太陽能碟式聚光器桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究

《太陽能碟式聚光器桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、密級(jí)：非密中圖分類號(hào)：TH113碩士學(xué)位論文太陽能碟式聚光器桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究研究生：程自然導(dǎo)師：彭佑多學(xué)科：機(jī)械工程研究方向：機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制2018年5月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterResearchonthetopologyoptimizationofsolardishconcentratortrussstructureCandidate：ChengZiranSupervisorandRank：ProfessorPengYouduo太陽能碟式聚光器桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究學(xué)位類型學(xué)歷碩士

2、學(xué)科(專業(yè)學(xué)位類別)機(jī)械工程作者姓名程自然作者學(xué)號(hào)15010301027彭佑多教授導(dǎo)師姓名及職稱劉繁茂教授實(shí)踐導(dǎo)師姓名及職稱學(xué)院名稱機(jī)電工程學(xué)院論文提交日期2018年月學(xué)位授予單位學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：2018年5月27日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者

3、完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期：2018年5月27日導(dǎo)師簽名：日期：2018年5月27日摘要碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)換效率高且節(jié)能環(huán)保，被認(rèn)為是一種前景廣闊的高品位太陽能熱利用裝備。其中聚光器桁架結(jié)構(gòu)是整個(gè)碟式發(fā)電系統(tǒng)中的重要承載部件，支撐著整個(gè)碟式系統(tǒng)的聚光集熱鏡面。然而隨著

4、功率的增加，其空間尺度及重量逐步增大，因此開展碟式機(jī)架拓?fù)鋬?yōu)化和面向制造的輕量化設(shè)計(jì)尤為重要。本文以研制的38kW級(jí)碟式機(jī)架結(jié)構(gòu)為對(duì)象，將面向制造的算法與優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，開展了典型工況下的碟式機(jī)架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究。首先，闡述了漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化法（ESO）的基本方法及理念，研究了基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力及節(jié)點(diǎn)位移準(zhǔn)則下的優(yōu)化單元靈敏度算法，分析了優(yōu)化過程中存在的數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象及面向制造的棋盤格效應(yīng)過濾處理方法。同時(shí)針對(duì)桁架類結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化問題，根據(jù)其桁架結(jié)構(gòu)特殊的直桿桿件性質(zhì)，以及對(duì)優(yōu)化區(qū)域內(nèi)傳力路徑的分析，提出了根據(jù)桿件的布局來修正單元名義靈敏度的新思

5、路。通過在優(yōu)化迭代時(shí)設(shè)置桁架優(yōu)化約束，提高了優(yōu)化的效率和桁架優(yōu)化結(jié)果面向制造的性能。選取了兩組典型多載荷作用下的連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化案例，驗(yàn)證了過濾算法對(duì)于抑制棋盤格效應(yīng)的有效性。其次，針對(duì)桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果面向工程后處理問題，在ESO連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上，基于桁架結(jié)構(gòu)的直桿形狀及總體布局特征對(duì)拓?fù)鋮^(qū)域進(jìn)行分區(qū)，建立各區(qū)域的中心線提取模型。以各桿件偏離骨架線的角度最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立桿件兩兩之間的連接節(jié)點(diǎn)位置二次優(yōu)化模型，根據(jù)最優(yōu)節(jié)點(diǎn)位置擬合得到整個(gè)桁架結(jié)構(gòu)的若干骨架線方程。若干經(jīng)典算例驗(yàn)證表明了桁架結(jié)構(gòu)骨架線提取方法的有效性，能為后

6、續(xù)桁架結(jié)構(gòu)各桿件的截面優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。最后，基于ANSYS14.0有限元軟件仿真平臺(tái)，建立了38kW碟式聚光器桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的物理模型和初始優(yōu)化區(qū)域?；跐u進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化法的相關(guān)理論，建立了面向制造的碟式聚光器機(jī)架結(jié)構(gòu)多層次優(yōu)化的流程和方法，通過對(duì)典型工況下碟式聚光器桁架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化求解及優(yōu)化結(jié)果后處理，得到了滿足制造實(shí)際需求的新型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。通過本文系統(tǒng)的研究，消除了拓?fù)鋬?yōu)化中常見的數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象，同時(shí)提出了面向制造的桁架制造約束和優(yōu)化后處理方法，確定了碟式機(jī)架結(jié)構(gòu)面向制造輕量化設(shè)計(jì)的基本流程，明確了機(jī)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為后續(xù)類機(jī)架結(jié)

7、構(gòu)面向I制造的優(yōu)化研究打下了基礎(chǔ)。本文為我國(guó)今后碟式太陽能熱發(fā)電裝備的輕量化提供了重要依據(jù)，也豐富了拓?fù)鋬?yōu)化在面向制造的應(yīng)用領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：碟式太陽能；聚光器桁架結(jié)構(gòu)；拓?fù)鋬?yōu)化；漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化法；IIABSTRACTThethermalconversionefficiencyofsolardishsystemisveryhighandthewholesystemisenvironmentalfriendly,whichisconsideredasapromisinghighgradesolarthermalutilizationequipm

8、ent.Thetrussstructureisanimportantbearingpartofthesolardishgenerationsystem.Itsspatialscaleincreaseswit