基于CAE的过程装备计算机协同优化设计技术研究

论文摘要

硫化罐卡箍、齿啮式快开装置属于快开门式压力容器重要的非标准部件,由于结构复杂,使得硫化罐、齿啮式快开门压力容器的品质是过程参数、材料机械性能参数和结构尺寸的多变量、高度非线性的复杂函数,导致其结构设计至今仍属于经验试差的黑箱操作设计过程,如何建立其科学的设计方法是工程中急待解决的技术难题,而解决这一工程技术难题的的理论前提是研究建立非常规过程装备的智能优化自动化设计理论,然而至今国内相关研究罕见报道,为此开展过程装备智能优化自动化理论的研究具有重要的理论研究价值和工程应用价值。本文基于智能优化理论,研究建立了非常规过程装备的计算机协同集成智能优化自动化设计理论和技术,为我国过程装备设计技术与理论的突破奠定了科学的理论基础,主要取得如下成果：利用PROE的参数化语言,编写了过程装备自动化三维结构设计程序,实现了过程装备三维结构设计的自动化。利用ANSYS的APDL参数化设计语言,编写了过程装备的有限元应力分析自动化的程序,实现了应力分析和应力结果参数化提取的自动化。基于三维设计软件PROE、有限元分析软件ANSYS和多学科优化软件iSIGHT,研究建立了过程装备的三维结构设计、结构的有限元分析和智能结构优化的计算机协同集成自动化设计方法和理论,并在此基础上创建立了过程装备计算机协同集成智能优化技术平台,解决了软件之间的数据通信技术问题和设计过程自动化的技术问题。研究建立了基于多岛遗传算法的过程装备智能优化设计理论和方法。基于上述研究成果,对平推式硫化罐卡箍和DN 1200齿啮式蒸压罐进行了应力和质量智能优化分析,优化后的尺寸系列在满足强度条件下,硫化罐卡箍的最大应力可降低25%以上。其质量更是可以减轻50%以上。齿啮式快开门压力容器法兰的最大应力可降低10%以上。其质量也可以减轻10%以上,取得了明显的经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 多学科（计算机）协同设计优化技术简介
• 1.3.1 多学科优化设计的目的和意义
• 1.3.2 多学科协同优化设计的发展状况
• 1.3.3 优化算法简介及应用
• 1.3.4 协同优化简介
• 1.3.5 多学科（MDO）协同优化设计系统
• 1.4 过程装备的设计技术
• 1.4.1 过程装备的基本设计步骤
• 1.4.2 过程装备的基本设计方法
• 1.4.3 过程装备结构优化的研究
• 1.4.4 过程装备设计的发展趋势
• 1.5 过程装备的协同优化设计
• 1.5.1 过程装备的优化设计
• 1.5.2 本课题主要研究内容
• 第二章 过程装备计算机协同智能优化理论研究
• 2.1 计算机协同智能优化理论研究
• 2.1.1 计算机协同智能优化理论研究的目的
• 2.1.2 计算机协同智能优化理论研究思想
• 2.1.3 数学模型
• 2.1.4 多岛遗传算法
• 2.2 参数化几何模型的建立
• 2.2.1 设计参数
• 2.2.2 平推式硫化罐参数化模型的建立
• 2.2.3 齿啮式快开门压力容器参数化几何模型的建立
• 2.3 参数化有限元模型的建立与分析
• 2.3.1 硫化罐参数化有限元模型的建立与分析
• 2.3.2 齿啮式快开门压力容器参数化有限元模型的建立与分析
• 2.4 应力分类评定
• 2.4.1 应力线性化
• 2.4.2 硫化罐卡箍危险截面的划定及应力分类
• 2.4.3 齿啮式压力容器危险截面的划定及应力分类
• 2.4.4 应力评定
• 2.5 本章小结
• 第三章 平推式硫化罐卡箍的计算机协同优化设计
• 3.1 平推式硫化罐卡箍的应力优化
• 3.1.1 平推式硫化罐卡箍参数化模型的创建
• 3.1.2 参数化有限元模型的建立于分析
• 3.1.3 Isight集成与优化
• 3.1.4 优化结果的应力强度分析
• 3.2 平推式硫化罐卡箍的质量优化
• 3.2.1 硫化罐卡箍参数化模型的创建
• 3.2.2 参数化有限元模型的建立于分析
• 3.2.3 Isight集成与优化
• 3.2.4 优化结果的应力强度分析
• 3.3 平推式硫化罐卡箍系列的计算机协同优化设计
• 3.3.1 公称压力为0.6MPa的硫化罐卡箍应力优化
• 3.3.2 公称压力为0.6MPa的硫化罐卡箍质量优化
• 3.3.3 公称压力为1.0MPa的硫化罐卡箍应力优化
• 3.3.4 公称压力为1.0MPa的硫化罐卡箍质量优化
• 3.3.5 公称压力为1.3MPa的硫化罐卡箍应力优化
• 3.3.6 公称压力为1.3MPa的硫化罐卡箍质量优化
• 3.3.7 公称压力为1.7MPa的硫化罐卡箍应力优化
• 3.3.8 公称压力为1.7MPa的硫化罐卡箍质量优化
• 3.4 平推式硫化罐卡箍系列的最优结构尺寸
• 3.5 本章小结
• 第四章 齿啮式快开门压力容器的计算机协同优化设计
• 4.1 齿啮式快开门压力容器的应力优化
• 4.1.1 齿啮式快开门压力容器参数化模型的创建
• 4.1.2 参数化有限元模型的建立与分析
• 4.1.3 Isight集成与优化
• 4.1.4 优化结果的应力强度分析
• 4.2 齿啮式快开门压力容器的质量优化
• 4.2.1 齿啮式快开门压力容器参数化模型的创建
• 4.2.2 参数化有限元模型的建立于分析
• 4.2.3 Isight集成与优化
• 4.2.4 优化结果的应力强度分析
• 4.3 齿啮式快开门压力容器在低公称压力等级下的计算机协同优化
• 4.3.1 公称压力为0.25MPa的齿啮式快开门压力容器应力优化
• 4.3.2 公称压力为0.25MPa的齿啮式快开门压力容器质量优化
• 4.3.3 公称压力为0.6MPa的齿啮式快开门压力容器应力优化
• 4.3.4 公称压力为0.6MPa的齿啮式快开门压力容器质量优化
• 4.3.5 公称压力为1.0MPa的齿啮式快开门压力容器应力优化
• 4.3.6 公称压力为1.0MPa的齿啮式快开门压力容器质量优化
• 4.3.7 公称压力为1.6MPa的齿啮式快开门压力容器应力优化
• 4.3.8 公称压力为1.6MPa的齿啮式快开门压力容器质量优化
• 4.4 齿啮式快开门压力容器系列产品的最优尺寸
• 4.5 本章小结
• 第五章 疲劳分析
• 5.1 疲劳分析概述
• 5.2 疲劳分析
• 5.2.1 硫化罐卡箍的疲劳校核分析
• 5.2.2 齿啮式快开装置的疲劳校核分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果