槽式太阳能聚光器支架结构的拓扑优化设计

【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。 【关键词】：槽式太阳能 聚光器 拓扑优化 有限元分析
【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
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题的研究背景及意义8-9
• 1.1.1 本课题的研究背景8
• 1.1.2 本课题的研究意义8-9
• 1.2 结构优化设计的发展及现状9-11
• 1.2.1 国外研究现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.3 论文的研究目的及内容11-12
• 1.3.1 论文的研究目的11
• 1.3.2 论文的研究内容11-12
• 1.4 本章小结12-13
• 2 结构优化设计理论13-27
• 2.1 概述13
• 2.2 结构优化设计数学模型的建立13-15
• 2.3 结构优化设计的基本分类15-18
• 2.3.1 尺寸优化15-16
• 2.3.2 形状优化16-17
• 2.3.3 拓扑优化17-18
• 2.4 结构拓扑优化技术的原理和方法18-26
• 2.4.1 拓扑优化方法18-21
• 2.4.2 拓扑优化变密度法迭代算式推导21-24
• 2.4.3 拓扑优化数学算法24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 某典型聚光器支架优化方案的确定27-33
• 3.1 典型聚光器支架结构介绍及选取27-29
• 3.2 聚光器支架结构优化方案的确定29-31
• 3.2.1 总体优化方案的确定29-30
• 3.2.2 拓扑优化方案的确定30-31
• 3.3 Hyperworks 软件介绍31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 4 应用 Hyperworks 对某聚光器支架进行拓扑优化设计33-50
• 4.1 拓扑优化数学模型的建立33
• 4.2 聚光器支架结构拓扑优化几何模型的建立33-37
• 4.2.1 反射镜及支点位置的确定33-37
• 4.2.2 聚光器支架拓扑优化空间的确定37
• 4.3 聚光器的风载荷分析及优化工况的选择37-44
• 4.3.1 聚光器载荷的确定37-39
• 4.3.2 聚光器支架优化工况的选择39-44
• 4.4 聚光器支架结构三维拓扑优化44-49
• 4.4.1 有限元网格的划分44-45
• 4.4.2 载荷的处理及优化参数的设置45
• 4.4.3 拓扑优化计算及结果分析45-49
• 4.5 本章小结49-50
• 5 拓扑优化结果的可制造化处理及优化前后性能对比50-58
• 5.1 拓扑优化结果的可制造化处理50-52
• 5.1.1 可制造化处理宏观方案50
• 5.1.2 拓扑优化结果的可制造化处理50-52
• 5.2 可制造化处理后支架结构的有限元分析及结构的尺寸优化52-56
• 5.3 优化前后支架性能对比分析56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 6 结论与展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 附录64
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文64

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

槽式太阳能热发电系统中聚光装置的结构分析与优化    管勋

一种基于Ishai应力准则的双方向结构拓扑优化方法    傅建林,荣见华,杨振兴

槽式太阳能热发电技术研究现状与发展    罗智慧;龙新峰;

遗传演化结构优化算法    易伟建,刘霞

工程结构优化设计发展综述    李芳,凌道盛

某型载货车车架结构的拓扑优化    刘齐茂,李春林

两工况作用下杆系结构拓扑优化设计    段宝岩,叶尚辉

基于遗传算法的地铁车顶动态拓扑优化    汪列隆;孙庆鸿;徐健;

基于应力及其灵敏度的结构拓扑渐进优化方法    荣见华,姜节胜,胡德文,颜东煌,付俊庆

多工况多约束下离散变量桁架结构的拓扑优化设计    王跃方，孙焕纯

基于可靠性的桁架结构拓扑优化设计    陈建军,曹一波,段宝岩

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    荣见华;姜节胜;胡德文;颜东煌;

专用汽车结构拓扑优化设计及强度分析    姚成

工程结构拓扑优化的理论研究及应用    满宏亮

基于变密度法的结构拓扑优化研究    李凌飞

超静定型钢桁架满应力优化设计中的3个技术难点及其解决方法    任治章;司马玉洲;温伟力;赵冰;

基于ANSYS的渐进结构拓扑优化方法比较    张晋芳;赵人达;

抗震结构基于位移控制的优化设计    戴烽滔;张欣;

电厂长扁圆形烟囱体型系数试验研究    袁子厚;陈明祥;张江霖;汪碧飞;

基于复合形法的多层钢结构优化设计研究    谢淮宁;何培玲;

新型索网体育场罩蓬风振响应频域分析    任涛;

厌氧发酵工艺动力学分析与优化计算    梁金喜;

平面组合体造型设计的简易作图    桂珍

空间网架的结构优化设计浅析    马致远;宋勃;

聊城风压分布特征    王健;闫景东;曹伟;徐娟;张晓林;

钢管输电塔-线体系非线性耦合动力响应ANSYS分析    王苗苗;张陵;

板簧支架动态外载的计算和疲劳分析    李辉;孙利平;雷龙;

槽式太阳能集热发电系统发展状况    张同伟;

基于bladed软件的风力发电机组稳态风性能曲线研究    陆晔;滕蓓;祁恩荣;

拓扑优化技术在某支架设计中的应用    刘永超;

基于阶跃函数逼近的结构拓扑优化方法    隋允康;

基础简谐激励下的结构动响应拓扑优化    李翔;王皓;

连续体结构拓扑优化的数论网格法    张慧;陈国荣;

水平轴风力机风轮的气动设计    周振凯;刘占芳;颜世军;

风电齿轮箱随机输入载荷的处理方法    唐飞熊;秦大同;陈亮;

基于广义模块化设计的快锻液压机机架力学特性研究    段志东

大型风电机组变桨距控制策略研究    王哲

双馈风电机组模型预测控制研究    井艳军

大型双馈风电机组动态载荷控制策略研究    王晓东

激光拼焊板制车门成形和刚度的数值仿真与试验研究    余天明

大型风电叶片结构设计方法研究    马志勇

风力机定常与非定常气动问题的数值模拟研究    范忠瑶

压电结构的控制参数与构型优化设计    林哲祺

连续体结构拓扑优化模型讨论及其应用    乔赫廷

质子交换膜燃料电池电堆的热力耦合封装力学研究    林鹏

基于ANSYS平台的拓扑优化方法研究及其在离心机吊篮结构设计中的应用    李伟

小口径深井救援机器人的设计研究    孙晓红

山区风特性参数与自锚式悬索桥的静风稳定性研究    王珺

基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究    任泉

起重机箱形梁的拓扑优化研究    闫利利

复合随动平台分层优化设计    宋留伟

智能优化算法对比研究及其在船体双底结构优化中的应用    石丽丽

高速立式加工中心关键部件结构优化    韩滔

车削中心静动热特性分析及床鞍结构优化设计    赵二鑫

考虑逐步破坏和环境载荷影响的复合材料风机叶片的强度和刚度分析    沈亚南

槽式太阳能热发电技术研究现状与发展    罗智慧;龙新峰;

太阳能热发电发展现状及关键技术战略研究    吴光波;宋亚男;

槽式太阳能集热发电系统发展状况    陈超;聂志刚;那小桃;

有限元分析在结构设计中的应用    王美娥

结构优化设计的现状与进展    汪树玉，刘国华，包志仁

碟式太阳能热发电技术综述(一)    许辉;张红;白穜;丁莉;庄骏;

太阳能发电技术综述    于静;车俊铁;张吉月;

太阳能热发电技术的发展现状及主要问题    宿建峰;李和平;贠小银;赵芫桦;

太阳能热发电技术    张耀明;

太阳能热发电系列文章(11) 槽式太阳能热发电中的真空集热管    王军;张耀明;王俊毅;陈勇;安翠翠;

大型风电叶片结构设计方法研究    马志勇

槽式太阳能直接蒸汽热发电系统性能分析与实验研究    杨宾

连续体结构静力拓扑优化方法与软件开发    叶红玲

槽式太阳能热发电站微观选址的方法研究    赵明智

抛物槽式太阳能集热技术系统集成研究    高志超

立式加工中心多目标优化设计    彭艳华

专用汽车结构拓扑优化设计及强度分析    姚成

连续体结构拓扑优化设计    王春会

太阳能利用的跟踪与聚集系统研究    张宝星

塔式太阳能热发电系统集成及性能优化    宿建峰

起重机常用基本构件风载荷系数研究    孙家斌

光伏发电系统关键技术的研究    翁炳文

基于HyperWorks的某雷达零部件的拓扑优化设计    李博

雷达天线风载荷分析及伺服系统抗扰方法研究    张鑫

基于一种免疫遗传算法的BP网络设计    周伟良,何鲲,曹先彬,程慧霞

基于均匀化方法的多孔材料细观力学特性数值研究    庄守兵,吴长春,冯淼林,袁振

旅行商问题(TSP)的改进遗传算法    唐立新

基于 GA 的计算机数学试验 Mm-LH 设计    段晓东,朱伟勇

结构优化设计的一个方法    钱令希,钟万勰

多单元、多工况、多约束的结构优化设计──DDDU程序系统    钱令希,钟万勰,隋允康,张近东

离散变量桁架结构优化设计的组合算法    许强,孙焕纯

关于桁架结构拓扑优化中的奇异最优解    程耿东

受应力约束的平面弹性体的拓扑优化    程耿东，张东旭

离散变量桁架的形状优化设计    孙焕纯，王跃方，黄吉锋

连续体结构拓扑优化理论与应用研究    左孔天

混沌退火算法及其在地震反演中的应用    邹定永

椭圆腔体的铣制    徐金武;

太阳能火箭发动机聚光器设计方法    张纯良,张振鹏,魏志明

复合单面聚光器角分布特性的简化计算方法    卢景霄

太阳能热发电系列文章(11) 槽式太阳能热发电中的真空集热管    王军;张耀明;王俊毅;陈勇;安翠翠;

菲涅尔透镜提高太阳能利用率的研究    姚叙红;朱林泉;薛忠晋;邢进;杨敏;

美国HyperSolar公司研制出超薄微型光伏聚光器组件原型    

复合弹性太阳能聚光器的光学特性    曹军

CPC 接收面上光强分布及其影响因素的理论和实验研究    孟华,葛新石

基于蝶式光伏发电聚光器一维跟踪机构的研制    许志龙;冯培锋;刘菊东;侯达盘;张耀明;

太阳能光伏聚光器技术进展    林海浩;张雪梅;钟英杰;

交错分布式多镜面聚光系统    张海燕;王建平;张崇巍;刘伟;

高重频LD抽运Nd:YAG电光调Q激光器    宁国斌;宋贵才;

CPC的设计计算及在太阳能集热器中的应用    刘芳;李军;刘鹰;

高重频三向侧面泵浦DPL耦合系统设计    武志超;凌铭;谭雪春;金光勇;宁国斌;梁柱;

生物显微镜部分附件的应用与调试    胡文华;顾达聪;彭瑞云;王水明;王晓民;高亚兵;李杨;马俊杰;王德文;

偏轴太阳灶的几何模型    沙永玲;袁守财;丁鸣;杨树华;胡建军;田乐;朱金陵;何晓峰;

太阳能热水器集热系统的优化    潘身明;黄学宁;韦早春;覃纲;罗相影;

复合抛物面聚光器(CPC)截短对其性能的影响    马鸣;郑宏飞;李家春;

太阳能热声制冷技术发展与展望    陈丽娟;董卫;

塔式太阳能热发电系统研究进展    张耀明;刘德有;张文进;卞新高;

南洲新能源:让太阳“落进”寻常百姓家    本报记者 王建专

SOLAR太阳能热水器专利技术扫描    魏衍亮

“榨干”太阳能    本报记者　王俊鸣

美开发大幅提高太阳能收集能力的创新技术    冯卫东

天大多项专利技术降低太阳能利用成本    记者 陈欣然 通讯员 宋雪峰

太阳能热利用在印度    柯时

太阳能发电有望担当主角    

我国最大光伏电站落户西昌    何学民

四川西昌开建中国最大光伏电站    陈其珏

国内最大太阳能光伏电站一期工程主体在西昌建成    杜筱欧 本报记者 高机敏 周静

太阳能碟式聚光发电供热综合利用系统研究    王云峰

太阳能聚光器聚焦光斑能流密度分布的理论与实验研究    刘颖

太阳能利用中的热物理基础理论及实验研究    王刚

非跟踪型太阳能聚光器的优化分析和实验研究    李桂强

无光象聚光定日镜的偏轴象差的分析与修正    林晨星

太阳能高倍聚光能量传输利用理论及试验研究    韩延民

采用腔体吸收器的线聚焦太阳能集热器的理论及实验研究    翟辉

高效能空间薄膜聚光光伏系统研究    马宏财

反射聚光利用太阳能的基础理论与实验研究    江守利

太阳能热光伏系统机理与实验研究    陈雪

应用于聚光光伏模组的二次聚光器的设计与性能分析    茹占强

可折叠展开式伞状龙骨结构聚光器结构及性能分析    付比

条形平面镜聚光器的实验研究与性能优化    张辉

太阳能电热联用槽式聚光器设计与性能研究    许自霖

微小推力太阳能热推进系统高效聚光技术研究    赵沛

新型太阳能集热器性能分析与研究    吕园园

基于非成像理论的自然光组合照明光学系统的研究    郝雯雯

菲涅尔透镜及复合抛物面聚光器的设计与研究    姜磊

聚光太阳能光伏系统的研究    周改改

太阳能高温集热器热性能的研究    康继光