مقایسه روش های رگرسیون، کلونی زنبورعسل و شبکه عصبی مصنوعی در پیش بینی پرشدگی قالب در مهرزنی صفحات دوقطبی پیل سوختی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 4، دوره 36، شماره 2 - شماره پیاپی 36، مرداد 1403، صفحه 47-58   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2023.84567.1205

نویسندگان

وحید مدانلو^* ؛ احمد مشایخی؛ بهنام اخوندی

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران

چکیده

افزایش عمق میکروکانال‌های صفحات دوقطبی فلزی در پیل های سوختی غشاء پروتون منجر به افزایش بازده خواهد شد. در این پژوهش، از فرآیند مهرزنی برای ساخت صفحات دوقطبی از جنس تیتانیوم خالص تجاری با الگوی شیاری موازی مستقیم استفاده‌شده است. تأثیر پارامترهای فرآیند شامل لقی قالب، سرعت شکل دهی و ضریب اصطکاک بین ورق و قالب بر روی نرخ پرشدگی و میزان نازک شدگی صفحات دوقطبی بررسی شد. آزمایش های لازم با استفاده از روش رویه پاسخ طراحی، با استفاده از مدل اجزای محدود صحت سنجی شده اجرا و خروجی های موردنظر استخراج شدند. سپس با استفاده از روش رگرسیون، یک معادله درجه دوم برای پیش بینی نرخ پرشدگی بر اساس پارامترهای ورودی ارائه شد. در ادامه با استفاده از الگوریتم کلونی زنبورعسل مصنوعی، ضرایب معادله مذکور بهبودیافته و میزان خطای آن در حدود 53% کاهش یافت. در پایان نیز از یک شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی نرخ پرشدگی استفاده شد. نتایج نشان داد که شبکه عصبی پیشنهادی بسیار مؤثر بوده و با دقت بسیار بالایی نرخ پرشدگی میکروکانال را تقریب می زند.

کلیدواژه‌ها

صفحات دوقطبی تیتانیومی؛ عمق شکلدهی؛ فرآیند مهرزنی؛ الگوریتم کلونی زنبورعسل مصنوعی؛ شبکه عصبی مصنوعی

مراجع

[1]   V. Modanloo, M. Elyasi, “Formability of Commercial Pure Titanium in Microchannel Bipolar Plates Using Warm Stamping Process”, Modares Mechanical Engineering, vol. 20, no.6, pp. 1593-1599, (2020).

[2]   H. Hassanzadeh, A. Ferdowsara and M. Barzagary, “Modeling of two phase flow in the cathode of gas diffusion layer of proton exchange membrane fuel cell”, Modares Mechanical Engineering, vol. 14, pp. 55-62, (2014).

[3]   V. Modanloo, V. Alimirzaloo, and M. Elyasi, “Investigation on forming of titanium bipolar plates using micro-stamping process,” International Journal of Engineering, vol. 33, pp. 344-349, (2020).

DOI: 10.5829/ije.2020.33.02b.20

[4]   F. A. Khatir, M. Barzegari, H. Talebi-Ghadikolaee and S. Seddighi, “Integration of design of experiment and finite element method for the study of geometrical parameters in metallic bipolar plates for PEMFCs”, International Journal of Hydrogen Energy, vol. 46, pp. 39469-39482, (2021). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.09.161

[5]   M. M. Barzegari, F. A. Khatir, “Study of thickness distribution and dimensional accuracy of stamped metallic bipolar plates”, International Journal of Hydrogen Energy, vol. 44, pp. 31360-31371, (2019).

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.09.225

[6]   F. A. Khatir, M. Elyasi, H. T. Ghadikolaee and M. Hosseinzadeh, “Evaluation of effective parameters on stamping of metallic bipolar plates,” Procedia Engineering, vol. 183, pp. 322-329, (2017).

https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.047

[7]   M. Elyasi, H. Talebi Ghadikolaee and M. Hosseinzadeh, “Investigation of dimensional accuracy of metallic bipolar plate's micro channel in rubber pad forming process”, Modares Mechanical Engineering, vol. 15, no.12, pp461-471, (2016).

[8]   Y.-D. Kuan, C.-W. Ciou, M.-Y. Shen, C.-K. Wang, R. Z. Fitriani and C.-Y. Lee, “Bipolar plate design and fabrication using graphite reinforced composite laminate for proton exchange membrane fuel cells”, International Journal of Hydrogen Energy, vol. 46, no.31, pp. 16801-16814, (2021).

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.08.030

[9]   C. Mathew, S. Naina Mohamed and L. S. Devanathan, “A comprehensive review of current research on various materials used for developing composite bipolar plates in polymer electrolyte membrane fuel cells”, Polymer Composites, vol. 43, no.7, pp. 4100-4114, (2022). https://doi.org/10.1002/pc.26691

 [10]        Y. Leng, P. Ming, D. Yang and C. Zhang, “Stainless steel bipolar plates for proton exchange membrane fuel cells: Materials, flow channel design and forming processes”, Journal of Power Sources, vol. 451, p. 227783, (2020). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.227783

[11] H. Talebi-Ghadikolaee, M. Elyasi and M. J. Mirnia, “Investigation of failure during rubber pad forming of metallic bipolar plates”, Thin-Walled Structures, vol. 150, p. 106671, (2020). https://doi.org/10.1016/j.tws.2020.106671

[12] N. Mohammadtabar, M. Bakhshi-Jooybari, S. Hosseinipour and A. Gorji, “Feasibility study of a double-step hydroforming process for fabrication of fuel cell bipolar plates with slotted interdigitated serpentine flow field”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 85, pp. 765-777, (2016).

[13] V. Modanloo, V. Alimirzaloo and M. Elyasi, “Multi-objective optimization of the stamping of titanium bipolar plates for fuel cell”, ADMT Journal, vol. 12, pp. 1-8, (2019).

[14] M. Elyasi, H. T. Ghadikolaee and M. Hosseinzadeh, “Fabrication of metallic bipolar plates in PEM fuel cell using semi-stamp rubber forming process”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 92, pp. 765-776, (2017).

[15] V. Modanloo, V. Alimirzaloo and M. Elyasi, “Optimal design of stamping process for fabrication of titanium bipolar plates using the integration of finite element and response surface methods”, Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 45, pp. 1097-1107, (2020).

[16] M. Elyasi, H. T. Ghadikolaee and M. Hosseinzadeh, “Investigation of dimensional accuracy in forming of metallic bipolar plates with serpentine flow field”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 96, pp. 1045-1060, (2018).

[17] M. Elyasi, F. Ahmadi and M. Hosseinzadeh, “Investigation of lubricant effect on depth filling of metallic bipolar plates with concave and convex patterns in rubber pad forming process”, Modares Mechanical Engineering, vol. 15, no.12, pp. 450-460, (2016).

[18] S. Mahabunphachai, Ö. N. Cora and M. Koç, “Effect of manufacturing processes on formability and surface topography of proton exchange membrane fuel cell metallic bipolar plates”, Journal of Power Sources, vol. 195, no.16, pp. 5269-5277, (2010). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.03.018

[19] J.Y. Koo, Y.P. Jeon and C.G. Kang, “Effect of stamping load variation on deformation behaviour of stainless steel thin plate with microchannel”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, vol. 227, no.8, pp. 1121-1128, (2013). https://doi.org/10.1177/0954405412462673

[20] W. T. Park, C. K. Jin and C. G. Kang, “Improving channel depth of stainless steel bipolar plate in fuel cell using process parameters of stamping”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 87, pp. 1677-1684, (2016).