靜設(shè)備石油化工設(shè)備技術(shù),2008,29(1)●22.Petro-Chemical Equipment Technology盲板蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)王偉,晏永飛,馬文濤(遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,遼寧撫順113001)摘要:依據(jù) JB 4732- -1995(鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》,選取三條路徑對(duì)卡箍型快開盲板蓋進(jìn)行強(qiáng)度校核,結(jié)果表明強(qiáng)度滿足要求。利用ANSYS優(yōu)化分析模塊,對(duì)盲板蓋結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。計(jì)算過(guò).程中,分別設(shè)定設(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變量及目標(biāo)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(shè)計(jì);強(qiáng)度;設(shè)計(jì)變量;狀態(tài)變量;目標(biāo)函敷中圖分類號(hào):TE969文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1006-8805(200801-0022-03快速開關(guān)盲板是為清掃、疏通管線,檢查、清對(duì)稱8節(jié)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(shè)置的- -種固定式快速開啟裝及網(wǎng)格圖見圖1.置,廣泛應(yīng)用于石油化工工業(yè)中,特別是在輸油管道的清掃管線作業(yè)中起到了重要的作用,是不可PACT缺少的設(shè)備。傳統(tǒng)快開盲板設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度計(jì)算，依賴于經(jīng)驗(yàn)公式,為保證安全往往采用保守的處理辦法,不僅浪費(fèi)材料,更主要的是設(shè)備笨重.本文在卡箍型快開盲板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,利用有限元分析軟件ANSYSI對(duì)盲板蓋進(jìn)行應(yīng)力分析按照J(rèn)B 4732- -1995《鋼制壓力容器一分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)盲板蓋進(jìn)行強(qiáng)度校核[2。校核強(qiáng)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(duì)盲板蓋的1.3 邊界條件結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)有在盲板蓋中心處施加軸對(duì)稱約束;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(yīng)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(yīng)力分析盲板蓋的內(nèi)表面施加均布的壓力載荷6.4MPa。1.1 材料常數(shù)盲板蓋材料為16MnR,公稱直徑為800 mm,完成了上述相關(guān)設(shè)定后,利用ANSYS求解器進(jìn)計(jì)算溫度為100C,計(jì)算壓力為6.4MPa,計(jì)算溫.行求解。1.4 強(qiáng)度校核度下的許用應(yīng)力S;=173 MPa,彈性模量E=依據(jù)JB 4732-1995的規(guī)定,一次總體薄膜2X 105 MPa.應(yīng)力強(qiáng)度S,的許用極限為Sa ;一次局部薄膜應(yīng)1.2建模及劃分網(wǎng)格在卡箍型快開盲板中,盲板蓋.連接簡(jiǎn)體是主力強(qiáng)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)和載荷特性滿足軸對(duì)稱條件,故對(duì)盲板蓋的分析采用軸對(duì)中國(guó)煤化工無(wú)順人. 2005年稱力學(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(jī)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(jī)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(shè)計(jì)次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度Ss的許用極限為1. 5Si;一次加求出變量的解稱為最優(yōu)解([.5]。二次應(yīng)力強(qiáng)度S,的許用極限為3Sm.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的在于尋求既安全又經(jīng)濟(jì)在盲板蓋上分別取3條路徑進(jìn)行強(qiáng)度校核，的結(jié)構(gòu)形式,優(yōu)化的目標(biāo)通常是求解具有最小質(zhì)路徑見圖2。量的結(jié)構(gòu),同時(shí)必須滿足- -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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果可以有效地降低材料消耗.減輕結(jié)構(gòu)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(jù)盲板蓋的結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)變量。盲板蓋A- -A路徑上的當(dāng)量應(yīng)力強(qiáng)度σ.必須滿足強(qiáng)度要求σn≤Si,其變形f要滿足剛度要求f≤0.015XH;B- -B路徑上的當(dāng)量應(yīng)力σb必須滿足強(qiáng)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(biāo)函數(shù)則為盲板蓋的質(zhì)量,為此選擇總質(zhì)量W為目標(biāo)函數(shù)。圖2分析路徑盲板蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型可以表述為:盲板蓋各分析路徑上的應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定如下:(minW(X)A-A路徑,一次薄膜應(yīng)力強(qiáng)度S;= 26.01x= [x.xz,xs]T = [H,A,B]TMPa