盲板盖优化设计

静设备石油化工设备技术,2008,29(1)●22.Petro-Chemical Equipment Technology盲板盖优化设计王伟,晏永飞,马文涛(辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺113001)摘要:依据 JB 4732- -1995(钢制压力容器-分析设计标准》,选取三条路径对卡箍型快开盲板盖进行强度校核,结果表明强度满足要求。利用ANSYS优化分析模块,对盲板盖结构尺寸进行优化设计。计算过.程中,分别设定设计变量、状态变量及目标函教，选代12次后得到最优解,使盲板盖质量比优化前减少了15. 31%. .关键词:盲板盖优化设计;强度;设计变量;状态变量;目标函敷中图分类号:TE969文献标识码:B 文章编号:1006-8805(200801-0022-03快速开关盲板是为清扫、疏通管线,检查、清对称8节点PLANE82单元进行网络划分。模型理容器而在管口处设置的- -种固定式快速开启装及网格图见图1.置,广泛应用于石油化工工业中,特别是在输油管道的清扫管线作业中起到了重要的作用,是不可PACT缺少的设备。传统快开盲板设计中的强度计算，依赖于经验公式,为保证安全往往采用保守的处理办法,不仅浪费材料,更主要的是设备笨重.本文在卡箍型快开盲板结构设计基础上,利用有限元分析软件ANSYSI对盲板盖进行应力分析按照JB 4732- -1995《钢制压力容器一分析设计标准》对盲板盖进行强度校核[2。校核强度图1盲板盖模型及网格图合格后,利用ANSYS软件优化模块对盲板盖的1.3 边界条件结构尺寸进行优化凹,优化后盲板盖的质量和原来相比减轻了15.31%,说明本次的优化设计有在盲板盖中心处施加轴对称约束;盲板盖与卡箍连接处的右边缘施加X方向的约束;盲板盖- -定的实际应用价值.与卡箍连接处的上边缘施加Y方向的约束。在1盲板盖应力分析盲板盖的内表面施加均布的压力载荷6.4MPa。1.1 材料常数盲板盖材料为16MnR,公称直径为800 mm,完成了上述相关设定后,利用ANSYS求解器进计算温度为100C,计算压力为6.4MPa,计算温.行求解。1.4 强度校核度下的许用应力S;=173 MPa,弹性模量E=依据JB 4732-1995的规定,一次总体薄膜2X 105 MPa.应力强度S,的许用极限为Sa ;一次局部薄膜应1.2建模及划分网格在卡箍型快开盲板中,盲板盖.连接简体是主力强度S2的许用极限为1. 5Sm;一次薄膜加一要的承压元件,由于盲板盖的结构特点和载荷特性满足轴对称条件,故对盲板盖的分析采用轴对中国煤化工无顺人. 2005年称力学模型。盲板盖的厚度H= 85 mm,盲板盖与卡箍接触部分的宽度A=25 mm、高度B= 30:YHCNMHG业,获工学硕士学位。块就明丁山丁口删化上入于机微⊥程学院,讲师。从事mm.采用有限元分析软件ANSYS9.0提供的轴化工过程机械方面的研究及教学工作。已发表论文13篇.第29卷第1期王伟等. 盲板盖优化设计次弯曲应力强度Ss的许用极限为1. 5Si;一次加求出变量的解称为最优解([.5]。二次应力强度S,的许用极限为3Sm.结构优化设计的目的在于寻求既安全又经济在盲板盖上分别取3条路径进行强度校核，的结构形式,优化的目标通常是求解具有最小质路径见图2。量的结构,同时必须满足- -定的约束条件 ,以获得最佳的静力或动力等形态特征。显然,结构优化设计的结果可以有效地降低材料消耗.减轻结构自重并最大限度地提高产品的性能。2.2有 限元优化模型B根据盲板盖的结构特点,将盲板盖厚度H、盲板盖与卡箍接触部分宽度A和高度B作为优.化设计变量。盲板盖A- -A路径上的当量应力强度σ.必须满足强度要求σn≤Si,其变形f要满足刚度要求f≤0.015XH;B- -B路径上的当量应力σb必须满足强度要求σa≤3S ,将这3个变.量作为状态变量加以限制。目标函数则为盲板盖的质量,为此选择总质量W为目标函数。图2分析路径盲板盖结构优化设计数学模型可以表述为:盲板盖各分析路径上的应力强度评定如下:(minW(X)A-A路径,一次薄膜应力强度S;= 26.01x= [x.xz,xs]T = [H,A,B]TMPa