盲板蓋優(yōu)化設計

靜設備石油化工設備技術(shù),2008,29(1)●22.Petro-Chemical Equipment Technology盲板蓋優(yōu)化設計王偉,晏永飛,馬文濤(遼寧石油化工大學(xué)機械工程學(xué)院,遼寧撫順113001)摘要:依據 JB 4732- -1995(鋼制壓力容器-分析設計標準》,選取三條路徑對卡箍型快開(kāi)盲板蓋進(jìn)行強度校核,結果表明強度滿(mǎn)足要求。利用ANSYS優(yōu)化分析模塊,對盲板蓋結構尺寸進(jìn)行優(yōu)化設計。計算過(guò).程中,分別設定設計變量、狀態(tài)變量及目標函教，選代12次后得到最優(yōu)解,使盲板蓋質(zhì)量比優(yōu)化前減少了15. 31%. .關(guān)鍵詞:盲板蓋優(yōu)化設計;強度;設計變量;狀態(tài)變量;目標函敷中圖分類(lèi)號:TE969文獻標識碼:B 文章編號:1006-8805(200801-0022-03快速開(kāi)關(guān)盲板是為清掃、疏通管線(xiàn),檢查、清對稱(chēng)8節點(diǎn)PLANE82單元進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )劃分。模型理容器而在管口處設置的- -種固定式快速開(kāi)啟裝及網(wǎng)格圖見(jiàn)圖1.置,廣泛應用于石油化工工業(yè)中,特別是在輸油管道的清掃管線(xiàn)作業(yè)中起到了重要的作用,是不可PACT缺少的設備。傳統快開(kāi)盲板設計中的強度計算，依賴(lài)于經(jīng)驗公式,為保證安全往往采用保守的處理辦法,不僅浪費材料,更主要的是設備笨重.本文在卡箍型快開(kāi)盲板結構設計基礎上,利用有限元分析軟件ANSYSI對盲板蓋進(jìn)行應力分析按照JB 4732- -1995《鋼制壓力容器一分析設計標準》對盲板蓋進(jìn)行強度校核[2。校核強度圖1盲板蓋模型及網(wǎng)格圖合格后,利用ANSYS軟件優(yōu)化模塊對盲板蓋的1.3 邊界條件結構尺寸進(jìn)行優(yōu)化凹,優(yōu)化后盲板蓋的質(zhì)量和原來(lái)相比減輕了15.31%,說(shuō)明本次的優(yōu)化設計有在盲板蓋中心處施加軸對稱(chēng)約束;盲板蓋與卡箍連接處的右邊緣施加X(jué)方向的約束;盲板蓋- -定的實(shí)際應用價(jià)值.與卡箍連接處的上邊緣施加Y方向的約束。在1盲板蓋應力分析盲板蓋的內表面施加均布的壓力載荷6.4MPa。1.1 材料常數盲板蓋材料為16MnR,公稱(chēng)直徑為800 mm,完成了上述相關(guān)設定后,利用ANSYS求解器進(jìn)計算溫度為100C,計算壓力為6.4MPa,計算溫.行求解。1.4 強度校核度下的許用應力S;=173 MPa,彈性模量E=依據JB 4732-1995的規定,一次總體薄膜2X 105 MPa.應力強度S,的許用極限為Sa ;一次局部薄膜應1.2建模及劃分網(wǎng)格在卡箍型快開(kāi)盲板中,盲板蓋.連接簡(jiǎn)體是主力強度S2的許用極限為1. 5Sm;一次薄膜加一要的承壓元件,由于盲板蓋的結構特點(diǎn)和載荷特性滿(mǎn)足軸對稱(chēng)條件,故對盲板蓋的分析采用軸對中國煤化工無(wú)順人. 2005年稱(chēng)力學(xué)模型。盲板蓋的厚度H= 85 mm,盲板蓋與卡箍接觸部分的寬度A=25 mm、高度B= 30:YHCNMHG業(yè),獲工學(xué)碩士學(xué)位。塊就明丁山丁口刪化上入于機微⊥程學(xué)院,講師。從事mm.采用有限元分析軟件ANSYS9.0提供的軸化工過(guò)程機械方面的研究及教學(xué)工作。已發(fā)表論文13篇.第29卷第1期王偉等. 盲板蓋優(yōu)化設計次彎曲應力強度Ss的許用極限為1. 5Si;一次加求出變量的解稱(chēng)為最優(yōu)解([.5]。二次應力強度S,的許用極限為3Sm.結構優(yōu)化設計的目的在于尋求既安全又經(jīng)濟在盲板蓋上分別取3條路徑進(jìn)行強度校核，的結構形式,優(yōu)化的目標通常是求解具有最小質(zhì)路徑見(jiàn)圖2。量的結構,同時(shí)必須滿(mǎn)足- -定的約束條件 ,以獲得最佳的靜力或動(dòng)力等形態(tài)特征。顯然,結構優(yōu)化設計的結果可以有效地降低材料消耗.減輕結構自重并最大限度地提高產(chǎn)品的性能。2.2有 限元優(yōu)化模型B根據盲板蓋的結構特點(diǎn),將盲板蓋厚度H、盲板蓋與卡箍接觸部分寬度A和高度B作為優(yōu).化設計變量。盲板蓋A- -A路徑上的當量應力強度σ.必須滿(mǎn)足強度要求σn≤Si,其變形f要滿(mǎn)足剛度要求f≤0.015XH;B- -B路徑上的當量應力σb必須滿(mǎn)足強度要求σa≤3S ,將這3個(gè)變.量作為狀態(tài)變量加以限制。目標函數則為盲板蓋的質(zhì)量,為此選擇總質(zhì)量W為目標函數。圖2分析路徑盲板蓋結構優(yōu)化設計數學(xué)模型可以表述為:盲板蓋各分析路徑上的應力強度評定如下:(minW(X)A-A路徑,一次薄膜應力強度S;= 26.01x= [x.xz,xs]T = [H,A,B]TMPa