[发明专利]一种柔性光伏支架结构的气弹模型的建立方法

权利要求书

1.一种柔性光伏支架结构的气弹模型的建立方法，其特征在于：所述柔性光伏支架结构的气弹模型的建立方法，包括以下步骤：

1)柔性光伏支架结构的气弹模型的水平拉索的确定

柔性光伏支架结构气弹模型的水平拉索应满足抗拉刚度的要求：选择气弹模型水平拉索的弹性模量E_1m与原型水平拉索弹性模量E之比为α，其中：α不小于1/n，则柔性光伏支架结构气弹模型中水平拉索的截面积按照公式(1)确定：

式中，A₁为原型柔性光伏支架结构水平拉索的截面积，A_1m为柔性光伏支架结构气弹模型水平拉索的截面积，n为柔性光伏支架结构原型与气弹模型间的几何缩尺比；

在柔性光伏支架结构气弹模型的水平拉索上外套设空心套管，套管截面尺寸根据原型截面按照几何缩尺比确定，并且每隔5～15cm截断套管；

空心套管的单位长度质量m_t应该满足公式(2)的关系：

式中，ρ₁、ρ_1m分别为原型柔性光伏支架结构水平拉索和气弹模型水平拉索的密度；

水平拉索所需要的单位长度附加质量Δm₁由公式(3)确定：

2)柔性光伏支架结构气弹模型的斜拉索的确定

柔性光伏支架结构气弹模型中斜拉索的截面积，斜拉索外套管的几何尺寸和质量及斜拉索的附加质量由照步骤1)确定，为了便于施加预应力，柔性光伏支架结构气弹模型的斜拉索一端通过弹簧与立柱顶端相连，弹簧的刚度k按照式(4)确定：

式中，E_2m、A_2m分别为柔性光伏支架结构气弹模型中斜拉索的弹性模量和截面积，a为弹簧的自由长度；若由公式(4)得到的k值过大而无法满足实际的弹簧制作工艺，则适当减小k值，但减小后的k值应当至少保证柔性光伏支架结构的气弹模型和原型在前3阶的模态频率之比满足的关系；最后，根据选定的弹簧刚度k来确定弹簧规格；

3)柔性光伏支架结构气弹模型的立柱和横梁的确定

柔性光伏支架结构气弹模型的立柱与横梁采用芯部加外壳的组合方式来模拟，其中芯部模拟所述立柱与横梁模型的刚度，而外壳模拟所述立柱与横梁模型的几何外形；选择柔性光伏支架结构立柱和横梁的气弹模型与原型的弹性模量之比分别为β₁、β₂，其中：β₁、β₂不小于1/n；为模拟原型立柱与横梁的抗弯特性，柔性光伏支架结构气弹模型的立柱与横梁的截面惯性矩应分别由公式(5)和(6)确定：

式中，I₁、I₂分别为原型柔性光伏支架结构立柱截面绕其长、宽方向的截面惯性矩，I₃、I₄分别为原型柔性光伏支架结构横梁截面绕其长、宽方向的截面惯性矩，I_1m、I_2m分别为柔性光伏支架结构气弹模型中立柱芯部截面绕其长、宽方向的截面惯性矩，I_3m、I_4m分别为柔性光伏支架结构气弹模型中横梁芯部截面绕其长、宽方向的截面惯性矩；

根据几何缩尺比确定柔性光伏支架结构气弹模型的立柱和横梁的外壳尺寸，气弹模型中立柱和横梁的外壳质量应满足公式(7)要求：

式中，m_c、m_b分别为原型柔性光伏支架结构立柱和横梁的质量，m_c1、m_b1分别为柔性光伏支架结构气弹模型中立柱和横梁芯部的质量，m_c2、m_b2分别为柔性光伏支架结构气弹模型中立柱和横梁外壳的质量；

气弹模型中立柱和横梁所需要的附加质量Δm_c、Δm_b由公式(8)确定：

式中，Δm_c、Δm_b分别为柔性光伏支架结构的气弹模型的立柱和横梁所需的附加质量；

4)柔性光伏支架结构气弹模型的光伏组件的确定

柔性光伏支架结构气弹模型的光伏组件几何尺寸由模型几何缩尺比确定，根据公式(9)确定气弹模型中光伏组件的材料弹性模量：

式中，E_pv、E_pvm分别为柔性光伏支架结构原型和气弹模型中光伏板的弹性模量；若原型光伏组件的弹性模量未知，则通过有限元建模分析近似确定；

根据公式(9)得到的弹性模量选取光伏组件模型材料，当所选的光伏组件模型材料密度ρ_pvm大于原型光伏组件密度ρ_pv，即ρ_pvm＞ρ_pv，应对光伏组件模型进行掏空，单块光伏组件模型的掏空质量Δm_pv由公式(10)确定：

Δm_pv＝(ρ_pvm-ρ_pv)V_m (10)

当所选光伏组件模型材料密度ρ_pvm＜ρ_pv，应对光伏组件模型增加配重，单块光伏组件模型增加的配重质量Δm_pv由公式(11)确定：

Δm_pv＝(ρ_pv-ρ_pvm)V_m (11)

式中，V_m为单块光伏组件模型的体积；

5)柔性光伏支架结构气弹模型的拉索预张力的施加

对于柔性光伏支架结构气弹模型的斜拉索，通过对斜拉索与立柱顶部的连接弹簧进行预张拉来保证模型预张力的施加，弹簧拉伸量Δx由公式(12)确定：

式中，l₂为原型柔性光伏支架结构中斜拉索的长度，F₁为原型柔性光伏支架结构中斜拉索施加的预张力；

考虑到连接弹簧的自由长度和伸长量的影响，气弹模型中斜拉索的长度l_2m应按照公式(13)来修正：

对于柔性光伏支架结构气弹模型的水平拉索，若原型的水平拉索受到的预张力为F₂，则气弹模型水平拉索的预张力通过在水平拉索的一端施加质量为F₂/(9.8n³)的重物来实现。