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PEM 연료전지용 금속 분리판의 다단 성형 공정 설계

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Abstract
분리판은 연료전지의 메인 부품 중 하나이다. U자 모양의 유로 채널을 가지고 있으며 이 채널을 통해서 수소와 산소를 공급한다. 최근에는 재료로 금속판이 사용되고 있으며 경량화 등의 이유로 두께가 매우 얇은 극박판으로 제작되고 있다. 이 때문에 유로 채널 성형과정에서 국부적인 두께 감육에 의한 파단이나 스프링 백 등 많은 문제가 발생하고 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 분리판 다단성형공정을 제안하고자 한다. 다단성형공정은 총 2 단계의 스탬핑 공정으로 구성되며 첫 번째 성형 단계에 새로운 형상의 다이 및 펀치를 적용하였다. 제안된 공정의 효과는 분리판 단면에 대해 2D 유한요소해석을 실시해 검증하였다. 새로운 금형의 형상 및 펀치 변위 값에 대한 최적화를 위해 인공 신경망(Artificial Neural Network)과 유전 알고리즘(Genetic Algorithm)을 사용하였다. 목적함수로는 두께 최솟값 및 두께 편차가 설정되었다. 최적화 결과 기존 공정 대비 유효 변형률과 유효 응력은 각각 약 8%, 13% 감소하였고 두께 최솟값 및 두께에 대한 표준편차는 각각 약 4.4%, 57.4% 감소하였다. 거시적인 규모의 스프링 백으로 인한 판재의 비틀림 및 유로 채널 끝 단 부분의 두께 분포 표준편차 등은 3차원 유한요소해석을 통해 분석되었다. 판재의 비틀림은 2.16o에서 1.77o로 18%가량 감소하였고 채널 코너 부위에서의 두께 분포 표준편차는 5%가량 감소하였다. 각 해석 결과를 바탕으로 제안된 연료전지 분리판의 다단 성형 공정이 국부적 두께 감육으로 인한 판재의 파단을 방지하고 비틀림 문제를 저감시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
Author(s)
이대호
Issued Date
2022
Awarded Date
2022-02
Type
dissertation
Keyword
Bipolar platePEM Fuel cellProcess designMulti-stage formingFinite element analysis
URI
https://oak.ulsan.ac.kr/handle/2021.oak/9814
http://ulsan.dcollection.net/common/orgView/200000605927
Alternative Author(s)
Lee Dae Ho
Affiliation
울산대학교
Department
일반대학원 기계자동차공학과
Advisor
김동규
Degree
Master
Publisher
울산대학교 일반대학원 기계자동차공학과
Language
kor
Rights
울산대학교 논문은 저작권에 의해 보호 받습니다.
Appears in Collections:
Mechanical & Automotive Engineering > 1. Theses (Master)
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