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。