圓柱殼大開孔接管結構優化方法
2023-11-03 01:56:42 1
圓柱殼大開孔接管結構優化方法
【專利摘要】本發明涉及一種圓柱殼大開孔接管結構優化方法，首先，以結構特徵參數為輸入向量，以結構應力響應為輸出向量，構造BP神經網絡，並對BP神經網絡進行訓練，得到訓練好的BP神經網絡；然後，以殼體中面直徑D、開孔率ρ、材料許用應力與結構承受的內壓力比[σ]t／P為給定的設計參數，以接管有效厚度與殼體有效厚度比δet／δe、開孔參數λ為優化參數，以BP神經網絡輸出的結構應力響應滿足強度要求且結構用材最少為優化目標並轉化成適應度函數，構造遺傳算法，對開孔接管處的壁厚進行優化，得到包括δet、δe的優化結果。該方法不僅可以獲得滿足強度要求的結構參數最優配比，節省了結構用料，而且易於實現，使用便捷，優化速度快。
【專利說明】圓柱殼大開孔接管結構優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及承壓特種設備結構優化設計【技術領域】，特別是一種圓柱殼大開孔接管結構優化方法。
【背景技術】
[0002]壓力容器優化設計多屬於多維有約束非線性規劃問題，其尋優過程相當複雜，且有時未必能通過理論分析方法建立起優化設計數學模型。目前壓力容器結構優化設計中常用的方法有:單變量極值法、正交設計法、統計分析法、可靠分析法、模糊設計法和有限元法
坐寸ο
[0003]要獲得結構最優，與結構強度相關的特徵參數應達到最佳配比，在多參數的情況下用常規的設計方法是很難做到的，若採用上述設計方法進行優化要求設計人員應具有較高的專業知識，且設計過程過於複雜繁瑣或無法實現，因此通常情況下工程設計人員在設計時僅考慮結構滿足強度要求，而未能充分考慮結構參數的最優的配合，致使材料浪費，設備造價增加。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種圓柱殼大開孔接管結構優化方法，該方法不僅可以獲得滿足強度要求的結構參數最優配比，節省了結構用料，而且易於實現，使用便捷，優化速度快。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術方案是:一種圓柱殼大開孔接管結構優化方法，首先，以結構特徵參數開孔率P、接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數』為輸入向量，以開孔接管處的等效薄膜應力集中係數尤、等效總應力集中係數I為輸出向量，構造BP神經網絡，以多組P.δ et I δ 與的對應關係數據作為訓練樣本集，對BP神經網絡進行訓練，得到訓練好的BP神經網絡，即建立結構特徵參數與結構應力響應的數值關係；然後，以殼體中面直徑隊開孔率P、材料許用應力與結構承受的內壓力比[σΡ /產為給定的設計參數，以接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數』為優化參數，以所述BP神經網絡輸出的結構應力響應滿足強度要求且結構用材最少為優化目標並轉化成適應度函數，構造遺傳算法，對開孔接管處的壁厚進行優化，得到包括5et、八的優化結果。
[0006]進一步的，該方法包括以下步驟:
步驟(1)初始化:設置種群規模、交叉概率、變異概率、最大進化代數，並給定設計參數殼體中面直徑隊開孔率P、許用設計壓力比5:的值，對優化參數接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數』採用實數編碼生成個體，隨機生成多個個體形成初始種群；其中，/久V為接管中面直徑，/ P,
-1 = P^jDiSi ；
步驟(2)將各個體輸入BP神經網絡，計算並輸出各個體對應的等效薄膜應力集中係數尤、等效總應力集中係數# ;
步驟(3)將步驟2的計算結果以及設計參數久[α]^ /產輸入適應度函數，計算各個體的適應度，並對種群進行適應度評價；
步驟(4)判斷是否滿足終止條件:最優個體的適應度達到給定的閾值，或者經過多次迭代後最優個體的適應度不再發生變化，或者迭代次數達到最大進化代數，是則解碼、換算並輸出最優個體的優化結果，否則根據一定算法對種群進行選擇、交叉和變異運算，得到下一代種群，返回步驟(2)進行下一次迭代。
[0007]進一步的，在步驟(2)中，將所述BP神經網絡計算得到的各個體對應的尤、#乘於一定的安全係數，然後作為計算結果輸出給適應度函數。
[0008]進一步的，在步驟(3)中，採用如下的適應度函數計算各個體的適應度:
【權利要求】
1.一種圓柱殼大開孔接管結構優化方法，其特徵在於，首先，以結構特徵參數開孔率P、接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數』為輸入向量，以開孔接管處的等效薄膜應力集中係數尤、等效總應力集中係數#為輸出向量，構造BP神經網絡，以多組P、δ et丨δ^λ與尤、f的對應關係數據作為訓練樣本集，對BP神經網絡進行訓練，得到訓練好的BP神經網絡，即建立結構特徵參數與結構應力響應的數值關係； 然後，以殼體中面直徑隊開孔率P、材料許用應力與結構承受的內壓力比[σΡ / Ρ%給定的設計參數，以接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數』為優化參數，以所述BP神經網絡輸出的結構應力響應滿足強度要求且結構用材最少為優化目標並轉化成適應度函數，構造遺傳算法，對開孔接管處的壁厚進行優化，得到包括Set'八的優化結果O
2.根據權利要求1所述的圓柱殼大開孔接管結構優化方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟(1)初始化:設置種群規模、交叉概率、變異概率、最大進化代數，並給定設計參數殼體中面直徑隊開孔率P、許用設計壓力比5:的值，對優化參數接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數』採用實數編碼生成個體，隨機生成多個個體形成初始種群；其中，/久V為接管中面直徑，/ P,Λ = p^D / Se ； 步驟(2)將各個體輸入BP神經網絡，計算並輸出各個體對應的等效薄膜應力集中係數尤、等效總應力集中係數# ； 步驟(3)將步驟2的計算結果以及設計參數久[α]^ /產輸入適應度函數，計算各個體的適應度，並對種群進行適應度評價； 步驟(4)判斷是否滿足終止條件:最優個體的適應度達到給定的閾值，或者經過多次迭代後最優個體的適應度不再發生變化，或者迭代次數達到最大進化代數，是則解碼、換算並輸出最優個體的優化結果，否則根據一定算法對種群進行選擇、交叉和變異運算，得到下一代種群，返回步驟(2)進行下一次迭代。
3.根據權利要求2所述的圓柱殼大開孔接管結構優化方法，其特徵在於，在步驟(2)中，將所述BP神經網絡計算得到的各個體對應的乘於一定的安全係數，然後作為計算結果輸出給適應度函數。
4.根據權利要求2所述的圓柱殼大開孔接管結構優化方法，其特徵在於，在步驟(3)中，採用如下的適應度函數計算各個體的適應度:
r(x) =KCr) +Tttaax (O，max {Km - 2.2Sr，K— 2.65；，PD/2 δ e-{oY，Pd/2 Set-VoY)) 其中，W為懲罰因子，5；為許用應力比，^=2K表示結構體積，其計算公式為:
【文檔編號】G06N3/12GK103793582SQ201410078219
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】萬晉, 鄭津 申請人:福州大學