压力容器壳体的优化设计.doc

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1、郑州大学论文题目：压力容器壳体的优化设计—中低压容器壳体的优化设计学生姓名贺李萍20080360109鲁灵涛20080360117王牧苏20080360123指导教师王宝东班级一班专业过程装备与控制工程学院化工与能源学院2011年5月*日7压力容器壳体的优化设计—中低压容器壳体的优化设计摘　要:在可靠性优化设计理论的基础上，探讨压力容器壳体优化设计的一般方法。在保证一定要求的情况下，以容器壳体金属消耗量最低为设计追求目标，导出压力容器可靠性优化设计的数学模型，利用内点惩罚函数法和程序，可以得到在一定长径比范围内满足预定可靠性要求的一系列局部优化

2、设计方案。文中论述了压力容器壳体优化设计的方法,简述优化设计的可行性,对降低产品成本,增强市场竞争力有着现实的意义。关键词:压力容器壳体优化设计Abstract:Inthispaper,basedonthetheoryofreliabilityoptimizationdesign,itdiscussesonthebasisofoptimizingthedesignofpressurevesselshellgeneralmethod.Withthelowestconsumptionofcontainerforthedesignofthemetal

3、shelltopursuegoals,pressurevesselreliabilityoptimaldesignderivedamathematicalmodel,theinteriorpenaltyfunctionmethodandVBprograminacertainaspectratiocanbescheduledtomeetthereliabilityrequirementswithinaSeriesoflocaloptimizationdesign.Thisarticlediscussestheoptimaldesignofpres

4、surevesselshellapproach,outliningthefeasibilityofoptimaldesign,toreducetheproductioncost,increasethemarketcompetitivepowerhaspracticalsignificance.Keywords:pressurevesselshelloptimization前言设计是一种富有创造性的劳动,根据设计任务的特定要求,收集相关的现有数据资料，从而形成通常是几个可行的设计方案。标准化为设计带来很多方便,同时也给设计者增加了某些约束,设计计

5、算经圆整后一般选用与其最接近的标准尺寸,因此从设计的角度,如果在保证其它要求的情况下,降低压力容器壳体质量便能有效地减少设备总质量,从而达到节能、降低成本和价格的目的,本文将这部分压力容器壳体尺寸进行优化。1优化设计的基本原理1．1设计变量一个设计方案可以用一组基本参数的数值来表示。对具体优化设计问题，并不是要求对所有的基本参数都用优化方法进行修改调整。图1压力容器壳体质量是由内径、筒体长度和壁厚7来确定，在设计参数一定的情况下，由和可确定壳体壁厚，因此选择壳体的形状参数、作为设计变量，如图1所示。1.2目标函数压力容器的目标函数就是壳体质量。

6、1.2.1筒体质量筒体为展开零件,长度为L,宽度为的矩形材料，筒体厚度为。式中——钢材比重，；——筒体长度，mm；——筒体中径，，mm；——筒体内径，mm；——筒体厚度，mm。1.2.2封头质量椭圆封头为不可展开零件,按等面积法展开,即假设封头中性层曲面的面积与其展开面积相等。按文献[3]可得到展开图形的尺寸,该展开图为圆,其直径为:式中:封头中性层直径,mm,——封头内径，mm；——封头壁厚，mm；——封头直边高度，mm。考虑到封头直边高度质量已经计入筒节部分,在此封头质量只考虑椭圆曲线部分,即=0时展开形状（圆形板料）的质量,该展开图的直径

7、为，厚度为封头名义厚度,故两个封头质量表达式为：按照这一表达式计算所得结果加上封头直边部分质量后基本上与JB/T4729-94《旋压封头》中相应封头质量是一致的。所以总目标函数为筒体质量和椭圆封头之和：71．3约束条件1.3.1全容积约束一个可行设计必须满足某些设计限制条件，因此约束对设计空间中的活动范围有所限制，即由、L所确定的壳体全体积必须满足用户要求值V，由文[6]可知，标准椭圆封头圆筒形容器全体积公式为：相应的约束方程式为：因此约束对设计点在设计空间中的活动范围有所限制即可行域的限制。1.3.2优化范围的最大上限值上式中令,得到,这是一

8、个极限情况。根据JB/T4729-94《旋压封头》来看,椭圆封头的最大内径,为了使封头内径既不超过这个范围,又满足全容积值，我们令于是有约束方程式：1