槽式太阳能聚光器支架结构的拓扑优化设计

发布时间：2020-05-14 12:52

【摘要】：在槽式太阳能热发电系统中，聚光集热技术是其热发电系统的核心技术。聚光器组由反射镜、支架结构、跟踪驱动系统等部分组成，其中聚光器支架结构是整个太阳能热发电系统的主要承载部件，它起到连接、支撑各部件的作用，同时也承受着传给它的各种力和力矩，必须有足够的强度和刚度以保证结构的可靠性和寿命。此外，支架的重量要尽量减轻，以减轻整体的重量，从而降低成本。鉴于此，本文在聚光器的支架结构设计过程中引入拓扑优化设计，以便设计出合理的支架结构，主要取得了如下研究成果和结论： 首先，介绍了几种典型的聚光器支架结构，分析各自的结构特点，并选择其中一种作为本文研究的基础模型，然后对这个结构进行了静态分析，其结果作为优化后的性能对比做准备。 其次，利用HyperWorks的优化模块，以结构的柔度最小为目标，优化后的体积为约束，建立了基于变密度法的聚光器支架拓扑优化的数学模型，经过多次拓扑优化计算，得到了一些重要的结论。在此基础上根据可制造化处理原则结合制造工艺要求对优化结果进行了可制造化处理，，并得到了一个新的支架结构。 最后，对可制造化处理后的新结构进行了有限元分析，其强度和刚度都得到了提高，随后对支架的截面尺寸又进行了优化，取得了较好的轻量化效果，从而进一步说明了拓扑优化设计的准确性、可靠性及现实意义。 本文的研究成果不仅可以为企业的产品设计、优化和改造提供实际的参考和指导，解决企业的实际问题，更重要的是说明了如何利用拓扑优化方法对典型的聚光器支架进行轻量化设计，同时对其它产品轻量化设计提供了有价值的参考，具有良好的经济价值和社会效益。
【图文】：

（a）尺寸优化前结构 （b）尺寸优化后结构图 2.1 尺寸优化示意图Fig.2.1 Schematic diagram of size optimization设支架杆件总数为 n，第 i 个构件的壁厚参数为 xi(i=1,2,…,n) ；以 T1 2inXxxxx 为设计变量，支架结构总体积的函数为 V (X),则尺寸参数优化设计的数学模型可以描述为：求： T1 2inXxxxx （2.10）使： niiiVVAx10min （2.11）满足：xxxiniii1,2,,minmax

几何形状或者边界形状，以改善结构特性。常用的形状优化设计有两类控制点的坐标作为设计变量，然后通过边界控制点来改变结构的形状；采用一组适当的基函数，并附加一些自由变化的参数来描述，然后通过数的参数来改变结构的边界形状，从而达到改善结构性能和节省材料
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK513.1

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 傅建林,荣见华,杨振兴;一种基于Ishai应力准则的双方向结构拓扑优化方法[J];长沙交通学院学报;2005年01期

2 罗智慧;龙新峰;;槽式太阳能热发电技术研究现状与发展[J];电力设备;2006年11期

3 易伟建,刘霞;遗传演化结构优化算法[J];工程力学;2004年03期

4 李芳,凌道盛;工程结构优化设计发展综述[J];工程设计学报(机械·设备和仪器的开发技术);2002年05期

5 刘齐茂,李春林;某型载货车车架结构的拓扑优化[J];广西工学院学报;2004年03期

6 段宝岩,叶尚辉;两工况作用下杆系结构拓扑优化设计[J];计算结构力学及其应用;1991年02期

7 汪列隆;孙庆鸿;徐健;;基于遗传算法的地铁车顶动态拓扑优化[J];机械制造;2006年11期

8 荣见华,姜节胜,胡德文,颜东煌,付俊庆;基于应力及其灵敏度的结构拓扑渐进优化方法[J];力学学报;2003年05期

9 王跃方，孙焕纯;多工况多约束下离散变量桁架结构的拓扑优化设计[J];力学学报;1995年03期

10 陈建军,曹一波,段宝岩;基于可靠性的桁架结构拓扑优化设计[J];力学学报;1998年03期

相关会议论文 前1条

1 荣见华;姜节胜;胡德文;颜东煌;;具有动应力、动位移约束的连续体结构的拓扑优化设计方法[A];第八届全国振动理论及应用学术会议论文集摘要[C];2003年

相关硕士学位论文 前3条

1 姚成;专用汽车结构拓扑优化设计及强度分析[D];合肥工业大学;2002年

2 满宏亮;工程结构拓扑优化的理论研究及应用[D];吉林大学;2007年

3 李凌飞;基于变密度法的结构拓扑优化研究[D];吉林大学;2007年

本文编号：2663380