【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间太阳能电站结构性能预测，具体涉及基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法。
技术介绍
1、空间太阳能电站(spacesolarpowerstation,ssps)以其全天候、可持续收集空间太阳能的特点，在太空探索以及地面能源解决方案中极具发展潜力和应用前景。由西安电子科技大学段宝岩院士团队提出的欧米伽空间太阳能电站(ssps-omega)创新方案具有易于模块化、高聚光比和高功质比的特征，受到业内学者的广泛关注和研究。ssps-omega是一个千米级发电系统，其主要包括太阳能收集与转换、微波无线传输和能量接收与整流三大部分。负责空间太阳能收集的球形聚光器是整个发电系统前端，对终端能量输出具有重要影响。为了预测球形聚光器的力学性能以及进一步验证整个系统的工程可行性，需要建立缩尺模型进行相似分析。
2、球形聚光器由聚光单元阵列组成，在应用传统相似理论指导缩尺模型建立时，存在厚度无法等尺度缩比而产生畸变模型的情况，由此造成球形聚光器的力学性能预测精度下降，进而影响空间太阳能电站工程可行性验证。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，解决了由于厚度无法等尺度缩比而产生畸变模型的情况下，造成球形聚光器的力学性能预测精度下降的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，具体按照以下步骤实施：
3、步骤1，根据量纲分析和方程分析法得到欧米
4、步骤2，根据初步相似律s0确定对畸变模型m0敏感的性能参数；
5、步骤3，将畸变模型m0分解为完全相似缩尺模型m1和部分相似缩尺模型m2，分别推导完全相似缩尺模型相似律sm1和部分相似缩尺模型相似律sm2；
6、步骤4，根据buckingham-π定理，得到畸变模型相似律sm0；
7、步骤5，畸变模型m0通过畸变模型相似律sm0预测原型p的性能。
8、本专利技术的特点还在于：
9、步骤1具体过程为：
10、步骤1.1，基于量纲分析得到全局相似律sg；
11、步骤1.2，基于方程分析法得到局部相似律sl；
12、步骤1.3，根据全局相似律sg和局部相似律sl得到聚光单元初步相似律s0。
13、步骤1.1具体过程为：
14、对欧米伽空间太阳能电站的球形聚光器和聚光单元，选取主要物理参量：球形聚光器半径r、球冠圆心角θ、聚光单元沿纬线方向长度l、沿经线方向长度w、厚度h、材料密度ρ、泊松比μ、弹性模量e、弯曲刚度d、外载荷q、固有振型固有频率f、挠度u、应力σ；
15、定义原型和模型对应参量的相似缩尺：
16、
17、其中，x表示物理参量，上标(p)表示原型系统，上标(m)表示模型系统，λx表示物理参量x所对应的相似缩尺；
18、由量纲齐次性原理得到量纲齐次方程并化为无量纲数最终得到全局相似律sg：
19、
20、其中，λ表示几何尺寸的缩尺。
21、步骤1.2具体过程为：
22、采用方程分析法获得局部相似律，球形聚光器的聚光单元为一矩形薄板，根据弹性力学理论，建立其自由振动微分方程：
23、
24、且有：
25、
26、薄板自由振动解的表达式为:
27、
28、其中，振幅amn和bmn由初始条件决定，m和n取值为整数，且当m＝n＝1时，求得ω11为最低自然频率，即薄板基频；
29、对于缩尺模型，其同样满足式(3)—式(5)，得局部相似律sl：
30、
31、步骤1.3具体过程为：
32、根据全局相似律sg和局部相似律sl得到聚光单元初步相似律s0：
33、
34、步骤2具体过程为：
35、步骤2.1，由步骤1得到的初步相似律s0可知，式(7)中与聚光单元几何尺寸相关的物理参量均满足：
36、λl＝λh＝λw＝λ (8)
37、由于聚光单元的长度方向尺寸与厚度方向尺寸相比，大出两个数量级以上，确定聚光单元厚度参数h为畸变参数，其对应的厚度缩尺λh为畸变模型缩尺；
38、步骤2.2，根据初步相似律s0，结合确定的畸变参数h，确定对畸变参数敏感的性能参数：弯曲刚度d、固有频率f以及挠度u，其对应的畸变缩尺关系如式(9)所示：
39、
40、步骤3具体过程为：
41、步骤3.1，按照完全相似缩尺λ和部分相似缩尺δh对畸变参数分离；
42、按照完全相似缩尺λ对畸变参数分离，则有：
43、
44、按照部分相似缩尺δh对畸变参数分离，则有：
45、
46、步骤3.2，根据畸变模型m0与原型之间的厚度缩尺λh；聚光单元厚度按等尺度缩比λ，建立完全相似缩尺模型m1；在m1基础上按照部分相似缩尺δh仅对厚度进行缩尺得到部分相似模型m2；
47、步骤3.3，将相似准则中的各物理参量相似缩尺写成幂次式的关系：
48、
49、其中，αi,j为的指数，表示xi对xj的影响程度，对式(12)等式两边取对数得：
50、
51、根据一阶灵敏度分析得到指数αi,j表达式：
52、
53、其中，xj,i(1)和xj,i(0)分别对应和δ是因变量相似缩比的增量，k＝1,2,...r，每增加一次变化量kδ，根据式(14)计算此时指数值αi,j(k)；根据式(14)分别建立完全相似缩尺模型m1和部分相似缩尺模型m2的有限元模型并进行仿真分析，得到对畸变参数敏感的性能参数仿真数据；
54、步骤3.4，采用变幂系数法对仿真数据进行处理，得到完全相似缩尺模型相似律和部分相似缩尺模型相似律
55、步骤3.4具体过程为：
56、按照变幂系数法定义指数αi,j是的幂函数：
57、
58、根据式(14)得到r组αi,j的值，将式(16)中系数γi和βi转化为一个最小二乘问题：
59、
60、
61、采用levenberg-marquardt算法进行求解，得到的是公式(15)里面的多组系数γi和βi，确定公式(12)里面所示的指数αi,j；结合公式(12)，得到完全相似缩尺模型相似律和部分相似缩尺模型相似律
62、步骤4具体过程为：
63、根据公式(12)得到欧米伽空间太阳能电站球形聚光器的聚光单元固有频率f、最大挠度umax的预测方程：
64、
65、其中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤1具体过程为：
3.根据权利要求2所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤1.1具体过程为：
4.根据权利要求3所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤1.2具体过程为：
5.根据权利要求4所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤1.3具体过程为：
6.根据权利要求5所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤2具体过程为：
7.根据权利要求6所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤3具体过程为：
8.根据权利要求7所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤3.4具体过程为：
9.根据权利要求7所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预
10.根据权利要求1所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤5的具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤1具体过程为：
3.根据权利要求2所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤1.1具体过程为：
4.根据权利要求3所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤1.2具体过程为：
5.根据权利要求4所述基于电站畸变模型的“性能驱动-分离相似”预测方法，其特征在于，步骤1.3具体过程为：
【专利技术属性】
技术研发人员：杜莹春，樊冠恒，段宝岩，张逸群，陈光达，王东旭，李欣童，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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