晶硅太阳能电池印刷设备刮墨机构的分析与研究

【摘要】：硅太阳能电池是一种有效地吸收太阳能辐射并使之转化为电能的半导体电子器件，广泛应用于各种照明及发电系统中。丝网印刷是生产硅太阳能电池的重要工序，其印刷质量(厚度，宽度，精度，形状等)影响硅太阳能电池的技术指标。刮墨机构是硅太阳能电池印刷设备的关键机构之一，其质量和稳定性对印刷质量有着直接的影响。本文针对刮墨机构的机械性能要求，对其结构进行系统分析及优化设计，以达到减轻质量、降低振动的目的。 本文以硅太阳能电池印刷设备的刮墨机构为研究对象，使用Pro/E软件建立了其结构实体的三维模型，选用SOLID45实体对简化后的结构进行单元划分，通过有限元分析软件ANSYS进行静力学分析和模态分析，获得了刮墨机构的应力分布云图和振型图，从而得出刮墨机构的薄弱环节，为刮墨机构的优化设计提供了依据。然后把机构模型简化，基于有限元原理、KED方法和Lagrange方程，建立了其弹性动力学方程。通过算例，分析了刮墨机构的滑动轴的弹性变形情况。 为了解决工程结构设计变量多、结构分析花费时间长的问题，本文采用试验设计与近似模型相结合的方法来降低优化规模，缩短优化时间。首先，选取七个因子，采用正交试验法对刮墨机构进行仿真分析；其次，应用直观分析和方差分析方法探讨了各个因子对于结构质量、最大应力、最大位移和第一阶固有频率影响的显著性，并对结构质量、最大应力、最大位移和第一阶固有频率与它们各自的显著因子之间的关系进行了多元回归分析，得出了各自的数学表达式；最后，以减轻质量、降低振动为目标，建立了刮墨机构的优化设计数学模型，得到了可以满足强度和变形要求的优化设计方案，实现了优化目标。 本文的研究方法可以为工程实际应用提供一定的参考价值，同时也为结构的优化设计研究提供了一种思维方式。 【关键词】：有限元分析 运动弹性动力学分析 正交试验设计 多元回归分析 优化分析
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题来源11
• 1.2 研究的背景及意义11-12
• 1.3 国内外丝网印刷设备的现状及发展趋势12-14
• 1.3.1 国内外丝网印刷设备的发展现状12-13
• 1.3.2 丝网印刷设备的研究现状13-14
• 1.3.3 丝网印刷设备的未来发展趋势14
• 1.4 结构优化方法简介14-17
• 1.4.1 尺寸优化15
• 1.4.2 形状优化15-16
• 1.4.3 拓扑优化16-17
• 1.5 本文主要研究内容与组织结构17-19
• 1.5.1 本文主要研究内容17-18
• 1.5.2 本文组织结构18-19
• 第二章 刮墨机构有限元动静态分析19-29
• 2.1 刮墨机构的结构组成19-20
• 2.2 刮墨机构的有限元建模20-22
• 2.2.1 建立有限元模型时的简化原则20-21
• 2.2.2 统一单位制21
• 2.2.3 定义材料属性与划分网格21-22
• 2.3 刮墨机构的静力学分析22-24
• 2.3.1 施加载荷和边界条件22-23
• 2.3.2 计算结果与分析23-24
• 2.4 刮墨机构的模态分析24-28
• 2.4.1 模态分析概述24-26
• 2.4.2 模态仿真分析26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 刮墨机构的运动弹性动力学分析29-40
• 3.1 机构模型简化29-30
• 3.2 弹性动力学方程的建立30-34
• 3.2.1 空间有限元模型30-32
• 3.2.2 单元动力学方程32-33
• 3.2.3 系统弹性动力学方程33-34
• 3.3 频率特性分析34-35
• 3.4 动力学方程求解35-36
• 3.5 算例分析36-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 正交试验设计与回归分析40-64
• 4.1 正交试验的设计40-43
• 4.1.1 正交试验设计方法的简介40-41
• 4.1.2 确定因素水平和指标41-43
• 4.2 回归分析方法的理论介绍43-44
• 4.2.1 线性回归分析43-44
• 4.2.2 非线性回归分析44
• 4.3 计算结果分析44-63
• 4.3.1 结构质量45-50
• 4.3.2 第一阶固有频率50-54
• 4.3.3 最大应力54-58
• 4.3.4 最大位移58-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 刮墨机构的优化设计64-69
• 5.1 多目标优化问题64-66
• 5.1.1 多目标问题的数学模型64-65
• 5.1.2 多目标问题的解法65-66
• 5.2 刮墨机构优化设计的数学模型66
• 5.3 优化结果与分析66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 总结与展望69-71
• 总结69-70
• 研究展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果75-76
• 致谢76-77
• 附件77

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