基于有限元分析的管板结构优化设计

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1、·设计与研究·龚曙光谢桂兰基于有限元分析的管板结构优化设计$."""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""基于有限元分析的管板结构优化设计龚曙光，谢桂兰（湘潭大学机械工程学院!"#研究所，湖南湘潭$%%%&’）摘要：在有限元分析技术的基础上，结合优化设计技术，利用有限元分析软件完成了超规范管板系统的结构优化设计，并阐述了管板优化模型的建立，整个管板系统在优化后的重量与采用手工计算相比减少了()*+$,，将该优化结果应用于实践，

2、给企业带来的效益是显著的。关键词：优化设计；管板设计；有限元分析；压力容器中图分类号：!"#$$文献标识码：%文章编号：%&&)-.$/0（(&&(）&+-&&$.-&0!&’()*+,+-.*+/0/1!23’-4&’’*5*627*26’89:;<12"31456-76897，:;#16<-=89（:<897>89?9<@ABC<>D，E6989:<897>89，$%%%&’，!5<98）%34*6.7*：F8CAGH9>5A"9CDCCDC>AI，<>6CAGJ#K89GHL>

3、IA>5HG>HM8BBDH6>>5ANAC>C>B6M>6BAHO>B89C9HBI8=>6NA-C5AA>CM5AIAP;>78@A>5AGA>8<=8NH6>>5AHL>6NA-C5AA>PQ5ARA<75>HOHL>6NA-C5AA>R8CGAMBA8CAG()P+$,>589H9ACHOHB<7<98=PQ55HGM89NAR/6?4：2L>；J<9<>A#=A

4、IA9>"98=DC

5、设计（TAC<79ND板强度的削弱，可以采用有效弹性模量!!和有效泊松比"98=DC

6、部件的应力分析设计过程中引入优化设计。设计压力：管程#，>$0%*$KU8壳程#。设计温度：管程C$(*’KU8#管板的工作条件与结构模型为-%&!0&Z，壳程为-%’Z。材某厂氨冷器的结构型式如图%所示，是一个?型换热料：管板为(&K9KH锻件，球形封头器，由于其公称直径和公称压力的乘积（0%*$X%$&&Y$*0.+为%+K9W。许用应力%：管板为I$）大于%&$，已超出了1F%’%-.’［%］的规定，其零部件的X%&%.+KU8，球形封头为%$)KU8。材料图(管箱结构模型设计过程不能采用常规设计

7、，而必须要采用分析设计。的弹性模量!$(*&&%&’KU8，泊松比"$&*0。由于管板两侧的温度相差不大，可以忽略温度对管板的影响。根据上述的假设和条件，管箱结构必须要分两部分来考虑，即布管区（如图(中"区）按等效圆平板来处理，而非布管区（如图(中#区）则按实际情况处理。这样处理后，利用轴对称有限元计算得到的位移可作为原管箱系统的变形位移，而布管区的真实应力是计算所得应力除以开孔削弱系数!，非布管区的应力就是计算所得应力。有效弹性系数和开孔削弱系数均与孔管带效率"有图%氨冷器的结构示意图关，根据本管板的

8、结构形式，孔管带效率"$（’()）／’$（0)(($）／0)$&*0’（其中’是孔间距，)是管孔的直径）。收稿日期：(&&(-&’-%0作者简介：龚曙光（%.+’-），男，湖南涟源人，湘潭大学副教授，在读博士，主要从事多学科结构优化、!"#技术的研究和应用工作。%"!""!年’’月机械设计与制造工程第$’卷第&期&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&查文献［