基于正交试验的层压机架体结构分析及优化

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太阳能电池层压机架体均为钢架结构 ，为了有效降低成本，增加架体强度，需要对架体结构进行有效的结构分析及优化。目前，众多学者在结构优化方面做了大量的工作 ，文献fl对车架进行有限元分析 ，并通过Matlab工具箱中的遗传算法，方便的解决了各种优化问题，引用 了在 Matlab中调用 ANSYS的方法 ，实现了 Matlab与ANSYS的数据传递 ，并用该方法对 以钢质框架结构进行 了优化设计 ，验证了此方法的可行性。文献21以双层客车车身骨架有限元为基础 ，利用正交实验法方法 ，对焊接结构体进行了分析优化。本文所要优化的是层压机，其体积大结构复杂，很难建立优化数学模型，若单纯选用有限元软件，只能进行分析而不能进行优化 ，为此笔者选用正交实验法与有限元相结合的方法，得到 了理想结果修稿 日期 ：2012-1O-23作者简 介 ：邵雨化 ，女 ，分析方面的研究。

501 层压机结构及工作过程1.1 层压机结构层压机 ，是太阳能电池组件的封装设备之-。是把玻璃、EVA、衔接的双体电池 、EVA、负板这几层 物质压合在-起 的机械装备 。层压封装时 .电池各组成部分之间通常用 EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)胶膜粘结 .而且要将其放入层压机内加压 、加热 .并抽真空 ，以消除电池板内的气泡，增加使用寿命 。抽真空时，层压机的架体会周期性地受到箱体的压力 ，而且 如果层压机层压过程中变形过大 ，将导致电池板的破碎率增高，因此要满足-定的强度和高度要求圈。

某企业生产的大循环电池组件层压机由架体 、下真空 室 、起 升 绞架 、上 真空室 、加热板 、起升气缸六部分组成 。用 Solidworks建 立模型如图 1所示。

在读研究生。主要从事静力学结构 其架体部分笨重不易运输 ，生产加工成本高 ，封装图 1 层压机架体结构装配简图Fig.1 Assembly diagram oflaminating machine fram e·产 品与市长效果不理想。该架体中，立柱、横梁和 H型钢为主要承重构件 ，来 自下箱体和上箱体的压力 9.2t力作用在 H型钢表面。本课题结合太 阳电池的封装层压工艺过程 ，对架体进行了强度刚度分析与改进设计。

1.2 层压机的工作过程层压机主要机械部分工作过程如图 2所示。

图 2 太阳能电池组件层压机工作过程Fig.2 W orking process在上面两个过程中，下室处于真空状态 ，在大气压力作用下，上盖受到向下的压力。然后利用设置在前面的起升铰架 ，将上盖打开 ，取出电池片-盖时 ，下室充气，上室抽空，使放电池组件的下腔气压与大气压平衡 .利用设置在架体前面的起升绞架将上盖打开 .再继续进行下-块 电池板的封装嘲。

2 层压机架体 3D模型的建立由于本文采用正交实验法来进行设计 ，因此 ，先用Solidworks三维建模软件建立原来 的架体模型 ，然后导入 ANSYS分析软件对实体进行分析。在分析的过程中 ，由于分析软件划分网格时在小尺寸处容易出现问题 ，现将各型材倒角去掉 ，各边建模时均用直角表示 。

太阳能电池组件层压机架体都是由 Q235A方钢 、矩管 、钢板 、H型钢及槽钢等几种工程型材焊接而成 。

整体尺寸为 (4900x2792x2140)mm，重量为 2.123t。由于该实体 ANSYS分析软件来说体积过大 ，为了缩短计算时图3 架体简化后 3D模型Fig.3 Simplified 3 d model of theframe body问 .经过 多 次模 拟 试验 ，现将原来架体简化为图3所示。

简 化 后 的 架体 应力应 变 变化 趋势 与 原来的架体相同，如表 1所示 .两模型 B和 B1同- 情况 下 最 大应 力表 1原架体与简化后模型应力变形对照表Tab.1 The original frame body and simplified model stressdeformation crosswalks最大应 最大变 最大应 最大变 原架体 简化后力，MPa 形，mm 力/MPa 形/mmB.80 72.8 0.8756 B1.80 73.617 0.8780B.O.1 31.816 0.5538 B1.O.1 35.952 0.6402B.80.1 32.137 0.5496 B1.8O.1 43.425 0.6333B.16O.1 33.111 0.5479 B1.16O.1 46.872 0.6246B.560.1 31.074 0.5663 B1.560.1 3l244 0.6472及变形趋势。

3 有限元分析(1)有限元模型的建立～建好的Solidworks模型存成.x-t文件 ，导人 ANSYS里面进行有限元分析。

(2)定义约束及载荷[71。层压过程对于架体来说，所承受的最大压力发生在压合阶段 .上室和下室相当于-个密封的整体，架体主要受到的力是来 自上箱体和下箱体的重力 P为 9.2t，建立力学模型为 9.2t的力施加在 H型 钢表 面 形成 均 布载 荷 P.模 型 中有 5个长 度 L为2752mm，宽度为 200mm的 H型钢 ，共 同来承担压力 。

对地脚进行六 自由度限制。载荷为：p-m - -m - 9.2丽x1 03 0.334kgf/A Lxdxn cm22752×200×5×10 0.0334MPa式中：L- H型钢 的长度 ：d- H型钢的宽度尺寸 ：n- H型钢的个数。

(3)定义材料特性。定义材料的特性要尽量符合材料本身的性质 ，本钢架结构用的是 Q235A碳素钢。因为模型是在 mm单位制下 ，现将其材料特征定义为 ：弹性模量 EX2e5Mpa：泊松 比PRXY0.3：密度 DENS7.8e-9tonne/mm。。

(4)网格划分[81。该架体结构复杂，各型钢壁厚不同 ，要进行六面体划 分比较 困难 .所 以选择用 Solid92单元类型划分四面体网格。因该架体较大，如果做整体网格划分 图，网格划分情况不能很好地显示 ，而