外文翻译--基于超椭圆方程中的压力容器封头的形状优化

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1、基于超椭圆方程中的压力容器封头的形状优化周一鸣，王博，程耿东国家工业装备结构分析重点实验室，大连技术大学，大连116023，中国摘要：本文研究了压力容器封头受内均匀压力形状优化设计。该优化的目标是最大限度地减少其最大应力，而容器封头的体积保持不小于标准椭圆形封头。超椭圆曲线选择来描述容器封头的中间表面形状是因为它代表着一个庞大的家庭的曲线只有两个或三个参数，使得设计和制造容易。在计算成本的角度和米塞斯应力的精度和噪声下，对有限元建模的不同元素和单元尺寸进行了详细的研究。最大应力对响应面。基于参数优化的优化

2、算法进行搜索，外形设计参数是近似由克里格代理模型和取样加入EI准则。最后，通过数值比较，证明超椭圆封头比标准椭球封头和其他封头在文献中都有较好的表现。关键词：形状优化；超椭圆函数；克里格；压力容器封头；抽样准则中图分类号：0342文档代码：A论文标识：1005-9113（2013）04-0052-111简介压力容器封头的设计长时间是非常重要的研究课题。在压力容器封头的形状28方面，研究人员主要集中在调整容器封头的形状和厚度，最大限度地减小最大应力。学者等人在膜理论框架中和给出的几种可能的最佳结构设计问题中

3、发现了弹性轴对称壳的形状和厚度分布。学者等人衍生的天然结构形状为轴对称加载旋转壳内的膜理论。精确和数值的结果，得到了两个的情况下，均匀的压力和零表面载荷的环载荷。作者比较一些不同类型的容器封头发现球形压力容器是最小厚度，最小重量和覆盖量上相当大的价值的领导者。但来制造它是非常艰难和昂贵。所以，一般气缸优先考虑。如果钢瓶，作者头相对较小的厚度，相对较小的重量和最高的覆盖量因此它对压力容器最好的封头。学者等人计算压力容器壳体厚度的要求，达到了设计的目的。采用ASME规范进行压力容器的分析。研究者还注意研究压力

4、容器的材料。学者等人提出了一种用于缠绕铰接式压力容器的半电池穹顶结构的优化设计问题，并提出了一种优化设计的方法，使压力容器的结构性能最大化。学者等人表明非测地线拱顶设计基于收益比一个依靠测地线缠绕性能更好，和纤维缠绕结构的结构效率还可以提高。压力容器封头一般凸的形状是椭圆形的，半球形和飞头，其中半球形封头具有均匀的曲率半径、应力分布均匀（最大应力水平下的内部压力最小）。然而，当容器的长度已知时，半球形容器头有一个小体积。因此，在工程领域中考虑设计准则，椭球形和飞头容器形封头可以普遍看到。其中，椭球体具有连

5、续、光滑的曲率半径以及几乎均匀的应力分布，特别是当模块（长轴与短轴的比值）等于228时，从力学性能上看，椭球形封头仅低于球面，但优于飞顶。同时，同时，椭球面也有如飞顶相同的浅层深度。因此，它被广泛地应用在低压容器中。然而，由于椭圆封头的结构特点，直筒的过渡区内的压力下附近有高应力区。对于薄壁容器封头，高应力区可以无限接近极限应力，此时可能会有倾斜危险。形状优化可以通过调整结构的内、外边界形状改善结构性能。所有的结构性能，在高应力或应力集中考察，常引起严重的结构损坏。结构优化是针对尽量减少结构的最大应力在压

6、力容器封头领域具有普遍意义。由于应力分布和最大应力取决于壳中表面曲率变化的强烈，壳中表面形状的优化是减轻容器封头应力严重集中的有力工具。对于大多数的实际形状优化问题，工程师经常使用一系列多参数的适当的基函数来描述结构的边界形状。然后，参数可以被选择作为设计变量的形状优化。适当的基函数可以描述丰富的曲线（或表面）的变化，只有几个参数，和曲线（或表面）所描述的应具有良好的形状保真度，从而获得的结果可以很容易地设计和制造。本文采用超椭圆函数作为压力容器封头形状优化的基函数，并将其最大应力最小化，最大限度的减少了

7、压力容器封头的体积。超椭圆曲线在直角坐标系中描述如下：其中分别指大于0的实数，和分别指超椭圆曲线的原点平移坐标系。椭圆、圆、矩形、菱形、星形线，抛物线和其他一些可在直角坐标系下曲线，可通过改变超椭圆曲线（1）上值a，b和n来获得。因此，利用超椭圆曲线比较有效的代表封闭曲线（或部分封闭曲线）这一类型。此外，形状优化结果使制造和控制容易，因为超椭圆函数没有许多形状控制参数。在超椭圆函数的早期研究主要集中应用分析解决问题。学者等人通过研究各种超椭圆曲线，提出了一系列新的容器形状.28通过对比研究目前方船曲线和相

8、似的超椭圆曲线，指出了后者的优越性和可行性。近年来，基于超椭圆曲线应力优化设计备受关注。作者曾研究超椭圆曲线，所获得的基准形状是完全指定的，以方便替代分析程序与不同的形状进行比较。一种最优的T形角形超椭圆曲线被提出，通过重新设计的标准刀具尖端，作者实现了牙齿的功能部分保持不变，而根的形状发生了变化，减少了应力的结果。该工具的尖端形状由不同的参数描述，使用的超椭圆的中心形状。在同一年，学者通过使用参数化的几何模型获得最佳的孔形状