[發(fā)明專利]大型電除塵器煙箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210213720.7
• 申請(qǐng)日: 2012-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN102779211A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁曉紅;馬曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;B03C3/34
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電除塵器煙箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，特別是指一種通過(guò)基于自然界分枝網(wǎng)成長(zhǎng)機(jī)理的自適應(yīng)成長(zhǎng)法設(shè)計(jì)煙箱的加強(qiáng)筋分布，并采用尺寸優(yōu)化方法，使煙箱結(jié)構(gòu)達(dá)到高剛度、高強(qiáng)度和輕質(zhì)量設(shè)計(jì)要求的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

大型電除塵器是一種控制大氣污染的煙塵凈化設(shè)備，它以高效節(jié)能、維護(hù)簡(jiǎn)便等顯著優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于眾多工業(yè)行業(yè)中。然而，目前對(duì)電除塵器主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還無(wú)規(guī)范的設(shè)計(jì)理論，在生產(chǎn)制造時(shí)，一般通過(guò)類比法進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)件材料分布和截面尺寸的確定具有盲目性，造成材料的大量浪費(fèi)。煙箱是電除塵器主體結(jié)構(gòu)中的主要部分，其結(jié)構(gòu)一般是布置有加強(qiáng)筋的壁板（圖1，2）。一臺(tái)電除塵器的煙箱可重達(dá)數(shù)十噸。合理的設(shè)計(jì)方法是保證煙箱結(jié)構(gòu)具有高剛度、高強(qiáng)度和輕質(zhì)量的保證。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要提供一種大型電除塵器煙箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，通過(guò)兩個(gè)設(shè)計(jì)階段，使煙箱結(jié)構(gòu)達(dá)到高剛度、高強(qiáng)度和輕質(zhì)量的設(shè)計(jì)要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種大型電除塵器煙箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其步驟是：

1．煙箱結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋分布優(yōu)化設(shè)計(jì)

煙箱結(jié)構(gòu)中加強(qiáng)筋分布設(shè)計(jì)，采用只包含壁板和撐桿的設(shè)計(jì)模型，壁板是加強(qiáng)筋分布設(shè)計(jì)的基板，撐桿起支承結(jié)構(gòu)的作用；并采用基于自然界分枝網(wǎng)形態(tài)形成機(jī)理的自適應(yīng)成長(zhǎng)法設(shè)計(jì)煙箱的加強(qiáng)筋分布，其優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下：

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式中，U?是結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能；V是結(jié)構(gòu)的體積，V_max?是事先給定的結(jié)構(gòu)最大體積，h_i?是設(shè)計(jì)變量，為加強(qiáng)筋i的高度，n?是設(shè)計(jì)空間中加強(qiáng)筋的最大個(gè)數(shù)，h_min和h_max是設(shè)計(jì)變量的上下限。

由式（1）可得到具有最大剛度的滿足加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)體積要求的煙箱結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋分布形態(tài)；

2．煙箱結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化

在確定了煙箱結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)筋分布形態(tài)后，得到初始的優(yōu)化模型，在加強(qiáng)筋最優(yōu)分布結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)煙箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)：

首先根據(jù)第一步驟得到的加強(qiáng)筋分布形態(tài)和加強(qiáng)筋的實(shí)際截面尺寸，刪除對(duì)提高結(jié)構(gòu)剛度作用不大、尺寸過(guò)小的加強(qiáng)筋；然后，把加強(qiáng)筋的截面尺寸歸納為若干種規(guī)格；然后采用式（2）所示的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行尺寸優(yōu)化，尺寸優(yōu)化的結(jié)果使煙箱結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小，同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度要求；

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式中，W為煙箱的總質(zhì)量，U為煙箱的總應(yīng)變能，[U]為煙箱總應(yīng)變能的上限值，s_max為煙箱的最大VON?MISES應(yīng)力，[s]為煙箱材料的許用應(yīng)力，x₁，x₂，...，x_m為設(shè)計(jì)變量，包括煙箱壁板的厚度，加強(qiáng)筋的截面尺寸，m為設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)，x_min和x_max為設(shè)計(jì)變量的上下限；經(jīng)過(guò)以上兩個(gè)步驟的設(shè)計(jì)，得到高剛度、高強(qiáng)度和輕質(zhì)量的煙箱最優(yōu)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果是：

通過(guò)本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)得到的優(yōu)化煙箱結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)的整體剛度和強(qiáng)度高。

附圖說(shuō)明

圖1是傳統(tǒng)煙箱結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2是圖1的后視圖；

圖3是煙箱的有限元模型；

圖4是通過(guò)第一階段優(yōu)化設(shè)計(jì)后的煙箱中的加強(qiáng)筋分布骨架示意圖；

圖5是煙箱結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋分布設(shè)計(jì)規(guī)則化處理結(jié)果示意圖；

圖6是加強(qiáng)筋與壁板的分布及截面參數(shù)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的大型電除塵器煙箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括二個(gè)階段優(yōu)化設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)階段一：煙箱結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋分布優(yōu)化設(shè)計(jì)