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U型波纹管的优化设计系统

U型波纹管的优化设计系统

第N期机械设计与制造

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U型波纹管的优化设计系统

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南京工业大学!南京"!###$#""中国药科大学!南京"!###$$%%南京晨光东螺波纹管有限公司!南京"!###&’

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&摘要’对U型波纹管的有加强和无加强型式!在满足强度(柔性(工艺要求和最经济的原则下!选

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用网格法对其进行波纹管结构参数的优化设计及常规设计!所得优化结果为问题的全局最优解)且整个设计系统操作简单(运行稳定*

关键词+波纹管)优化)网格法)设计系统

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中图分类号+CE%!

文献标识码+L

!引言

波纹管膨胀节是受热管道和设备进行热补偿的关键部件*波纹管的工程设计多为试算过程!设计参数之间常相互矛盾并相互制约!设计过程繁琐!常规设计往往不能全面地设计出既满足使用需求!又能达到最经济要求的波纹管膨胀节)同时!随着波纹管的生产及设计标准的不断变化O!P!原有的设计方法已不能满足需要*针对波纹管在设计过程的繁琐性.设计参数的制约和矛盾性O"P及结构形式的多样性!结合生产及使用最经济的原则!开发新的优化设计系统!设计出既满足工艺要求又安全经济的波纹管!无疑会给生产及设计单位.使用单位带来极大的经济利益和安全效益*本文在这种生产及设计的需求下!针对)型波纹管开发了综合优化设计系统*

"系统优化方案的确定

2.1设计方案

在波纹管的设计过程中!除了要考虑强度与柔性之间的相互制约关系外!还应该注重生产及设计过程中的经济性*故在优化设计过程中!结合生产成本及工艺的需求!合理确定目标函数及约束条件至关重要*

2.2优化方法

本优化设计系统是以单位重量下波纹管的补偿量为优化目标函数!是一个单目标多约束的优化设计*设计变量确定为波纹管的单层壁厚.波纹管的层数.波数及波高*Q个自变量为离散

*来稿日期+2006-09-29

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规划方法)%Q$以遗传算法为代表的现代优化方法*化设计的全局最优解!即理论解*

变量*故波纹管的优化设计是属于有约束的非线性离散变量的优化问题*其优化目标是在满足约束条件下!保证波纹管的补偿量与重量之比为最大!并能充分利用材料!降低成本!增强经济效益*目前!离散变量的优化设计方法大致有如下几种方法O%-QP+%!$精确算法!如网格法)%"$圆整法!以连续变量进行优化设计后!对结果进行圆整)%%$以离散复合型法为代表的改进的数学

经过一段时间的考证及通过圆整法%用复合形法优化$ONP.遗传算法.网格法的应用计算比较!最终选取易于实现.操作稳定.原理简单的网格法作为本文的优化方法!此方法可解得问题优

2.3设计方法

本设计系统的目标函数为/%4$RA式中+ACD%+

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//波纹管的总补偿量!FF)F/

G//波纹管的重量!T,*

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++.+6//波纹管在拉.压时的单波伸长量!FF)

//波纹管的轴向.横向.角向的单波伸长量!FF)+4.+..+"/

//设计压力相对于极限压力的比值)!/

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