月牙肋钢岔管的优化设计.pdfVIP

第27卷专辑 固体力学学报 V01．27S．Issue 2006年12月 ACTAMECHANICASOLlDASINICA December2006 月牙肋钢岔管的优化设计 杨海霞 李哲斐 (河海大学工程力学系．南京，210098) 擅■ 建立了通用的月牙肋钢岔管优化设计模型．绾制了相应的程序．实例计算结果表明。不依鞍设计者 的个人经验，可以用本程序设计出满足设计要求的最佳方案．所得设计既快又好，研究成果有实际应用意义． 关■宇 月牙肋钢岔管．压力钢管．结构优化设计，钢岔管 0 引育 对于大P、D值岔管，月牙肋一般需要较厚的钢 压力钢管是水利水电工程中输水建筑物的组成 板，其制造和供货比较困难．如果能够降低肋板厚 部分．一般来说，岔管位于压力管道的末端并靠近厂 度，既能为焊接安装和供货提供方便，同时也能改善 房，内水压力较大，水流情况和受力情况都较为复 岔管内的水流流态，工程上往往希望肋板的厚度能 杂，且岔管属于复杂的空间组合结构，因而其受力状 够薄一些．因此本文选取月牙肋板的厚度气作为目 态复杂．进行岔管设计时，岔管的水力要求与结构要 标函数． 求有一定冲突，难以同时满足．从水力学的角度来 也可以根据具体的设计情况，提出不同的评介 说，要求支管有一定的锥角和较小的分岔角，但是锥 方案的准则，即选择不同的目标函数，例如，为了比 角越大，分岔角越小，对结构越不利．而目前的设计 较的目的，我们还以肋板主应力最小作目标函数． 还是传统的经验性设计加一定的模型试验．因此，对 1．2设计变量 岔管特别是大P、D值岔管进行优化设计(P表示压 优化设计变量取岔管体形参数各锥管锥角而， 力管道承受的水压力，D表示压力管道的内直径)， z2，z3，公切球半径甄． 对工程的经济性与安全性有着非常重要的意义． 各优化设计变量的意义如图1所示 1 月牙肋钢岔管优化设计模型 月牙肋岔管从20世纪70年代起至目前为止， 是国内采用最多的岔管型式[2]．月牙肋岔管是由三 粱式岔管发展起来的一种新型岔管，其结构特点是 用一个完全嵌入管体的月牙形肋板代替三梁岔管的 U型粱． 月牙肋岔管的基本结构特点是啪：在一般情况 下，主岔和支岔两锥壳对加强肋板作用力合力的作 用点位于管内，因此，把肋板内插，使其截面形心与 该合力作用点相重合，则肋板主要承受拉力作用． 传统的月牙肋岔管设计过程是根据经验，定出 岔管的几何尺寸，再根据结构力学法的相应公式，对 肋板的曲线及板厚进行设计，设计结果的优劣受设 计者的经验影响很大．因此，对月牙肋岔管优化设计 图1 岔臂体形状化设计变量 研究的目的主要是寻求一个不依赖个人经验，能够 程序化地设计出最佳方案的设计方法，即建立一个 1．3 约束条件 合理的优化设计模型，选取一个合适的优化方法．并 (1)体形约束条件 用程序来实现设计． ①锥角：5。≤zl≤20。．8。≤勋≤15。， 1．1 目标函数 · 专 辑 杨海霞等： 月牙肋钢岔管的优化设计 · 181 8。≤士3≤20。 性好的复形法． ②公切球半