水研磨分离退役光伏组件的SPH-FEM耦合模拟方法

本发明涉及退役光伏回收，尤其是涉及水研磨分离退役光伏组件的sph-fem耦合模拟方法。

背景技术：

1、晶硅光伏组件的回收难点主要在于封装材料的破坏与去除，从而分离光伏层压件。与传统光伏组件回收方法相比，水射流研磨去除封装材料eva的过程工艺简单且清洁无污染，无需添加化学试剂或进行机械破碎，便可得到完整的焊带和电池片。目前，对于利用水射流研磨回收退役光伏组件的研究与耦合模拟较少。因此，本发明针对传统回收工艺的现有问题，提出水研磨分离退役光伏组件的sph-fem耦合模拟方法。

2、射流高速冲击涉及材料的大变形、破碎和飞溅等现象，利用基于网格的方法对其进行数值模拟可能存在单元畸变等困难而计算终止。光滑粒子流体动力学(sph)作为一种无网格、拉格朗日粒子法，在处理大变形方面较有限元法(fem)有优势，但计算精度和效率都不及fem。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：为了解决现有射流高速冲击涉及材料的大变形、破碎和飞溅等现象，利用基于网格的方法对其进行数值模拟可能存在单元畸变等困难而计算终止的问题，现提供了一种水射流研磨分离退役光伏组件的sph-fem(光滑粒子-有限元)耦合模拟方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水射流研磨分离退役光伏组件的sph-fem(光滑粒子-有限元)耦合模拟方法，具体操作步骤如下：

3、a1、设置模拟实验数据：上半部分圆形水射流出口面的直径、下半部分eva封装材料的长方体固体域的大小、水射流出口面至eva封装材料上表面的间距、水射流出口的射流速度，以及水射流出口面与eva封装材料上表面形成的角度；

4、a2、通过对设置的模拟实验数据进行处理，得到归一化参数；

5、a3、建立射流研磨三维物理模型，进行冲击eva封装材料；

6、a4、对封装材料的长方体固体域进行网格划分，并将水射流冲击区域进行网格细化；

7、a5、利用关键字set_nodes(创建节点)将水射流出口面的网格节点转化为一层sph粒子；

8、a6、设置关键字boundary_spc_set(固定边界)将eva封装材料下表面固定于水平面；

9、a7、利用ls-dyna进行计算总时间内封装材料的长方体固体域的网格失效情况，即研磨深度与广度，并按时间步长逐步输出数据。

10、优选地一些实施方式，步骤a2中设置归一化参数为以相同的射流速度，在入射面至eva封装材料水平上表面的间距与入射面的直径的比值等于1时，分别选取不同入射面与eva封装材料水平上表面形成的角度，或者以相同的射流速度，在相同的入射面与eva封装材料水平上表面形成的角度时，分别选取不同入射面至eva封装材料水平上表面的间距与入射面的直径的比值。

11、优选地一些实施方式，其中步骤a3具体步骤如下：

12、打开hypermesh软件，输入上半部分圆形水射流出口面直径d的大小，和下半部eva为材料的长方体固体域的大小。

13、优选地一些实施方式，其中步骤a4具体步骤如下：

14、选择hypermesh里的automesh模块对模型进行网格划分，接着打开edit_elements_refine by patternx细化射流冲击区域网格。

15、优选地一些实施方式，其中步骤a5具体步骤如下：

16、打开set_node选择范围创建，对步骤a4建立的水射流出口面进行框选，水射流出口面内的网格节点均转化为sph粒子；

17、其中sph方法的基础是插值理论，sph用一组粒子去表示流动的液体，并将流体的所有物理和数学特性都赋给sph粒子，sph粒子通过点插值的方法近似求出支持域内任意点的场变量，点i处的插值函数场变量可表示为：

18、

19、式中，mj和pj分别是粒子j的质量和密度，n是在半径支持域内的粒子数总和，w(|xi-xj|，h)是基于光滑函数的b样条曲线。

20、优选地一些实施方式，其中步骤a6具体步骤如下：

21、a6.1打开ls-prepost中的keyword manager进行关键字定义；

22、a6.2打开关键字section_solid(固体属性)和section_sph(sph属性)，secid为单元类型，与相应的part保持一致，其他默认；打开control_sph，因为本模拟模型为三维，因此定义idim(模型维数)为3，其他值默认；

23、a6.3对水射流sph粒子进行材料定义和对eva进行弹塑性材料定义；

24、a6.4定义状态方程，打开eos_gruneisen，定义水的状态方程参数；

25、a6.5定义接触类型，由于本模拟为sph-fem耦合且涉及单元侵蚀，打开contact_eroding_nodes_to_surface(点面接触)进行参数定义；

26、a6.6打开关键字define_coordinate_system建立局部坐标系，其中射流速度方向为z的负半轴，打开define_sph_injection(定义sph射流)，将入射面定义为无限sph射流粒子，根据归一化参数来设置速度为vz；

27、a6.7打开关键字control_termination和control_timestep，定义模拟时间总长和时间步长。

28、本发明的有益效果是：本发明水研磨分离退役光伏组件的sph-fem耦合模拟方法在使用时，既拥有了sph法在涉及大变形、破碎和飞溅等现象的模拟优势，又具有fem法的计算效率与精度；通过ls-dyna模拟计算了水射流研磨去除eva封装材料，从而达到无损拆解退役光伏组件的目的，该模拟方法计算准确、低成本，与实际情况贴合；利用单元失效的侵蚀效果，真实地模拟出水射流去除eva封装材料的实际研磨形状。

技术特征：

1.水研磨分离退役光伏组件的sph-fem耦合模拟方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

2.根据权利要求1所述的水研磨分离退役光伏组件的sph-fem耦合模拟方法，其特征在于：步骤a2中设置归一化参数为以相同的射流速度，在入射面至eva封装材料水平上表面的间距与入射面的直径的比值等于1时，分别选取不同入射面与eva封装材料水平上表面形成的角度，或者以相同的射流速度，在相同的入射面与eva封装材料水平上表面形成的角度时，分别选取不同入射面至eva封装材料水平上表面的间距与入射面的直径的比值。

3.根据权利要求2所述的水研磨分离退役光伏组件的sph-fem耦合模拟方法，其特征在于，其中步骤a3具体步骤如下：

4.根据权利要求3所述的水研磨分离退役光伏组件的sph-fem耦合模拟方法，其特征在于，其中步骤a4具体步骤如下：

5.根据权利要求4所述的水研磨分离退役光伏组件的sph-fem耦合模拟方法，其特征在于，其中步骤a5具体步骤如下：

6.根据权利要求5所述的水研磨分离退役光伏组件的sph-fem耦合模拟方法，其特征在于，其中步骤a6具体步骤如下：

技术总结
本发明涉及退役光伏回收技术领域，尤其是涉及水研磨分离退役光伏组件的SPH‑FEM耦合模拟方法，具体操作步骤如下：A1、设置模拟实验数据：上半部分圆形水射流出口面的直径、下半部分EVA封装材料的长方体固体域的大小、水射流出口面至EVA封装材料上表面的间距、水射流出口的射流速度，以及水射流出口面与EVA封装材料上表面形成的角度；使用时，既拥有了SPH法在涉及大变形、破碎和飞溅等现象的模拟优势，又具有FEM法的计算效率与精度；通过LS‑DYNA模拟计算了水射流研磨去除EVA封装材料，从而达到无损拆解退役光伏组件的目的，该模拟方法计算准确、低成本，与实际情况贴合；利用单元失效的侵蚀效果，真实地模拟出水射流去除EVA封装材料的实际研磨形状。

技术研发人员：朱科钤,王振旭,孙涛,张瀚文,张新哲,庄虎梁
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16