圓柱殼大開孔接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種圓柱殼大開孔接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，首先，以結(jié)構(gòu)特征參數(shù)為輸入向量，以結(jié)構(gòu)應力響應為輸出向量，構(gòu)造BP神經(jīng)網(wǎng)絡，并對BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，得到訓練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡；然后，以殼體中面直徑D、開孔率ρ、材料許用應力與結(jié)構(gòu)承受的內(nèi)壓力比[σ]t／P為給定的設計參數(shù)，以接管有效厚度與殼體有效厚度比δet／δe、開孔參數(shù)λ為優(yōu)化參數(shù)，以BP神經(jīng)網(wǎng)絡輸出的結(jié)構(gòu)應力響應滿足強度要求且結(jié)構(gòu)用材最少為優(yōu)化目標并轉(zhuǎn)化成適應度函數(shù)，構(gòu)造遺傳算法，對開孔接管處的壁厚進行優(yōu)化，得到包括δet、δe的優(yōu)化結(jié)果。該方法不僅可以獲得滿足強度要求的結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)配比，節(jié)省了結(jié)構(gòu)用料，而且易于實現(xiàn)，使用便捷，優(yōu)化速度快。
【專利說明】圓柱殼大開孔接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及承壓特種設備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計【技術(shù)領域】，特別是一種圓柱殼大開孔接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力容器優(yōu)化設計多屬于多維有約束非線性規(guī)劃問題，其尋優(yōu)過程相當復雜，且有時未必能通過理論分析方法建立起優(yōu)化設計數(shù)學模型。目前壓力容器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計中常用的方法有:單變量極值法、正交設計法、統(tǒng)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(jié)構(gòu)最優(yōu)，與結(jié)構(gòu)強度相關的特征參數(shù)應達到最佳配比，在多參數(shù)的情況下用常規(guī)的設計方法是很難做到的，若采用上述設計方法進行優(yōu)化要求設計人員應具有較高的專業(yè)知識，且設計過程過于復雜繁瑣或無法實現(xiàn)，因此通常情況下工程設計人員在設計時僅考慮結(jié)構(gòu)滿足強度要求，而未能充分考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)的配合，致使材料浪費，設備造價增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種圓柱殼大開孔接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，該方法不僅可以獲得滿足強度要求的結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)配比，節(jié)省了結(jié)構(gòu)用料，而且易于實現(xiàn)，使用便捷，優(yōu)化速度快。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種圓柱殼大開孔接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，首先，以結(jié)構(gòu)特征參數(shù)開孔率P、接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數(shù)』為輸入向量，以開孔接管處的等效薄膜應力集中系數(shù)尤、等效總應力集中系數(shù)I為輸出向量，構(gòu)造BP神經(jīng)網(wǎng)絡，以多組P.δ et I δ 與的對應關系數(shù)據(jù)作為訓練樣本集，對BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，得到訓練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡，即建立結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與結(jié)構(gòu)應力響應的數(shù)值關系；然后，以殼體中面直徑隊開孔率P、材料許用應力與結(jié)構(gòu)承受的內(nèi)壓力比[σΡ /產(chǎn)為給定的設計參數(shù)，以接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數(shù)』為優(yōu)化參數(shù)，以所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡輸出的結(jié)構(gòu)應力響應滿足強度要求且結(jié)構(gòu)用材最少為優(yōu)化目標并轉(zhuǎn)化成適應度函數(shù)，構(gòu)造遺傳算法，對開孔接管處的壁厚進行優(yōu)化，得到包括5et、八的優(yōu)化結(jié)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(guī)模、交叉概率、變異概率、最大進化代數(shù)，并給定設計參數(shù)殼體中面直徑隊開孔率P、許用設計壓力比5:的值，對優(yōu)化參數(shù)接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數(shù)』采用實數(shù)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(jīng)網(wǎng)絡，計算并輸出各個體對應的等效薄膜應力集中系數(shù)尤、等效總應力集中系數(shù)# ;
步驟(3)將步驟2的計算結(jié)果以及設計參數(shù)久[α]^ /產(chǎn)輸入適應度函數(shù)，計算各個體的適應度，并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(yōu)個體的適應度達到給定的閾值，或者經(jīng)過多次迭代后最優(yōu)個體的適應度不再發(fā)生變化，或者迭代次數(shù)達到最大進化代數(shù)，是則解碼、換算并輸出最優(yōu)個體的優(yōu)化結(jié)果，否則根據(jù)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(jīng)網(wǎng)絡計算得到的各個體對應的尤、#乘于一定的安全系數(shù)，然后作為計算結(jié)果輸出給適應度函數(shù)。
[0008]進一步的，在步驟(3)中，采用如下的適應度函數(shù)計算各個體的適應度:
【權(quán)利要求】
1.一種圓柱殼大開孔接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，首先，以結(jié)構(gòu)特征參數(shù)開孔率P、接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數(shù)』為輸入向量，以開孔接管處的等效薄膜應力集中系數(shù)尤、等效總應力集中系數(shù)#為輸出向量，構(gòu)造BP神經(jīng)網(wǎng)絡，以多組P、δ et丨δ^λ與尤、f的對應關系數(shù)據(jù)作為訓練樣本集，對BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，得到訓練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡，即建立結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與結(jié)構(gòu)應力響應的數(shù)值關系； 然后，以殼體中面直徑隊開孔率P、材料許用應力與結(jié)構(gòu)承受的內(nèi)壓力比[σΡ / Ρ%給定的設計參數(shù)，以接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數(shù)』為優(yōu)化參數(shù)，以所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡輸出的結(jié)構(gòu)應力響應滿足強度要求且結(jié)構(gòu)用材最少為優(yōu)化目標并轉(zhuǎn)化成適應度函數(shù)，構(gòu)造遺傳算法，對開孔接管處的壁厚進行優(yōu)化，得到包括Set'八的優(yōu)化結(jié)果O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓柱殼大開孔接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟(1)初始化:設置種群規(guī)模、交叉概率、變異概率、最大進化代數(shù)，并給定設計參數(shù)殼體中面直徑隊開孔率P、許用設計壓力比5:的值，對優(yōu)化參數(shù)接管有效厚度與殼體有效厚度比Set / 開孔參數(shù)』采用實數(shù)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(jīng)網(wǎng)絡，計算并輸出各個體對應的等效薄膜應力集中系數(shù)尤、等效總應力集中系數(shù)# ； 步驟(3)將步驟2的計算結(jié)果以及設計參數(shù)久[α]^ /產(chǎn)輸入適應度函數(shù)，計算各個體的適應度，并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(yōu)個體的適應度達到給定的閾值，或者經(jīng)過多次迭代后最優(yōu)個體的適應度不再發(fā)生變化，或者迭代次數(shù)達到最大進化代數(shù)，是則解碼、換算并輸出最優(yōu)個體的優(yōu)化結(jié)果，否則根據(jù)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(jù)權(quán)利要求2所述的圓柱殼大開孔接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟(2)中，將所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡計算得到的各個體對應的乘于一定的安全系數(shù)，然后作為計算結(jié)果輸出給適應度函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圓柱殼大開孔接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟(3)中，采用如下的適應度函數(shù)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(jié)構(gòu)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(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】萬晉, 鄭津 申請人:福州大學