBPU/2/i25-199. — Текст: электронный