ansys不同截面型材太阳能跟踪支架的结构强度以及流体分析(附件)【字数：16615】
摘 要摘 要传统能源现在已经面临储量的危机，所以我们人类在不断努力的探索新型的，可再生的，环保的能源，而太阳能就是其中最重要的一部分。与太阳能密切相关的太阳能跟踪系统则是目前该领域的热点，因为着关系到了太阳能发电的效率问题。因此，本论文设计的双列平单轴太阳能跟踪系统很有现实意义，它解决了固定支架不能解决的跟踪问题，这将会是未来跟踪系统重要的研究方向。论文首先对双列平单轴太阳能跟踪系统进行了总体的结构设计，确定了系统的方案设计，形成了包括支撑结构、光伏组件、驱动装置在内的系统。并进行了双列平单结构总图的绘制，关键零部件的设计建模。这里的关键零部件是檩条、主梁还有立柱。在对其进行建模时有的考虑了两种方案。比如主梁有方管和圆管两种选择，立柱有H型和C型这两种方案。其次，是对关键零部件的有限元分析和系统的流体分析，在边界条件与约束都相同的情况下，有限元分析结果显示檩条在背风情况下应力相对于迎风更大，应力最大地方在螺栓连接处。主梁分析是圆管与方管的对比，结果显示方管更好。对于立柱本论文也是选择了两种形状，C型和H型。通过分析，C型要优于H型。流体分析的目的是通过模拟风压分布校验标准中压力分布。其结果显示在45°工况条件下，面板的下端承受压强为300pa，上端承受压强为100pa。上下端对应的体型系数为1.5和0.5。这与计算时所取的体型系数相差不大。最后，进行了选型后的零部件的强度实验，即檩条、主梁、立柱。但是，由于实验工具和场地的限制，实验的方法与有限元分析时所施加的载荷可能会有所不同。不过，这种有限元分析与实验结果之间的误差是可以接受的。实验结果表明所选的型材的强度完全符合要求。关键词太阳能跟踪支架；有限元；强度分析；流体分析
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景、目的与意义 1
1.2 太阳能追踪系统国内外发展现状 2
1.3 研究的方法和各章节的安排 3
第二章 双列平单轴太阳能跟踪系统的结构设计 4
2.1 双列平单轴概括 4
2.2 双列平单轴的技术特点 4
2.3 双列平单轴的结构设计 5
2.4 本章小结 7
第三章 双列平单轴太阳能跟踪系统不同截面的零部件强度分析 8
3.1 弹性力 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
学及有限单元法介绍 8
3.2 线性静力结构分析介绍 9
3.3 强度理论 10
3.3.1 强度理论概述 10
3.3.2 塑性屈服的强度理论 10
3.3.3 双列平单轴所涉及材料的属性和力学性能 11
3.4 设计载荷的确定 11
3.4.1 风载荷 12
3.4.2 永久载荷 12
3.4.3 载荷组合 12
3.4.4 计算工况 13
3.5 檩条强度分析 14
3.5.1 迎风情况下檩条的强度分析 14
3.5.2 背风情况下檩条的强度分析 17
3.6 主梁强度分析 19
3.6.1 方管主梁的强度分析 19
3.6.2 圆管主梁的强度分析 21
3.7 立柱强度分析 23
3.7.1 C型钢立柱的强度分析 23
3.7.2 H型钢立柱的强度分析 25
3.8 本章小结 27
第四章 双列平单轴太阳能跟踪系统流体分析 28
4.1 流体力学 28
4.2 双列平单轴太阳能跟踪系统流体分析 30
4.3 本章小结 34
第五章 实验 35
5.1檩条测试 35
5.2主梁测试 36
5.3立柱测试 37
结 论 40
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1 选题背景、目的与意义
传统的化石燃料,如石油和煤炭,仍然是主流能源,不过它们带给我们便利也给我们带来了危险和环境污染。我们只有一个地球，如果有一天它被污染到无法居住那我们人类岂不是要灭绝！不仅如此，根据全球最有威信的统计机构调查显示煤的储量还有100多年，不仅是煤，石油的储量也是另人担忧，只有八十年。随着这些非再生能源的不断消耗，我们也在积极寻找可再生能源。例如太阳能，风能，水能。
对于我国来说，太阳能资源相当丰富。全中国年日照数大于等于2200小时的地区占三分之二。目前我国的环境问题非常严重不仅如此，能源问题也另领导人非常头疼。如果能将太阳能这种既清洁又环保的能源利用起来那么对于解决上述问题是有很大帮助的。
目前对太阳能的主要利用形式为太阳能光伏发电。半导体表面具有光电效应,因此光能可以转化为电能。该技术被称为光伏技术。它有三大部分,分别是组件(太阳能电池板)、逆变器与控制器。最重要的组成部分是电子元件。光伏发电起步较早,整体技术比较成熟,已大规模商用运营。为了使太阳能的利用达到最高水平,在光伏发电过程中安装了太阳能跟踪系统。因为太阳在一天当中东升西落,位置不断变化,所以跟踪系统就有了独有的优势。它可以使太阳能电池板每时每刻都与太阳保持90°的夹角,这样太阳能电池板的动力部分就接受了光线的垂直照射。然后,太阳能电池板的发电效率得到了很大的提高[1]。
本论文所设及的双列平单轴就是其中一种太阳能跟踪系统。通过对不同截面的太阳能跟踪支架做有限元分析，找出最优的设计方案。这节省了大量的人力物力，而且缩短了产品的研发周期，提高了效率。ANSYS对太阳能跟踪系统的研发设计具有重要的现实意义。
之所以选择“基于ANSYS不同截面型材太阳能跟踪支架的结构强度以及流体分析”这个论文题目，是因为现在的太阳能跟踪支架多位固定式的，虽然固定式有它自身的优点，不过相对于跟踪式的发电效率还是不可相比的。本论文的目的就是为了提高太阳能光伏组件的发电效率,设计了双列扁平单轴太阳跟踪系统。强度分析和选型的目的是验证所选材料和设计的零部件是否符合要求。这也为未来的产品研发提供了参考。
论文的主要研究内容是太阳能跟踪支架结构的选取,在对多种太阳能跟踪支架进行ANSYS分析,找出最佳解决方案。主要内容可概括如下：
（1）阐明双列平单轴太阳能跟踪系统的工作原理，特点和系统正常工作时的工艺要求等问题。
（2）通过对整个体系的受力分析,在确定支护结构的受力特点、设计要求和设计要点后,结合现有支护结构设计理论,利用solidworks建立空间模型。
（3）在利用ANSYS进行强度分析和流体分析时要明确实际工况，此次分析的实际工况为：模组长1.95m，模组宽1m，组件面积1.95㎡，上层网架质量3000kg，组件数量36组，立柱高度1m，立柱个数13，轴承旋转半径0.0725m，重力偏心0.07m，风速18m/s，基本风压203pa，最大跟踪角度45度，推杆力臂0.31m。
（4）强度分析和流体分析之后，要将结果与实验做对比，验证分析是否准确，是否存在误差，误差的原因在哪。然后进行优化设计。
双列平单轴跟踪系统的意义就在于提高了发电的效率，强度分析是对零部件的强度进行校核，看是否能达到使用要求。最为重要的选型工作为之后的跟踪系统的设计提供了参考,无需重复设计,大大提高工作效率,缩短产品开发周期。流体分析模拟了在真实风载的情况下面板的受压情况,为面板尺寸大小的选择提供了参考。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景、目的与意义 1
1.2 太阳能追踪系统国内外发展现状 2
1.3 研究的方法和各章节的安排 3
第二章 双列平单轴太阳能跟踪系统的结构设计 4
2.1 双列平单轴概括 4
2.2 双列平单轴的技术特点 4
2.3 双列平单轴的结构设计 5
2.4 本章小结 7
第三章 双列平单轴太阳能跟踪系统不同截面的零部件强度分析 8
3.1 弹性力 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
学及有限单元法介绍 8
3.2 线性静力结构分析介绍 9
3.3 强度理论 10
3.3.1 强度理论概述 10
3.3.2 塑性屈服的强度理论 10
3.3.3 双列平单轴所涉及材料的属性和力学性能 11
3.4 设计载荷的确定 11
3.4.1 风载荷 12
3.4.2 永久载荷 12
3.4.3 载荷组合 12
3.4.4 计算工况 13
3.5 檩条强度分析 14
3.5.1 迎风情况下檩条的强度分析 14
3.5.2 背风情况下檩条的强度分析 17
3.6 主梁强度分析 19
3.6.1 方管主梁的强度分析 19
3.6.2 圆管主梁的强度分析 21
3.7 立柱强度分析 23
3.7.1 C型钢立柱的强度分析 23
3.7.2 H型钢立柱的强度分析 25
3.8 本章小结 27
第四章 双列平单轴太阳能跟踪系统流体分析 28
4.1 流体力学 28
4.2 双列平单轴太阳能跟踪系统流体分析 30
4.3 本章小结 34
第五章 实验 35
5.1檩条测试 35
5.2主梁测试 36
5.3立柱测试 37
结 论 40
致 谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1 选题背景、目的与意义
传统的化石燃料,如石油和煤炭,仍然是主流能源,不过它们带给我们便利也给我们带来了危险和环境污染。我们只有一个地球，如果有一天它被污染到无法居住那我们人类岂不是要灭绝！不仅如此，根据全球最有威信的统计机构调查显示煤的储量还有100多年，不仅是煤，石油的储量也是另人担忧，只有八十年。随着这些非再生能源的不断消耗，我们也在积极寻找可再生能源。例如太阳能，风能，水能。
对于我国来说，太阳能资源相当丰富。全中国年日照数大于等于2200小时的地区占三分之二。目前我国的环境问题非常严重不仅如此，能源问题也另领导人非常头疼。如果能将太阳能这种既清洁又环保的能源利用起来那么对于解决上述问题是有很大帮助的。
目前对太阳能的主要利用形式为太阳能光伏发电。半导体表面具有光电效应,因此光能可以转化为电能。该技术被称为光伏技术。它有三大部分,分别是组件(太阳能电池板)、逆变器与控制器。最重要的组成部分是电子元件。光伏发电起步较早,整体技术比较成熟,已大规模商用运营。为了使太阳能的利用达到最高水平,在光伏发电过程中安装了太阳能跟踪系统。因为太阳在一天当中东升西落,位置不断变化,所以跟踪系统就有了独有的优势。它可以使太阳能电池板每时每刻都与太阳保持90°的夹角,这样太阳能电池板的动力部分就接受了光线的垂直照射。然后,太阳能电池板的发电效率得到了很大的提高[1]。
本论文所设及的双列平单轴就是其中一种太阳能跟踪系统。通过对不同截面的太阳能跟踪支架做有限元分析，找出最优的设计方案。这节省了大量的人力物力，而且缩短了产品的研发周期，提高了效率。ANSYS对太阳能跟踪系统的研发设计具有重要的现实意义。
之所以选择“基于ANSYS不同截面型材太阳能跟踪支架的结构强度以及流体分析”这个论文题目，是因为现在的太阳能跟踪支架多位固定式的，虽然固定式有它自身的优点，不过相对于跟踪式的发电效率还是不可相比的。本论文的目的就是为了提高太阳能光伏组件的发电效率,设计了双列扁平单轴太阳跟踪系统。强度分析和选型的目的是验证所选材料和设计的零部件是否符合要求。这也为未来的产品研发提供了参考。
论文的主要研究内容是太阳能跟踪支架结构的选取,在对多种太阳能跟踪支架进行ANSYS分析,找出最佳解决方案。主要内容可概括如下：
（1）阐明双列平单轴太阳能跟踪系统的工作原理，特点和系统正常工作时的工艺要求等问题。
（2）通过对整个体系的受力分析,在确定支护结构的受力特点、设计要求和设计要点后,结合现有支护结构设计理论,利用solidworks建立空间模型。
（3）在利用ANSYS进行强度分析和流体分析时要明确实际工况，此次分析的实际工况为：模组长1.95m，模组宽1m，组件面积1.95㎡，上层网架质量3000kg，组件数量36组，立柱高度1m，立柱个数13，轴承旋转半径0.0725m，重力偏心0.07m，风速18m/s，基本风压203pa，最大跟踪角度45度，推杆力臂0.31m。
（4）强度分析和流体分析之后，要将结果与实验做对比，验证分析是否准确，是否存在误差，误差的原因在哪。然后进行优化设计。
双列平单轴跟踪系统的意义就在于提高了发电的效率，强度分析是对零部件的强度进行校核，看是否能达到使用要求。最为重要的选型工作为之后的跟踪系统的设计提供了参考,无需重复设计,大大提高工作效率,缩短产品开发周期。流体分析模拟了在真实风载的情况下面板的受压情况,为面板尺寸大小的选择提供了参考。
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