Numerical simulation of the stamping process of metallic bipolar plates

• Autor(a) principal: Marques, Nicolas
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10316/36750
• topic: Células de combustíve; Métodos dos elementos finitos; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia

Uma placa bipolar é um dos principais componentes de uma célula de combustível, que é considerada como uma fonte de energia com elevado potencial para transporte e aplicações portáteis. O principal objetivo deste trabalho é a otimização do processo de estampagem de placas bipolares metálicas, usando simulações numéricas do processo de conformação. As simulações numéricas apresentadas neste estudo foram realizadas com o programa de elementos finitos DD3IMP. A geometria do canal de escoamento tem uma grande influência sobre a formabilidade obtida durante o processo de estampagem. Sendo assim, o objectivo deste trabalho é o de estudar as diferentes variáveis geométricas, a fim de optimizar as dimensões do canal de escoamento. Deste modo, é criado um modelo paramétrico em CAD contendo a geometria das ferramentas de estampagem, que é posteriormente utilizado na simulação numérica com o método dos elementos finitos. Devido à grande complexidade geométrica de uma placa bipolar, são criados modelos simplificados, de diferentes zonas representativas. Cada zona representativa destina-se a estudar uma região diferente da placa bipolar. cobrindo todo o comportamento de deformação encontrado na placa. Assim, é utilizada uma simples análise 2D para avaliar a secção transversal do canal da placa bipolar, enquanto que é necessária uma análise 3D para estudar a secção curva do canal de escoamento. Em seguida, é estudado o material da chapa com uma comparação entre três ligas diferentes, SS 304, Al 5042 e Al 1235. Uma vez que o processo de estampagem influencia os resultados obtidos para a conformabilidade da chapa, é realizado um estudo entre microestampagem e hidroconformação. Os resultados numéricos mostram que o aumento do raio principal, da largura do canal e a diminuição da profundidade do canal, do raio de curvatura do raio adicionado e da secção plana do canal, a formabilidade da chapa é melhorada. As áreas críticas das placas metálicas estampadas correspondem às zonas de curvatura dos canais de escoamento sobre o raio correspondente. Tanto o aço inoxidável SS 304 como a liga de alumínio Al 1235 demonstram boa formabilidade e o processo microestampagem tem um melhor resultado em comparação com a hidroconformação.