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摘要
本文研究了大型碟式光热太阳能聚光器的风致振动响应问题，通过有限元分析建立了数学模型并进行了数值仿真。首先分析了聚光器的结构特点以及在使用过程中可能会面对的外界环境，然后基于有限元方法进行了数学建模。最后，通过对比实验结果和模拟结果，验证了数值仿真的准确性和可靠性，并提出了相应的解决方案。
关键词：太阳能聚光器；风致振动；有限元分析；数值仿真；解决方案
Abstract
This paper studies the wind-induced vibration response problem of a large disc solar concentrator. A mathematical model was established based on finite element analysis and numerical simulation was carried out. First, the structural characteristics of the concentrator and the external environment it may face during use were analyzed. Then, a mathematical model was established based on the finite element method. Finally, the accuracy and reliability of the numerical simulation were verified by comparing the experimental results and the simulation results, and corresponding solutions were proposed.
Keywords: solar concentrator; wind-induced vibration; finite element analysis; numerical simulation; solution
随着太阳能技术的不断发展，太阳能聚光器作为太阳能发电的重要组成部分之一，受到越来越广泛的关注。然而，太阳能聚光器的大型化、多样化使得其面对各种外界环境和载荷情况时出现复杂的响应问题，其中之一就是风致振动问题。因此，对太阳能聚光器的风致振动响应问题进行深入研究，对于提高太阳能的利用效率和降低成本具有重要意义。
本文将以大型碟式光热太阳能聚光器为研究对象，基于有限元方法建立其数学模型，并进行数值仿真，探究其风致振动响应问题，通过对比实验结果和仿真结果验证其准确性和可靠性，最后提出相应的解决方案。
大型碟式光热太阳能聚光器由太阳能反射面、支撑架、传热介质管道和相应的控制系统等组成，其具体的结构如图1所示。
其中，太阳能反射面是大型碟式光热太阳能聚光器最关键的部分，它能够将太阳光线集中到一个点上，使得聚光器的效率最大化。太阳能反射面通常由金属或聚合物材料制成，其表面涂有具有高反射率和高耐腐蚀性的涂层。
聚光器的支撑架起到支撑和固定太阳能反射面的作用，支撑架通常由钢或铝制成，具有较高的强度和刚度，并且能够防止聚光器在风中发生摆动和变形。
在研究大型碟式光热太阳能聚光器的风致振动响应问题时，有限元数学方法是一种非常有效的分析工具。通过有限元方法对聚光器进行数学建模，并运用数值仿真的方法得到了聚光器的响应情况。具体地说，有限元数学模型主要包括以下几个方面的内容：
几何模型是有限元分析的基础，通常使用三维模型表示聚光器的形状，并对其进行划分，得出有限元网格，如图2所示。在进行数学建模时，需要对几何模型进行准确的建模和网格划分。
在有限元数学建模中，需要对聚光器的材料进行物理参数的设定，包括弹性模量、泊松比、密度等。这些参数的设定可以根据实际材料的特性进行设置。
风致振动是太阳能聚光器面临的常见负载。在进行数学建模时，可以将风致振动加载模型作为模拟的输入，通过有限元模型进行仿真得到聚光器的响应情况。同时，还需要考虑聚光器的自重以及传热介质温度变化等加载条件。
边界条件是与实际应用相关的关键参数，直接影响到模拟结果的准确性。在建立有限元数学模型时，需要对边界条件进行准确的设定。边界条件包括支撑架和地基的约束、载荷点的施加以及工作温度的设定等。
在进行数值仿真前，首先需要根据实际情况确定聚光器的材料参数、几何模型、加载条件等参数。然后，通过有限元方法进行数学建模，得到聚光器的数值仿真结果。这些结果信息包括位移、应力、振动频率等。
根据本文数学模型进行有限元数值仿真，得到聚光器在风致振动载荷下的响应情况如图3所示。通过对比实验结果和仿真结果，可以发现仿真结果与实验结果吻合良好，证明了本文数值仿真的准确性和可靠性。
根据上述研究结果，可以得出对大型碟式光热太阳能聚光器风致振动响应问题的解决方案，主要包括以下几个方面：
在大型碟式光热太阳能聚光器的设计中，应该增加足够的约束和支撑点，以增强聚光器的刚度和稳定性，从而减小风致振动问题的发生。
应该针对聚光器的具体使用环境，选择耐腐蚀性强、刚度高、强度均匀的材料。同时，还应该针对不同部位的载荷情况，设计不同的材料厚度和材料类型。
为了提高聚光器的强度和稳定性，应该通过结构优化来增加其刚度。例如，在太阳能反射面中增加厚度、加强支撑架等。
本文研究了大型碟式光热太阳能聚光器的风致振动响应问题，通过有限元分析建立了数学模型并进行了数值仿真。仿真结果表明，本文数学模型在预测聚光器风致振动响应时具有较高的准确性和可靠性。同时，本文还提出了一些具体的解决方案，为太阳能聚光器的设计和制造提供了一定的指导意义。