太阳能电池组件层压机架体强度分析与改进设计

摘要

当今社会，由于常规能源的短缺，发展可再生能源势在必行。而太阳能作为主要的可再生能源之一，其有效利用也就显得尤为重要。但最近几年来随着欧美各国政府对太阳能行业补贴力度的不断下调，太阳能行业的发展势头显得步履维艰，如何才能降低利用太阳能的成本，提高太阳能在能源行业的地位？最有效的方法莫过于技术革新，通过研发新型的太阳能设备或改进原有设备以提高其生产效率、降低生产成本，从而起到降低太阳能组件生产成本的目的。
　　本文以太阳能电池组件封装设备层压机为研究对象，以其架体结构的优化改进为主要内容，分别从以下几个方面进行了深入的研究:
　　(1)选择有限元分析软件。通过对现有主流有限元分析软件ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC等软件性能的综合比较，选择ANSYS作为层压机架体的有限元分析软件。
　　(2)建立层压机3D模型。根据厂家提供的层压机二维CAD图纸，利用Solidworks三维绘图软件，根据图纸将该架体结构建为焊接件。
　　(3)确立层压机架体结构的有限元分析流程。结合层压机工作过程和工作原理，建立层压机架体数学模型，利用ANSYS分析软件对其进行单元特性与材料属性的定义，网格的划分，载荷的处理与支撑方式的讨论及加载求解计算，得出其应力及变形云图，根据分析结果，确定结构简化方案。
　　(4)改进层压机架体结构。主要因素和初步改进方案的确定，优化方法的分析与选择，根据二次回归正交试验法安排试验，分别建立实体模型和有限元模型进行强度分析，根据试验分析结果拟合出质量方程、应力方程和变形方程。
　　(5)确立层压机架体的最优方案。利用MATLAB对架体进行优化，确定最终优化方案，并对优化方案及原架体的质量、变形和应力状况进行对照分析。
　　本文的研究成果为层压机的结构优化设计奠定了基础，为以后类似的制造装备的结构优化设计提供了一种解决思路。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 能源储备和环境保护

1．1．2 国内外太阳能电池行业的发展

1．2 国内外太阳能电池制造设备技术现状

1．2．1 国内太阳能电池制造设备技术现状

1．2．2 国外太阳能电池制造设备技术现状

1．4 国内外相关技术研究

1．5 本课题的研究内容及技术路线

1．5．1 本课题的研究内容

1．5．2 研究方案及技术路线

2 有限元法的理论方法与选择

2．1 有限元技术简介

2．1．1 有限元法概述

2．1．2 有限元法的基本思想

2．2 有限元软件介绍

2．3 有限元软件比较与选择

2．3．1 有限元软件比较

2．3．2 有限元软件选择

3 太阳能电池组件层压机架体3D模型的建立

3．1 层压机应用及工作过程

3．1．1 层压机的应用

3．1．2 层压机的工作过程

3．2 层压机基本结构

3．3 建模的几个基本问题

3．4 层压机架体3D模型的建立

3．5 模型的简化

3．5．1 对架体的结构进行分析

3．5．2 简化模型的建立

4 层压机架体结构有限元分析流程

4．1 3D模型的导入

4．2 建立单元特性与材料属性

4．2．1 单元类型的特性

4．2．2 单元类型的选择

4．2．3 材料参数的定义

4．3 层压机架体有限元模型网格的划分

4．3．1 网格划分方法预设方案

4．3．2 方案分析

4．4 载荷的处理与支承方式的讨论

4．4．1 边界的约束

4．4．2 载荷的施加

4．5 层压机架体结构强度计算工况及结果分析

4．5．1 层压机架体结构的强度分析与对照

4．5．2 层压机架体结构强度计算结果分析

4．6 简化方案的确定

4．6．1 原架体有限元分析

4．6．2 简化模型的选择

5 太阳能电池组件层压机架体结构的改进

5．1 改进架体结构分析

5．1．1 确定关键因素

5．1．2 提出结构改进方案

5．2 架体结构尺寸优化

5．2．1 优化方案分析

5．2．2 优化方法的确定

5．3 实验的安排

5．3．1 分析实验方法

5．3．2 列出实验表

5．4 结果验证

6 架体最优结构及各主要钢件的强度分析

6．1 机械优化设计理论与方法

6．1．1 机械优化设计理论

6．1．2 优化设计方法的选择

6．2 MATLAB约束条件的确定及程序实现

6．2．1 MATLAB优化模型的确定

6．2．2 MATLAB程序的实现

6．3 优化结果的分析

6．4 关键结构强度分析对比

6．5 结果对照

6．6 优化流程总结

7 结论与展望

致谢

参考文献

在校学习期间所发表的论文