光伏道路承重层设计方法与流程

本发明涉及道路技术领域，尤其涉及一种光伏道路承重层设计方法。

背景技术：

作为道路未来发展方向的光伏道路，可由多个光伏道路路块组装构成，其中，光伏道路路块通常包括透光型的路面、将太阳能转化成电能的光伏组件以及承载光伏组件的道路底层。

相较于现有的道路，光伏道路的道路底层除了包括路面垫层和路基层之外，还进一步包括了用于承载固定光伏组件的光伏道路承重层。因此有必要针对光伏道路承重层的研究和开发进行关注。目前，通常采用实验测试的方法来对设计的光伏道路承重层进行验证，研发成本高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光伏道路承重层设计方法，能够结合有限元分析筛选出在各种工况测试条件下满足预设的应力形变要求的光伏道路承重层。

根据本发明的一方面，本发明提供了一种光伏道路承重层设计方法，包括：

获取光伏道路承重层的至少一种候选设计；

构建所述候选设计对应的光伏道路路块有限元模型；其中，所述光伏道路路块有限元模型中包括：路面保护层模型、光伏组件模型，以及与所述候选设计对应的光伏道路承重层模型；所述光伏组件模型装配在所述光伏道路承重层模型的预制体槽中；所述路面保护层模型装配在所述光伏组件模型及所述光伏道路承重层模型上；

针对预设的每种工况测试条件，在所述光伏道路路块有限元模型中的所述路面保护层模型上施加与所述工况测试条件对应的载荷，求解在所述工况测试条件下所述候选设计对应的光伏道路承重层的应力形变分布结果；

根据所述应力形变分布结果和预设的应力形变要求，从各种候选设计中筛选出所述光伏道路承重层的优选设计。

本发明提供的光伏道路承重层设计方法，构建各光伏道路承重层的候选设计对应的光伏道路路块有限元模型；并基于光伏道路路块有限元模型求解在各种工况测试条件下各种候选设计对应的光伏道路承重层的应力形变分布结果；这样，通过有限元分析的结果筛选出在各种工况测试条件下满足预设的应力形变要求的光伏道路承重层，提高了研发效率，也降低了研发成本。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为根据本发明的一个实施例提供的光伏道路承重层设计方法的流程示意图；

图2为根据本发明的一个实施例提供的光伏道路路块有限元模型的结构示意图；

图3为根据本发明的一个实施例提供的光伏道路承重层模型的结构示意图；

图4为根据本发明的一个实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种光伏道路承重层设计方法，可以包括如下步骤：

s110：获取光伏道路承重层的至少一种候选设计。

本发明实施例中，针对光伏道路承重层，可以收集获取至少一种候选设计。

其中，所述光伏道路承重层的候选设计中至少包括如下参数的设计：

所述光伏道路承重层的材料属性、用于承载光伏组件的预制体槽的位置、尺寸和数量；其中，所述材料属性可以包括如下参数：材料、密度、杨氏模量和泊松比。

在本发明的一些实施例中，候选设计中可以包括如下参数的设计：光伏道路承重层中预制体的材料属性、预制体的尺寸、预制体的数量、预制体中预制体槽的尺寸和数量。其中，预制体的数量可以为一个或多个；预制体的材料属性即光伏道路承重层的材料属性。

s120：构建所述候选设计对应的光伏道路路块有限元模型；其中，所述光伏道路路块有限元模型中包括：与所述候选设计对应的光伏道路承重层模型、装配在所述光伏道路承重层模型的预制体槽中的光伏组件模型，以及装配在所述光伏组件模型及所述光伏道路承重层模型上的路面保护层模型。

本发明实施例中，如图2所示，光伏道路路块有限元模型中包括：路面保护层模型、光伏组件模型和光伏道路承重层模型；所述光伏组件模型装配在所述光伏道路承重层模型的预制体槽中；所述路面保护层模型装配在所述光伏组件模型及所述光伏道路承重层模型上。

其中，光伏道路承重层模型是预先根据光伏道路承重层的一种候选设计构建的，构建的光伏道路承重层模型与所述候选设计对应；光伏道路承重层模型中包括至少一个预制体槽，如图3所示。

在本发明实施例中，可以预先针对预装配在光伏道路承重层中的光伏组件，根据光伏组件的尺寸结构，构建光伏组件的几何模型；并根据光伏组件的材料属性对光伏组件的几何模型进行材料属性定义以得到光伏组件模型。

实际应用中，光伏道路路块有限元模型中可以包括一个或多个光伏组件模型，光伏道路承重层模型的每个预制体槽中可以装配一个或多个光伏组件模型。

在本发明实施例中，可以预先根据光伏道路承重层的尺寸，以及路面保护层的尺寸结构，构建与光伏道路承重层的尺寸匹配的路面保护层的几何模型，并根据路面保护层的材料属性对路面保护层的几何模型进行材料属性定义以得到路面保护层模型。

本发明的一些实施例中，可以将预先构建的光伏组件模型通过第二填充胶装配在所述预制体槽中，并将预先构建的路面保护层模型覆盖在所述光伏道路承重层模型以及所述光伏道路承重层模型中所述预制体槽中的所述光伏组件模型上，得到所述光伏道路路块有限元模型。光伏道路路块有限元模型中，光伏组件模型与预制体槽之间的第二填充胶预先定义了材料属性。

s130：针对预设的每种工况测试条件，在所述路面保护层模型上施加与所述工况测试条件对应的载荷，求解在所述工况测试条件下所述候选设计对应的光伏道路承重层的应力形变分布结果。

本发明实施例中，可以预先根据光伏道路的不同工况设置多种工况测试条件。其中，所述工况测试条件可以包括：所述路面保护层模型中用于加载载荷的接触面的位置和尺寸、以及加载在所述接触面上的载荷的大小。

其中，路面保护层模型中用于加载载荷的接触面的位置、尺寸以及载荷的大小，可以由本领域技术人员根据光伏道路路块的路面承载对象来预先设置。其中，路面承载对象指的是光伏道路路块的表面可能承载的对象，可以包括但不限于：不同的车轮、不同的脚步等。

基于光伏道路路块中的车流量和人流量的考虑，在本发明的一些实施例中，所述工况测试条件还可以包括：所述载荷的施加频率和施加时长。其中，载荷的施加频率和施加时长可以由本领域技术人员根据应用场景来预先设置。

基于不同的路面承载对象与光伏道路路块的表面的接触方式的考虑，在本发明的一些实施例中，所述工况测试条件还可以包括：加载在接触面上的载荷的方向。比如，重力方向，水平方向。

相应地，加载在接触面上的载荷可以包括：重力方向的载荷，和/或水平方向的载荷。

本发明实施例中，针对每种工况测试条件，在光伏道路路块有限元模型中的路面保护层模型上施加与该工况测试条件对应的载荷，求解在该种工况测试条件下光伏道路承重层的应力形变分布结果。其中，应力形变分布结果中包括：应力分布结果和形变分布结果。

这样，可以针对每一种光伏道路承重层的候选设计，得到该种候选设计所对应的光伏道路沉重层在各种工况测试条件下的应力形变分布结果。

s140：根据所述应力形变分布结果和预设的应力形变要求，从各种候选设计中筛选出所述光伏道路承重层的优选设计。

本发明实施例中，在通过步骤s130获取各种候选设计所对应的光伏道路沉重层在各种工况测试条件下的应力形变分布结果之后，可以针对每一种候选设计，将该种候选设计所对应的光伏道路沉重层在各种工况测试条件下的应力形变分布结果与预先设置的应力形变要求进行比对，判断应力形变分布结果是否满足应力形变要求；若满足，则确定该种候选设计为所述光伏道路承重层的优选设计。

在本发明的一些实施例中，针对每一种候选设计，从该种候选设计对应的光伏道路承重层在各种工况测试条件下的应力形变分布结果中提取最大应力值和最大形变值；判断提取的最大应力值和最大形变值是否均满足所述应力形变要求，若是，则确定该种候选设计为所述光伏道路承重层的优选设计。

其中，应力形变要求可以是指最大应力值小于材料应力极限值，最大形变值小于材料形变极限值。可选地，也可以是最大应力值小于材料应力极限值，最大形变值小于材料形变极限值，且材料应力极限值与最大应力值的差值大于或等于应力阈值，材料形变极限值与最大形变值的差值大于或等于形变阈值。

本发明提供的光伏道路承重层设计方法，构建各光伏道路承重层的候选设计对应的光伏道路路块有限元模型；并基于光伏道路路块有限元模型求解在各种工况测试条件下各种候选设计对应的光伏道路承重层的应力形变分布结果；这样，通过有限元分析的结果筛选出在各种工况测试条件下均满足预设的应力形变要求的光伏道路承重层，提高了研发效率，也降低了研发成本。

在本发明的一些实施例中，在预制体的数量为多个的情况下，光伏道路承重层由多个预制体按照预先设定的拼接策略拼接而成，多个预制体之间可以通过第一填充胶拼接。其中，预制体的拼接策略可由本领域技术人员根据道路实际需求进行设置。

考虑到，对于不同的候选设计，可能因为第一填充胶的材料属性的不同而呈现不同的效果。因此，在本发明的一些实施例中，候选设计中设计的参数还可以包括第一填充胶的材料属性。

在本发明的一些实施例中，预制体中可以包括一个或多个预制体槽，也可以不包括预制体槽。实际应用中，可以根据预制体的布局环境考虑是否在预制体中设置用于承载光伏组件的预制体槽。例如，对于一些将布局在光照非常弱的环境下预制体，无需装配光伏组件，因此，可以考虑不开设预制体槽。

在本发明的一些实施例中，与光伏道路承重层的候选设计对应的光伏道路路块有限元模型中，与候选设计对应的光伏道路承重层模型中可以包括至少一个预制体，所述预制体中包括目标数量的预制体槽；多个所述预制体的情况下，多个预制体之间通过第一填充胶拼接。其中，目标数量可以为0，或者大于0。

在本发明的一些实施例中，为了便于求解应力形变分布结果，在构建所述候选设计对应的光伏道路路块有限元模型之后，可以对所述光伏道路路块有限元模型进行网格划分。

在本发明的一些实施例中，基于光伏道路路块中不同部件的尺寸的考虑，可以按照各自对应的网格划分方式分别进行网格划分。网格划分方式包括但不限于：中性轴(medial-axis)划分法和前沿推进(advancingfront)划分法。可以理解的是，本领域技术人员可以根据medial-axis划分法和advancingfront划分法的常规手段进行网格的划分，此处不再详述。

在本发明的一些实施例中，为了更加准确地求解应力形变分布结果，在网格划分之后，可以基于网格划分后的光伏道路路块有限元模型，建立所述光伏组件模型与所述预制体槽的接触关系，以及所述路面保护层模型分别与所述光伏组件模型、所述光伏道路承重层模型的接触关系。之后，根据所述工况测试条件，在所述路面保护层模型上施加与所述工况测试条件对应的载荷，并求解在所述工况测试条件下所述候选设计对应的光伏道路承重层的应力形变分布结果。

在本发明的一些实施例中，考虑在道路应用中光伏道路承重层通常设置在道路路基层之上，且在光伏道路承重层与路基层之间通常还设有路面垫层。

因此，在本发明的一些实施例中，所述光伏道路路块有限元模型中还包括：路面垫层模型和路基层模型；其中，所述光伏道路承重层模型装配在所述路面垫层模型上；所述路面垫层模型装配在所述路基层模型。

相应地，在所述路面保护层模型上施加与所述工况测试条件对应的载荷之前，可以建立所述光伏道路承重层模型与所述路面垫层模型之间的接触关系、所述路面垫层模型与所述路基层模型之间的接触关系；约束所述路基层模型远离所述路面垫层模型的一侧的自由度。实际应用中，可以对路基层模型的平动自由度以及转动自由度的约束实现路基层模型远离路面垫层模型的一侧的自由度。

在本发明的一些实施例中，考虑光伏道路路块的表面承载的对象的不同，为了保障求解的应力形变分布结果的准确性，所述在所述光伏道路路块有限元模型中的所述路面保护层模型上施加与所述工况测试条件对应的载荷之前，还包括：根据所述工况测试条件中与所述载荷对应的路面承载对象的材料属性、接触面的尺寸，构建对应的路面承载对象模型；根据所述工况测试条件中所述接触面的位置，将所述路面承载对象模型装配在所述路面保护层模型中用于承载载荷的接触面上。

相应地，所述工况测试条件还可以包括：所述载荷对应的路面承载对象的材料属性。例如，汽车车轮的材料为橡胶，密度为570kg/m³，杨氏模量为1.2e9，泊松比为0.3。

相应地，所述在所述光伏道路路块有限元模型中的所述路面保护层模型上施加与所述工况测试条件对应的载荷，包括：根据所述工况测试条件中的所述载荷的大小，将所述载荷施加在所述路面承载对象模型与所述路面保护层模型接触的接触面上。

基于上述实施例，本发明的一个实施例还提供了一种光伏道路承重层设计装置，包括：

设计获取单元，用于获取光伏道路承重层的至少一种候选设计；

模型构建单元，用于构建所述候选设计对应的光伏道路路块有限元模型；其中，所述光伏道路路块有限元模型中包括：与所述候选设计对应的光伏道路承重层模型、装配在所述光伏道路承重层模型的预制体槽中的光伏组件模型，以及装配在所述光伏组件模型及所述光伏道路承重层模型上的路面保护层模型；

有限元分析单元，用于针对预设的每种工况测试条件，在所述路面保护层模型上施加与所述工况测试条件对应的载荷，求解在所述工况测试条件下所述候选设计对应的光伏道路承重层的应力形变分布结果；

设计筛选单元，用于根据所述应力形变分布结果和预设的应力形变要求，从各种候选设计中筛选出所述光伏道路承重层的优选设计。

可以理解的是，本发明实施例提供的光伏道路承重层设计装置中各单元的具体功能实现可以参考上述光伏道路承重层设计方法中各步骤的实现。

可以理解的是，在本发明的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式执行，也可以采用软件功能模块的形式执行。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式执行并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

本发明实施例还提供一种电子设备，请参阅图4，图4是根据本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：至少一个处理器410，例如cpu(centralprocessingunit，中央处理器)，至少一个通信接口430，存储器440，至少一个通信总线420。其中，通信总线420用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口430可以包括显示屏(display)、键盘(keyboard)，可选通信接口430还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器440可以是高速ram存储器(randomaccessmemory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器440可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器410的存储装置。其中存储器440中存储应用程序，且处理器410调用存储器440中存储的程序代码，以用于执行上述任意方法实施例中的光伏道路承重层设计方法。

其中，通信总线420可以是外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。通信总线420可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器440可以包括易失性存储器(英文：volatilememory)，例如随机存取存储器(英文：random-accessmemory，缩写：ram)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatilememory)，例如快闪存储器(英文：flashmemory)，硬盘(英文：harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(英文：solid-statedrive，缩写：ssd)；存储器440还可以包括上述种类的存储器的组合。

其中，处理器410可以是中央处理器(英文：centralprocessingunit，缩写：cpu)，网络处理器(英文：networkprocessor，缩写：np)或者cpu和np的组合。

其中，处理器410还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specificintegratedcircuit，缩写：asic)，可编程逻辑器件(英文：programmablelogicdevice，缩写：pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complexprogrammablelogicdevice，缩写：cpld)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmablegatearray，缩写：fpga)，通用阵列逻辑(英文：genericarraylogic，缩写：gal)或其任意组合。

本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的光伏道路承重层设计方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

可以理解地，在本发明的描述中，本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。