槽式太阳能聚光器支架结构的拓扑优化设计.pdf

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1、设备设计／诊断维修／再制造现代制造工程(M0demManufacturingEngineering)2013年第2期槽式太阳能聚光器支架结构的拓扑优化设计孔祥兵1，陈小安1，吴国洋2，合烨1(1重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044；2攀枝花学院材料工程学院，攀枝花617000)摘要：槽式太阳能聚光器支架结构是太阳能热发电系统中聚光器组的主要承载部件，为了在产品设计阶段寻求最佳设计方案，运用有限元软件Hyperworks中的Optistruct模块，以柔顺度为目标，以体积为约束条件，对单工况下的支架结构进行优化设计。根据拓扑

2、优化的结果并结合生产经验，设计出新结构，最后用ABAQUS软件对新结构进行有限元分析。结果表明，优化后的支架性能在多方面均有所提高，对提高产品质量、缩短设计周期有重要作用，一定程度上也减少了企业的生产成本，为企业带来一定的经济效益。关键词：槽式太阳能；聚光器；拓扑优化；有限元中图分类号：THl6文献标志码：A文章编号：1671_3133(2013)02--0121—06Topologicaloptimizafidesigoftrestlestructuresba；edropologicaloptimizationdesigntrest

3、lestructuresbasedonparabolictroughsolarconcentratorKongXiangbin91，ChenXiaoanl，WuGuoyan92，HeYel(1TheStateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission，ChongqingUniversity，Chongqing400044，China；2MaterialEngineeringCollege，Panzhihua617000，Sichuan，China)Abstract：Thetrestlestructure

4、sbasedonparabolictroughsolarconcentratorarethemainloadbearingcomponentsofthecon-densergroupinthesolarpowergeneratingsystem．Inordertoexploreanoptimumdesignschemeduringtheproductdesign，thetrestlestructuresundersingleworkconditionareoptimizedtakingtheflexibilityasthegoalan

5、dthevolunleastheconstraintCOIl—ditionbyusingtheOptistructmoduleoftheHyperworks．Anewstructureisdesignedaccordingtotheresultsofthetopologyopti-mizationcombinedwithproductionexperienceandfinallyanalysedbythesoftwareABAQUS．Theresultsshowthatthetrestlepropertiesareimprovedin

6、manyaspectsafteroptimizationandwillplayanimportantroleinimprovingproductqualityandshort-erringthedesigncycle．Therefore，theproductioncostwinbereducedandeconomicbenefitswillbebroughttotheenterprise．Keywords：parabolich_oughsolar；concentrator；topologyoptimization；finiteelem

7、ent0引言太阳能热发电系统主要有三大类：槽式系统、塔式系统和蝶式系统¨J。槽式太阳能热发电技术是最早实现商业化运营的太阳能热发电技术，相对于另外两种发电系统，它具有技术成熟、发电成本低和容易与化石燃料形成混合发电的优点。槽式太阳能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，多个聚光器同轴安装，组成一个聚光器单元，能实现对太阳能的独立跟踪¨一。聚光器支架结构是整个太阳能发电系统的主要承载部件，也是反射镜和跟踪驱动系统的主要连接部件，其结构强度会影响整体结构的安全性能，而结构刚度则会影响整个

8、系统的稳定性及发电效率。因此，需要对支架结构的强度和刚度进行优化设计。基于有限元分析的拓扑优化技术是一项新型的设计方法，可以在方案设计阶段为设计者提供概念性设计，给出合理的结构布局，减轻结构重量，并能提高结构的强度和刚度