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当质子交换膜燃料电池堆单元达到一定多的数量时，堆叠技术对于高可靠性耐久性电堆设计起到至关重要的作用。除了选择合适的具有高化学和物理性能的材料外，力学性能对电堆的耐久性也非常重要，包括机械应力、温度和湿度循环变化在内的循环荷载对燃料电池膜结构的破坏及膜的降解、失效和损伤起着重要的耦合作用。
车用大型质子交换膜燃料电池堆通常会受到各种振动和冲击，电堆的性能、耐久性和可靠性也会因此受到影响。另外，由于整体共振可能会对质子交换膜燃料电池堆造成严重破坏，一些结构部件（如垫片）在长时间振动后，也可能由于局部振动的模态和频率而出现局部结构损伤。
设计电堆结构和控制电堆结构的固有频率以避免结构共振是燃料电池堆设计的重要环节。固有频率是厚度、弹性模量和各个构件结构密度的函数。研究发现，材料厚度每增加25%，其固有频率会增加17%。电堆结构尺寸和几何形状的微小变化可以引起局部振动模态的显著变化。因此，对电堆中任何小型结构进行精心设计对控制电堆的振动具有重要意义。Liu等人基于有限元方法对螺栓夹紧的小型燃料电池堆进行了振动模态分析，发现4个螺栓和6个螺栓夹持的电堆的第一振型振动方向均为夹持方向，即与螺栓平行；整体振动通常发生在1～1.3kHz的低频率，而局部振动发生在高频率。整体振动频率随电堆尺寸的增大而减小，大型电堆比小型电堆更容易遭受共振损伤。通过增加夹紧螺栓的数量可以增强堆叠结构在夹紧方向上的抗振性，但该方法不能有效改善垂直于夹紧螺栓方向上的抗振性和旋转振动。在总夹紧载荷不变的情况下，密封垫片的局部振动模式与夹紧螺栓的数量无关。夹紧螺栓的整体振动频率和局部振动频率均随夹紧载荷的增大而增大。因此，为避免低频振动引起的结构损伤，夹紧载荷应保持在适当偏高的范围内。
电堆结构中的循环应力对疲劳寿命有很大的影响。根据疲劳寿命曲线，螺栓螺母连接区域、垫片与PEM连接区域局部疲劳寿命较短。因此，在电堆工作过程中，这些区域可能首先出现低可靠性。此外，靠近端板层的单体MEA边框和膜的疲劳寿命比中间位置的要短。由于总夹紧载荷和冲击载荷由夹紧螺栓共同承担，夹紧螺栓组较多的螺栓疲劳寿命比夹紧螺栓组较少的螺栓疲劳寿命长。夹紧螺栓的布置也会影响垫片和膜上的应力分布。增加挤压刚度可以降低垫片外部区域的循环应力大小，从而提高疲劳寿命。最佳夹紧载荷、夹紧螺栓/绑带数量和配置是影响结构疲劳寿命的三个重要设计参数。另外，在实际的燃料电池堆中，其性能受到许多制造和加工因素的影响，所有结构参数都不可避免地存在几何误差，这将给电堆堆叠技术研究增加更多的不可控因素，会对电堆的疲劳和可靠性造成一定程度的影响。
改变MEA与垫片之间的厚度差，会导致堆叠可靠性发生9%以上的变化。这说明结构参数，包括机械、几何、物理和化学性质对系统可靠性的影响是巨大而复杂的。更准确的可靠性预测需要各个子结构的基本可靠性参数，如均值和变异系数，这需要大量的实验和统计工作。由于大型燃料电池堆叠在不同振动方向的抗振能力不同，燃料电池堆固定到工作场所（如车架）的方法对其抗振性和可靠性非常重要。