基于智能算法的压力容器关键部件结构优化方法研究
发布时间:2021-12-02 19:52
科学技术的发展促进了生产力的提高。在压力容器相关的行业中,为提高生产力,压力容器产品具有向大型化发展的趋势。然而大型压力容器需要更高的生产、运输以及安装成本,为此对压力容器进行轻量化设计研究以降低成本具有重要的现实意义。目前,实现压力容器产品轻量化的主要策略之一是对其进行结构优化,其核心是获得适用于压力容器的结构优化方法。基于此,本文提出了采用智能算法对压力容器的关键部件进行结构优化的策略。为了验证所提出的结构优化策略的可行性,以吸附器下封头中心接管结构为优化对象进行结构优化,论文的主要工作包括:1.提出了使用BP神经网络预测压力容器关键部件应力的方法。本文采用神经网络来预测压力容器关键部件的几种应力输出。首先采用均匀设计法构造出设计变量的样本点,然后在有限元分析软件ANSYS中得到这些样本点模型的两种应力值,组成完整的训练样本。最后利用训练样本对构造好的BP神经网络进行训练。训练好的BP神经网络可以结合压力容器应力强度评定理论,用于构造结构优化中应力约束函数的近似模型。2.采用布谷鸟搜索算法对压力容器关键部件进行结构优化。利用布谷鸟算法的全局搜索能力强和算法结构简单的特点,在MATL...
【文章来源】:浙江工业大学浙江省
【文章页数】:87 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
立式径向流分子筛吸附器Figure1-1.Verticalradialflowmolecularsieveadsorber条件中的应力,构造出适合的约束函数模型;结合布谷鸟算法对完整的优化数学模型进行求解,以找到质量更轻的下封头节构的几何模型的尺寸参数
喜欢的 ANSYS 界面。本课题中运用 APDL 语言构建完整的封头中心接管模型有限元分析脚本文件。只需要在 APDL 脚本上修改几何模型数据,然后将脚本导入 ANSYS 中进行自动分析,便可以得到修改后的模型的后处理结果。然后这为本文在后面工作中进行多次有限元分析提供了极大的方便,提高了工作效率。2.4.2 吸附器下封头接管几何模型处理本文分析的某型号立式径向流分子筛吸附器的下封头中心接管结构的初始尺寸为椭圆封头内径 1100mm,壁厚 9mm,中心接管内径为 480mm,壁厚 14mm,接管外伸长度为 150mm,设计压力 1.5MPa,接管端部弯矩为 N д 。又由于本论文主要是分析接管与封头连接出的不连续区域的应力状态,所以对接管外端部的连接作简化处理。封头和接管都为回转体,且接管中心轴与封头的中心轴重合,所以其具有轴对称的特点。但是由于接管的端部存在弯矩,此种载荷的施加时非轴对称的,因此在建模过程中一般只采用 1/2 或者 1/4 模型。由于接管处的力和力矩具有三个方向,所以一般情况下选择建立 1/2 模型。本文中也考虑到了接管弯矩的存在,因此采用 1/2 模型进行有限元分析。
(1)单元类型的选择有限元分析的核心技术之一就是单元技术,它直接影响着仿真结果的精YS 经过多年的发展完善,已经具有了一个庞大的单元库,可以帮助用决各类复杂问题。在进行网格划分之前选择合适的单元类型显得至关的选择可以提高分析结果的精确度,也是用户提高仿真水平关键所在虽然 ANSYS 提供了十分全面的单元,但用于压力容器领域的单元类型有三种:实体单元、梁单元以及壳单元。其中实体单元几乎能解决任何仿真分析问题,因此它也是使用最频繁的。有些薄壁结构也可以选择使,它与实体单元相比更容易划分网格,计算时间也比较短。压力容器中使用比较少,只有在特殊的结构中才会选择使用。由于本课题主要对下进行静应力分析,综合模型的形状考虑,选择实体单元。本课题中选用的实体单元类型为 SOLID185。SOLID185 每个单元具有,每个节点具有 3 个自由度,属于低阶单元。SOLID185 单元可以用来分析,也可以进行具有大应变和大变形等非线性分析,而且支持弹性蠕变等材料定义。下图 2-2 为 SOLID185 单元构型。
【参考文献】:
期刊论文
[1]航空发动机转子结构布局优化设计方法[J]. 李超,金福艺,张卫浩. 北京航空航天大学学报. 2019(02)
[2]基于响应面法的连续刚构桥结构优化设计[J]. 冯仲仁,杨亚磊,李伟. 中外公路. 2018(03)
[3]新型群智能优化算法综述[J]. 林诗洁,董晨,陈明志,张凡,陈景辉. 计算机工程与应用. 2018(12)
[4]基于ANSYS Workbench的低温储罐多目标优化设计[J]. 段若,钱才富. 计算机辅助工程. 2017(04)
[5]基于响应面法的桥梁主桁架结构优化设计[J]. 陈洪武,王立原,高振帮,邓智雯. 机械设计与研究. 2017(03)
[6]基于量子行为遗传算法的船体局部结构优化设计[J]. 刘波,林焰,吕振望,管官,纪卓尚. 船舶力学. 2017(04)
[7]基于迭代均值组合近似模型和序贯优化与可靠性评估法的船舶结构优化设计[J]. 胡新明,王德禹. 上海交通大学学报. 2017(02)
[8]花授粉算法的改进及在压力容器设计中的应用[J]. 李前,贺兴时,杨新社. 计算机工程与应用. 2017(13)
[9]基于遗传算法和BP神经网络的圆柱壳大开孔接管结构优化研究[J]. 万晋,郑津. 福州大学学报(自然科学版). 2014(05)
[10]基于知识引导遗传算法的挖掘机动臂结构优化新方法[J]. 花海燕,林述温. 机械工程学报. 2014(05)
博士论文
[1]优化软件系统SIPOPT设计与实现及其在工程中的应用[D]. 杨春峰.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]基于改进布谷鸟搜索算法的桥式起重机主梁轻量化方法研究[D]. 李志雄.中北大学 2018
[2]固体火箭发动机燃烧室喷涂支架设计及优化[D]. 王海存.大连理工大学 2016
[3]负荷建模方法研究和负荷建模平台的开发[D]. 姜晓晖.山东大学 2016
[4]BP神经网络结构优化研究及应用[D]. 刘品.中国地质大学(北京) 2016
[5]基于改进BP神经网络的车床主轴优化设计的研究[D]. 熊伟.江苏大学 2016
[6]基于PSO-BP神经网络的船舶结构优化[D]. 史亚朋.大连海事大学 2015
[7]基于ANSYS制氢吸附器的安全评定和结构优化[D]. 刘冉冉.中国石油大学 2010
[8]基于ANSYS扶梯钢架结构参数化力学分析系统开发[D]. 何柳.东北大学 2008
[9]分析设计法在液化气体铁道罐车中的应用[D]. 郑继承.西南交通大学 2006
本文编号:3529092
【文章来源】:浙江工业大学浙江省
【文章页数】:87 页
【学位级别】:硕士
【部分图文】:
立式径向流分子筛吸附器Figure1-1.Verticalradialflowmolecularsieveadsorber条件中的应力,构造出适合的约束函数模型;结合布谷鸟算法对完整的优化数学模型进行求解,以找到质量更轻的下封头节构的几何模型的尺寸参数
喜欢的 ANSYS 界面。本课题中运用 APDL 语言构建完整的封头中心接管模型有限元分析脚本文件。只需要在 APDL 脚本上修改几何模型数据,然后将脚本导入 ANSYS 中进行自动分析,便可以得到修改后的模型的后处理结果。然后这为本文在后面工作中进行多次有限元分析提供了极大的方便,提高了工作效率。2.4.2 吸附器下封头接管几何模型处理本文分析的某型号立式径向流分子筛吸附器的下封头中心接管结构的初始尺寸为椭圆封头内径 1100mm,壁厚 9mm,中心接管内径为 480mm,壁厚 14mm,接管外伸长度为 150mm,设计压力 1.5MPa,接管端部弯矩为 N д 。又由于本论文主要是分析接管与封头连接出的不连续区域的应力状态,所以对接管外端部的连接作简化处理。封头和接管都为回转体,且接管中心轴与封头的中心轴重合,所以其具有轴对称的特点。但是由于接管的端部存在弯矩,此种载荷的施加时非轴对称的,因此在建模过程中一般只采用 1/2 或者 1/4 模型。由于接管处的力和力矩具有三个方向,所以一般情况下选择建立 1/2 模型。本文中也考虑到了接管弯矩的存在,因此采用 1/2 模型进行有限元分析。
(1)单元类型的选择有限元分析的核心技术之一就是单元技术,它直接影响着仿真结果的精YS 经过多年的发展完善,已经具有了一个庞大的单元库,可以帮助用决各类复杂问题。在进行网格划分之前选择合适的单元类型显得至关的选择可以提高分析结果的精确度,也是用户提高仿真水平关键所在虽然 ANSYS 提供了十分全面的单元,但用于压力容器领域的单元类型有三种:实体单元、梁单元以及壳单元。其中实体单元几乎能解决任何仿真分析问题,因此它也是使用最频繁的。有些薄壁结构也可以选择使,它与实体单元相比更容易划分网格,计算时间也比较短。压力容器中使用比较少,只有在特殊的结构中才会选择使用。由于本课题主要对下进行静应力分析,综合模型的形状考虑,选择实体单元。本课题中选用的实体单元类型为 SOLID185。SOLID185 每个单元具有,每个节点具有 3 个自由度,属于低阶单元。SOLID185 单元可以用来分析,也可以进行具有大应变和大变形等非线性分析,而且支持弹性蠕变等材料定义。下图 2-2 为 SOLID185 单元构型。
【参考文献】:
期刊论文
[1]航空发动机转子结构布局优化设计方法[J]. 李超,金福艺,张卫浩. 北京航空航天大学学报. 2019(02)
[2]基于响应面法的连续刚构桥结构优化设计[J]. 冯仲仁,杨亚磊,李伟. 中外公路. 2018(03)
[3]新型群智能优化算法综述[J]. 林诗洁,董晨,陈明志,张凡,陈景辉. 计算机工程与应用. 2018(12)
[4]基于ANSYS Workbench的低温储罐多目标优化设计[J]. 段若,钱才富. 计算机辅助工程. 2017(04)
[5]基于响应面法的桥梁主桁架结构优化设计[J]. 陈洪武,王立原,高振帮,邓智雯. 机械设计与研究. 2017(03)
[6]基于量子行为遗传算法的船体局部结构优化设计[J]. 刘波,林焰,吕振望,管官,纪卓尚. 船舶力学. 2017(04)
[7]基于迭代均值组合近似模型和序贯优化与可靠性评估法的船舶结构优化设计[J]. 胡新明,王德禹. 上海交通大学学报. 2017(02)
[8]花授粉算法的改进及在压力容器设计中的应用[J]. 李前,贺兴时,杨新社. 计算机工程与应用. 2017(13)
[9]基于遗传算法和BP神经网络的圆柱壳大开孔接管结构优化研究[J]. 万晋,郑津. 福州大学学报(自然科学版). 2014(05)
[10]基于知识引导遗传算法的挖掘机动臂结构优化新方法[J]. 花海燕,林述温. 机械工程学报. 2014(05)
博士论文
[1]优化软件系统SIPOPT设计与实现及其在工程中的应用[D]. 杨春峰.大连理工大学 2015
硕士论文
[1]基于改进布谷鸟搜索算法的桥式起重机主梁轻量化方法研究[D]. 李志雄.中北大学 2018
[2]固体火箭发动机燃烧室喷涂支架设计及优化[D]. 王海存.大连理工大学 2016
[3]负荷建模方法研究和负荷建模平台的开发[D]. 姜晓晖.山东大学 2016
[4]BP神经网络结构优化研究及应用[D]. 刘品.中国地质大学(北京) 2016
[5]基于改进BP神经网络的车床主轴优化设计的研究[D]. 熊伟.江苏大学 2016
[6]基于PSO-BP神经网络的船舶结构优化[D]. 史亚朋.大连海事大学 2015
[7]基于ANSYS制氢吸附器的安全评定和结构优化[D]. 刘冉冉.中国石油大学 2010
[8]基于ANSYS扶梯钢架结构参数化力学分析系统开发[D]. 何柳.东北大学 2008
[9]分析设计法在液化气体铁道罐车中的应用[D]. 郑继承.西南交通大学 2006
本文编号:3529092
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