ProMECHANICA环境下的管道支架优化设计
Pro／MECHANICA环境下的吊具钳爪优化设计
通 过 对 各种 生 成 方 法 的研 究 ，选 计结 果。圊
框选 出数据表 中的数 字部分 进行
识别 ，形成文本文件 ，然后再采用 Ｅｃｌ ｘ ｅ 对识 别错 误进行批 量纠正 ， 形 成新 的数 字型文 本文 件 ，最 后
９ ＣＤＣＭ ８ Ａ ／ Ａ 与制造业信息化 ｗ ｃｄＣｒ ｃ ・ ｗｗ ｊ Ｏ ｎ ａ ｎ
目前对机械零件 进行有限元分 够 克 服 这 一 弱 点 ，设 计 人 员 可 应 力、应 变、位移 等参 数 ，实现静 ／Ｎ ＩＥ Ｒ ｒ 析通常应＃Ａ ＳＳ ￣ ＮＹ有限元软件 ，它拥 以直 接 利 用Ｐ ｏ Ｅ Ｇ Ｎ Ｅ 的 几何 态 、翘 曲、疲 劳、频率和 振动等分 ｒ／ 有丰 富的单元库 、材料模型库和 求 模 型进 行 有 限 元分 析 。 由于 Ｐ ｏ 析 ；第二类是通过 制定设计 参数 ，
栏 目主持 ：苏 向鹏 本文 索引号 ： ３ １６ 投稿信 箱：ｓｘ＠ ｃｄｃｒｃ ｕｐ ｉａ． ｎ ｎ ｏ．
数据 表的输 入是进 行数 据处 理 的先 决条件 ，以往 的输入 方 法 是 ，先 将数据表 扫描 成ｔｆ ｉ格式 的 图 象文件 ，再 利用 文字识 别系统
型通过 了光顺性检验和 曲率与等高 线切平 面的检验 ，得到了满意的设
的方法对模型进行 用 的有 限元分析 方法 与Ｃ Ｄ Ａ 技术 相 以Ｉ Ｅ 或Ｓ Ｅ 格 式读．．Ｎ Ｙ 有 限 限元软件 最显著的特点 。 ＧＳ ＴＰ ＡＡ ＳＳ 优化设计－可以进 互集成 ，以实现 “ 设计一 评价一 再 元软件 ，然后进行分析和计算 。然
一
步提高优化设计 设计 ’ 自动化 ，提高设计的精确 而在模型转换 的过程 中常常会 丢失 ’的
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数 字 化 设 计
基于疲劳可靠性优化设计的深水导管架平台多级模糊选型
ｒｍｅｅｓ ｈ ａ ｔｒ ｗ ｉｈｈ ｄｅ／ｅｓｏ ｈ ｙ ｅｓ ｌｃｉｎｏ ｅ ｐｗ ｔｒ ａ ｋ ｔ ｌｔ ｒ ｗ ｒ ｏ ｒｈ ｎｉｅｙｃ ｎ ｉｅｅ ． ａ ｔｒ ，ｔｅｆｃｏｓ ｈｃ ａ ｌ ｔ ｎ ｔｅｔｐ ｅｅ ｔ ｆｄ ｅ ａｅ ｃ ｅ ａｆ ｍ ｅｅｃ ｍｐｅ ｅ ｓｖｌ ｏ ｓｄ ｒｄ ｂ ｏ ｊ ｐ ｏ
糊 因素 ， 有 利 于 对 深 水 导管 架平 台设 计 方 案 做 出合 理 的评 价 。 更
关键词 ： 深水导管架平台 ； 优化设计 ； 谱分析 ； 三级模糊优选 ； 疲劳可靠性指标
中图 分 类 号 ：Ｅ５ Ｔ ４ 文 献标 志 码 ： Ａ ［ｉ１ ．９ ９ｊｉ ｎ １７ —０ ５ ２ １． ２０ ０ Ｉ ：０ ３６ ／． ｓ．６３５０ ．００ ０ ．２ ｆ １ ｓ
１ｚ ｄ． Ｔｈ ｏ ｒｉ ｉｉｌｄ ｓｇ ｃ ｅ ｓ ｗｉｈ ｄｉ ｅ ｅ ｔ ｃｕｒ ｙ ｅ ｒ ｏ ｓ ｄ Ｔｈ ｐ ｉ ｌｓｒ ｃｕ ｅ ｄ ｓｇ ａ ａ ｔｒ ｙｅ ｅ ｆｕ ｎ ｔ ｅ ｉｎ ｓ ｈ ｍｅ ｔ ｆ ｒｎｔｓｒ ｔ ｅ ｔｐ ｓ ｗｅｅ ｐｒｐｏ ｅ ａ ｆ ｕ ｅ ｏ ｔｍａ ｔｕ ｔｒ ｅ ｉｎ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ
基 于 疲劳 可靠性 优 化 设 计 的深 水 导 管架 平 台多级模 糊选 型
杨 秀 娟 ， 宗祥 修 ，闫相 祯 冯 永 训 ，
（ ． 国石 油 大 学 储 运 与 建 筑 工 程 学 院 山 东 东 营 ２ ７ ６ ； ． 利 工 程 设 计 咨 询 公 司 山 东 东 营 ２ ７２ ） １中 ５０ １ ２ 胜 ５ ０ ６
选 方法 对 优 化 后 的 方 案进 行 模 糊 优 选 ， 以 ２０ｍ 水 深 导 管架 海 洋 平 台作 为 实 例进 行 分 析 。结 果 表 明 ， 传 统 分析 并 ０ 与
基于Pro／MECHANICA环境的塑料卡勾优化设计
２ Ｐ ｏ ＭＥ ＨＡＮ Ｃ 环 境 下 塑 料 卡 勾 的优 ｒ／ Ｃ ＩＡ 化 设 计
２ １ 模型 的建立 与简化 ．
之 一 成 一 整 体 ，制 造 成 本 低 ，拆 卸 容 易 ， 因 而 在 塑
料 件 联 接 中尤 其 在 Ｐ Ｃ产 品 中通 常替 代 螺 钉 、螺 栓 等
１ 引 言
卡 勾 （ｎ ｐ—ｆ ｓ 联 接 又 称 搭 扣 配 合 ，是 塑 料 Ｓａ ｉ ） ｔ 件 联 接 时 常 使 用 的 一 种 经 济 而 简 单 的 方 法 ，卡 勾 按 形 状 的不 同 通 常 分 为 直 梁 式 卡 勾 、环 形 卡 勾 、 球 式 卡 勾 和 扭 曲 卡 勾 … 。 由 于 它 结 构 简 单 ，与 被 联 结 件
使 用 。但 是 ，卡 勾 联 接 是 在 应 力 作 用 下 使 其 挠 曲 而
配合 的 ，其 最 致 命 的 缺 点 就 是 容 易 折 断 ，接 头 一 旦
破 坏 ，就 很 难 或 不 可 能 修 复 ；另 一 个 缺 点 是 塑 料 制
在 对 卡 勾 进 行 有 限 元 分 析 时 ，首 先 要 建 立 精 确 的 几 何 模 型 ，此 项 工 作 在 Ｐｏ Ｅ Ｉ ＥＥ 中 进 行 。 ｒ／ ＮＧ Ｎ Ｒ 使 用 Ｐ ｏ Ｅ Ｉ ＥＥ 能 够 准 确 、快 速 地 生 成 三 维 ｒ／ ＮＧ Ｎ Ｒ 实 体 模 型 ，并 且 所 生 成 的 三 维 模 型 能 够 直 接 输 人 Ｐ ｏ ＭＥ ｒ／ ＣＨＡ Ｃ ＮＩ Ａ有 限 元 分 析 软 件 ，对 模 型 进 行 几 何 尺寸上 的优化设 计 以及结构 上 的改进 。 本 文 使 用 的塑 料 卡 勾 与 Ｐ Ｃ面 板 的 前 框 是 一 个 整 体 ，如 果 把 整 体 作 为 一 个 模 型 进 行 分 析 ，不 但 使
管道设计中支架的合理及优化设计
架 对管 道 的变 形适 应 能 力 最 强 ， 因而 最 为 经 济 。但 摇 摆支 架制 作较 麻烦 ， 铰 性能 可靠 度不 足 ， 半 且半 铰
差 ； 管道 固定 点至 所计算 的管架顶 之 间的距离 。 Ｉ为
对矩 形 断面 的管道 支 架来说 ， 根据 上 面公式 ， 可
以推 出 以下 判 断公式 ：
所 受 的风荷 载 。它 作 用 在管 道 中心 线上 ， 以集 中 并 力 加弯矩 的形式 传 给支 架 。 （ ） 梁式 管 架 纵梁 所 ２纵 受 的风荷 载 。对 独 立管 架 来说 ， 柱子 所 受 的 风荷 载 般 可忽 略不计 ， 纵梁 式 管 架要 考 虑作 用 到纵 梁 但
－
某常 温 工 作 的 高 架 输 水 管 道 ， 称 直 径 ８ ０ 公 ０ ｍｍ， 中心距 地 面 ７５ｍ； 管 ． 管重 １５ Ｎ／ 充 满水 ．９ｋ ｍ，
时 ， 重 ５ ０ Ｎ／ 采 用 Ｔ 形 钢 筋 混 凝 土 独 立 活 水 ． ２ｋ ｍ；
动支 架 ， 跨度 １ ｍ， 架 柱 高 ８ｍ； 装 时 温度 ５Ｃ， ４ 支 安 ￣ 运行 时 管 内水 温 最 高 达 ５ ＂ 支 架 顶 部 做 成 ｕ型 ０ Ｃ； 槽， 加卡 箍 限制钢 管 的径 向移 动 ， 用 橡 胶 衬 垫 ， 并 如
表格 （ 文献 Ｅ－ ５ ３ ； 为作 用 在 １个 管 架顶 如 ］Ｉ — ）Ｇ 表
上 的总计垂 直荷 载 私为 管道 与支座 问 的摩 擦 系数 。
钢结构管道支架的优化设计
钢 结 构 管 道 支 架 的 优 化 设 计
刘 大 怡
（ 武汉都市环保工程技术股份有限公司 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０）
摘
要： 介绍 了钢结构管道支架的一般设计原则及 常用结构 类型 ， 以某钢厂 大型煤气 管道 支架设计为例 ， 用有 限元方 法计 算 了钢
构件采用不同截面时的应力及 自重 ， 通过比较分析 ， 总结 出合理、 经济 的管道支架优化设计原则 ， 以达到优化设计的 目的。
／ ５ ０ ０； 其他管道支架横梁 的最 大挠度不 应大 于梁跨 度 的 １ ／ ２ ５ ０ 。 括 固定 支架 、 刚性管架 、 柔性管架 、 半 铰接管架 、 双 向活动管架 （ 摇 １ 标准值 ） 作用下 的挠 度容许值不 大于 ／ ， ／ ４ ０ ０ ； 管道 水平 摆管架 ） 。组合式管架包 括桥架 式 、 桁架式 、 悬 臂式 、 悬索 式及 吊 竖 向荷 载（
此得 出本文所得公式 的可行性 。 ２ ） 给 出了在 导线任一位置作用一集 中荷载时 的线形 方程 ， 并 且计算 了相应的弧垂 。和现有 的线形做 出 了比较 ， 现有文 献 ［ １ ］
Pro／MECHANICA环境下的管道支架优化设计
Ｏｐｔｍ ｉｅ ｓｇ ｏ ｎ ｉ ａ ｋｅ ｄｅ ｏ ｉ ｚ ｄ Ｄｅ ｉｎ ｆＣｏ ｄｕ ｔＢｒ ｃ ｔｕｎ ｒ Ｐｒ ／Ｍ ＥＣＨ［ ＡＮＩ ＣＡ ｒ ｕ ｓａ ｅ Ｃｉｃ ｍ ｔ ｎｃ
Ｌ ｉ— ｎ Ｖ Ｊｎ ｍｉｇ， Ｐ ＥＮＧ Ｐ ｎ ｅ ｇ， Ｚ ＮＧ Ｈｕ—ａ Ｅ ｉ ｎ ｆ
ｔ． ｙ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：Ｐｍ／ＭＥＣＨＡＮＩ ＣＡ； ｓ ｎ ｉｉｉ ｎ ｌ ｓｓ ｃ ｎ ｕｉ ｂ ａ ｋ ｔ ｐ ｉ ｚ ｄ ｄｅ ｉｎ ｅ ｓｔ ｔ ａ ａｙ ｉ ； ｏ ｄ ｔ ｒ ｃ ｅ ；ｏ ｔｍｉｅ ｓｇ ｖｙ
０ 引言
随着电子计算机的发展 ，现代机械设计方法也 日趋多样化 ，利用先进的 Ｃ Ｄ Ｃ Ｅ工具对机械系统 Ａ ／Ａ 开展研究已成为一种趋势 。ＰｏＥ ＧＮ Ｅ （ ｒ Ｅ ｒ Ｎ Ｉ Ｅ Ｒ Ｐｏ ）是集 Ｃ Ｄ Ｃ Ｍ Ｃ Ｅ于一体的大型设计软件 ，其 ／ ／ Ａ ／Ａ ／Ａ 中 Ｃ Ｅ常用的模块有 Ｍ ｃａｉ ｅｉ ｘ ｎｉ （ Ｄ ）和 Ｐ０Ｍ ｃ Ａ ＩＡ（ｒ／ 。比起专业分析 Ａ ｅｈｎ ｍ Ｄ ｓ Ｅ ｔ ｓ ｎ Ｍ Ｘ ｓ ｎ ｇ ｅ ｏ ｒ Ｅ Ｈ Ｎｃ Ｐ０Ｍ） ／ 软件 ，ＰｏＥ无法 匹敌，但绝大多数 的专业分析软件几何建模功能比较弱 ，必须通过 Ｉ Ｅ 或 Ｓ Ｅ ｒ／ ＧＳ Ｔ Ｐ格式 进行数据交换 ，这样往往容易造成数据的丢失而须花大量 的时间与精 力进行几何模型的修补工作 。而
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｓｅ ｔａ ｐ ｉ ｚ ｄ ｆ ｎ ｔ ｎ ｆＰ ｔａ ｔ ｅ ｅ ｓ ｎ ｉｌｏ ｔｍｉｅ ｕ ｃ ｉ ｓｏ ｍ／ＭＥＣＨＡＮＩ ｏ ＣＡ ｔｕ ｔｒ ｄｕ ｅ ａ ｅｉ ｔｏ ｕ ｅ Ｓ ｒ ｃｕ ｅ ｍｏ ｌ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ．ＩｓＵ— ｔ
应用Pro／MECHANICA分析优化产品设计
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感 度 分析 就 是 可 以分 析 研 究 结 构 尺 寸或 参 数 对 上 述 分 析 结 果 的 影 响 。所 以 要 执 行 敏 感 度 研 究 ， 必 须 先 正确 无 误 的运 行 完 前 面 的 分 析 ， 后 通 过 指 然 定 设计 参 数 。定 义 敏 感 度 研 究 分 析 。通 过 敏感 度 研 究 可 以得 到指 定 的设 计 参 数 对 分 析 结 果 的影 响 方 向和程 度 。如 图 ４和 图 ５分 别 为 零 件 厚 度 及 应
分 析 结 果 不 能 满 足 产 品 设 计 的 要 求 ， ｒ／ — Ｐ ｏ ＭＥ Ｃ ＨＡＮＩ Ａ可 以对 产 品进行 局 部 ／ Ｃ 全局 敏 感 度 分 析 和 优化 设 计 ， 定 满 足 优 化 目标 的 模 型 。所 谓 敏 确 ２０ ０ ７年 第 ３期
《 新技 术新 工艺 》・ 数字 设计 与数 字制造
义 的约束 和载 荷 ， 态分 析 选 择 约束 即可 。再 对定 模 义 的分析 分别执 行运 算 ， 后 查看 结 果 。如 图 ２ 图 然 ， ３为静 态 分析 的应 力 和变 形 图 ， 过 云 图可 以看 到 通
应力 和位 移 变 形 的分 布 状 况 ， 以及 出现 的最 大 值 。 应 力 为 ｍａ — ｔｅ ｓ ｖ ２ １ ０２ １ ＋ ０ ； 形 为 ｘ ｓｒｓ— ｍ： ． ８ ０ ｅ ４ 变
４ ７ ５ ２６ ２ ＋ ０ ． ６ ８ ｅ ３
２ 对 零 件 定 义 所 分 析 类 型
定 义 我们 要进 行 的 分析 ， 里我 们 定义 静 态 分 这 析和模 态分析 。在定 义静 态分析 时选择 我们 前面定 ・５ ・ ６
在对 当 前 的模 型 做 完 分 析 ， 看 结 果 后 ， 果 查 如
基于Pro／MECHANICA的棚架结构分析与优化设计
减 少了设计变量 的个数 ．从 而减少 了计算时间 。在本设计
在 模 型 的 理 想 化 基 础 ｌ 自动 划 分 网格 功 能 才 能 产 ， 合 适 的 Ｅ 儿 格 逝 常 情 况 ．用 宴 体 横 喇来 理 想 化矮 矮 胖 胖 的 几
④ 最大诈应住 移是 ００ Ｉ ｎ 这是 考虑棚 架的小 Ｊ彤 ． ｎ ４ｌ 韭
将 引起 与棚 架 的 末 端 可 能 产 生 太 的 他 移 ． 两 ｌ 个螺 柃 孔 的距 离 和 饭 食 的 厚 度 必 须 定 造 足 ｌ ； １ ］
４创建设计参数
没计 参 数作 为模 型 的 变 量 能 潜 在 的 影 响设 计 目标 ，它 可 以是 模 型 的 尺 寸 或 者 模 型 参 数 。 在优 化设 计 中 ，系 统 可 以 在 一 定 范 围内 改 变 变 量 以找 到 最 好 的 值 来 满 足 给 定 的约
２ ）同样的方法分析 ｔＤ ｌ ａ＿０ ｐ参数。在 ｔＤ ｔ 参数改变 ａ＿叩
一
］
］● －．］
ｐ
定的范瑚变化 时．求解 Ｈ 满足一定设计 目标 （ ｊ 如质量最 奉文设计一 个Ｉ业 用的栅架系统．这个系统用在 仓Ｊ ：
卜支撑 大 的载 荷 个 棚 架 用
小 应 力最小等 ）的攮佳Ｊ 何模型 。 Ｌ
闭 １ 模型的 盐计霉 散
（ 设 汁载 衙 ８ Ｎ １ ） ９ ．作用 在 与棚架相 连部件 上 的特定 点．方向垂直Ｉ 研Ｆ。
② 最 大 臆 力 小 于 ９ ＭＰ ３ ａ
一
耍做的就是理想化模喇 模刑化 的唯 Ｌ 的就足减少汁 ｊ
蚋的 工作 鲢．提高 驶汁效 牢，而 埘 汁竹缩 聚影响 小太
基于BIM的预制组合水平多管道支架装置整体提升技术及施工方法
2019年第03期Special focus特别关注基于BIM的预制组合水平多管道支架装置整体提升技术及施工方法钟如篥陶远旺刘阳（中建三局第一建设工程有限责任公司武汉430040）摘要：针对珠海长隆海洋科学馆项目层高多、机电管线复杂且安装部位较为集中等特点，项目上釆用基于BIM的预制组合水平多管道支架装置整体提升技术，实现了管道支架的模块化和标准化预制施工，优化了管道支架的结构，提高了施工效率，降低了工程造价.关键词：支架装置模块化BIM优化料表中图分类号：TU741文献标识码：B文章编号：1002-3607（2019）03-0020-021实施背景近年来，装配式安装模式已逐渐走入建筑领域，预制楼梯、阳台、组合立管、装配机房等已形成产业化，该模式在施工现场得到了广泛应用，而机电管线安装还处于单根整体提升阶段。
针对珠海长隆海洋科学馆项目特点，层高多且高度高，大致可划分为5.5m、6m、10m、13.85m等层高。
同时，机电管线复杂且安装部位较为集中，如采用基于BIM的预制组合水平多管道支架装置可实现机电管线在加工区进行集中加工，现场组装，一次性整体提升，可降低安装过程安全风险系数、施工成本，提高生产效率，也可提升管线安装的整体观感。
2预制组合水平多管道支架装置整体提升技术及施工方法2.1水平多管道支架装置装置中C型钢带冲齿冲孔，冲齿齿间角度为90。
，齿高1mm（见图1）。
装置中冲齿冲孔的C型钢冲孔的孔径大小与螺栓标准件匹配（见图2）；立柱与横担的连接件为带卡槽等边L形，通过螺栓拧紧固定（见图3）；吊杆与楼板固定底座为带固定翼折弯的U形钢板，通过膨胀螺栓与楼板固定（见图4）。
图3立柱与横担连接的图4吊杆与楼板固定固定件BIM模型输出图底座的BtM模型输出图C型钢材料2.0~2.5mm的钢板进行冲孔、冷轧、剪切成形，宽度尺寸数据库为41mm标准参数，高度参数可调。
机电管道的空间排布基于BIM模型，剖面的设计在BIM模型中通过参数化的支架零部件三维模型数据库选型设计完成。
机械优化设计报告 两杆支架优化 设计最轻的支架尺寸
机械优化设计课程作业姓名：陈胜利学号：200910301304指导教师：伞红军学院：机电工程学院专业班级：机自 093完成日期：2011年12月31日一、题目：二、分析1．建立数学模型◆ 设计变量： 钢管直径D(单位m)◆ 目标函数：222m H B D T +=πρ◆ 约束条件：１） 圆管杆件中的压应力σ应小于或等于y ο，即y TDHH B F σπσ≤+=22 于是得y TDHH B F D g σπ-)(221+= ２） 圆管杆件中的压应力α应小于或等于压杆稳定的临界应力c σ，由欧拉公式得钢管的压杆稳度应力c σ)8()(2222222H B T D E A L EIC ++==ππσ式中 A ――圆管的截面积；L ――圆管的长度。
于是得0)(2≤-=c D g σσ３） 设计变量的值不得小于或等于0于是得0D )(3≤-=D g4) 惩罚函数法构造函数 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=)(1)(1)(1)()(321D g D g D g r D m D F2利用matlab 进行函数优化1)优化方法：先利用惩罚函数法将约束优化问题转化成无约束优化问题，然后在不同的惩罚因子r 的条件下，将搜索区间分段（5:10：100 从5到100，步长为10），利用区间消去法确定单谷区间，在单谷区间上利用黄金分割法搜索出在相应r 值下的最优点。
通过逐渐缩小r 值确定目标函数的最优点。
2）matlab 函数为增加函数的可移植性，函数分为7个部分，目标函数，稳定性条件函数，强度条件函数，利用惩罚函数法构造出来的函数，利用区间消去法寻找区间的函数，黄金分割法的函数，用于编写惩罚函数优化过程的主函数。
具体函数如下：目标函数function mass=aim(d)%目标函数%输入为钢的直径d 输出为函数值midu=8300;t=2.5e-3;b=0.76;h=b;mass=2*pi*midu*t*d*sqrt((b)^2+(h)^2);%fprintf('%f直径的质量为%f',d,mass)稳定性条件函数function [result2]=wendingxing(d)%稳定性约束函数%输入直径d%输出计算函数值f=1.5e+5;t=2.5e-3;b=0.76;h=b;te=1e+11;%te弹性模量result2=((f*sqrt((b)^2+(h)^2))/(3.142*t*d*h))-((3.142^2*te*((t)^ 2+(d)^2))/(8*((b)^2+(h)^2)));%fprintf('%f稳定性结果为%f',d,result2)强度条件函数function [re]=qiangdu(d)%强度约束函数%输入直径d%输出计算的函数值大于零不可行f=1.5e+5;t=2.5e-3;b=0.76;h=b;yingli=7e+8;re=(f*(sqrt((b)^2+(h)^2))/(3.142*t*d*h))-yingli;%fprintf('%f强度条件结果为%f',d,re)利用惩罚函数法构造出来的函数%惩罚函数法的构造函数%输入变量自变量x（即直径d），惩罚因子%输出变量构造函数值%制作者陈胜利function result=gouzao(x)global r0;result=aim(x)-(r0*(1/qiangdu(x)+1/wendingxing(x)-1/x))利用区间消去法寻找区间的函数%区间消去法确定搜索区间%全局变量flag用来判断区间是否对超出边界%%alpha0是初始点function [a,b]=qjxq(alpha0)global flag1;step=1;%初始步长a1=alpha0;a2=a1+step;%判断边界是否已经超出0.1到100的范围内if ((a1>0.01)&(a2<105))f1=gouzao(a1);f2=gouzao(a2);if f1>f2while (1)step=2*step;aq=a1;%该区间第一个值a1=a2;a2=a2+step;%第二次边界的判断if ((a1<0.01)|(a2>105))flag=1;break;endf1=f2;f2=gouzao(a2);if f1<f2a1=aq;break;endendelse %区间消去另一种情况step=-step/4;while (1)al=a2;%al为区间最后一个值a2=a1;a1=a1+step;if ((a1<0.01)|(a2>105))flag=1;break;endf2=f1;f1=gouzao(a1);if f1>f2a2=al;break;endendenda=a1;b=a2;flag=0;else %第一次边界判断不符合时的结果 flag=1;end% 第一次边界的判断结束黄金分割法的函数%黄金分割法%传入值为函数区间和收敛精度%传出值为函数最小值的横坐标%function xmin=goldencut(a1,b1,e)%xmin=a1;%此处xmin为所求极小点;%这里k是迭代次数a(1)=a1;b(1)=b1;k=1;while b(k)-a(k)>ex=[a(k),b(k)];y(k)=a(k)+0.382*(b(k)-a(k));u(k)=a(k)+0.618*(b(k)-a(k));if F(y(k))>F(u(k))a(k+1)=y(k);b(k+1)=b(k);y(k+1)=u(k);u(k+1)=a(k+1)+0.618*(b(k+1)-a(k+1));else a(k+1)=a(k);b(k+1)=u(k);u(k+1)=y(k);y(k+1)=a(k+1)+0.382*(b(k+1)-a(k+1));endk=k+1;endxmin=(a(k)+b(k))./2;k=k-1 %k-1为迭代次数function f=F(x)f=gouzao(x); %将函数值传入构造函数用于编写惩罚函数优化过程的主函数%主函数%初始化通过input函数输入输出为最优点xbest ybest%shych=input（'输入约束容差'）；global flag1;%判断区间是否超出极限 0为没有，1为超出界限global r0;flag1=0;shljd=input('输入收敛精度');x0=input('输入初始点');r0=input('输入r0');c=input('输入c');k=0;xl=100;%求构造函数的无约束极值输入为 x0 r0while(1)%局部最优解xlast，ylast%寻找局部最优解xlast=5;ylast=gouzao(5);for m=5:10:100if flag1==0[a1,b1]=qjxq(m);xbest=goldencut(a1,b1,0.1);ybest=gouzao(xbest);%判断大小找局部最优点if ybest<ylastylast=ybest;xlast=xbest;endelse %标志位不为0时直接进行下一次循环continue;end %if结束end%for循环结束xbest2=xlast;ybest2=ylast;%判别迭代是否收敛%abs()求模 xl是上一次r值对应的最优点的的直径，xbest2 ybest2是这次的最优点if abs(xbest2-xl)<=shljd %xl的初值在开始时已经给出为5fprintf('最优点为(%f,%f)',xbest2,ybest2);break;elsek=k+1;r0=c*r0;xl=xbest2;x0=xbest2;end %if结束end %while循环体结束%三、优化结果及评价1 输入的初始条件：输入的收敛精度为0.05，输入的初始点为1，输入的r0为1，输入的c为0.5时2 优化结果：最优点为D=0.047740m 即47.74mm屏幕截图如下：3 评价：惩罚函数法的r值确定后，利用黄金分割法进行一维搜索，搜索程序编写简单，但是由于没有利用函数本身性态信息，搜索速度较慢，程序有待改进。
化工工程设备管道与材料优化设计研究
化工工程设备管道与材料优化设计研究摘要：本研究旨在优化化工工程的设备管道和材料设计，提高生产效率、降低能耗和环境污染。
通过实验和模拟方法，研究了相关文献，并提出了设计策略。
实验结果验证了设计效果，为节能环保和安全可靠的目标提供了支持。
本研究对化工工程领域的技术进步和可持续发展具有重要意义。
关键词：化工工程；设备管道；材料优化设计引言：化工工程领域对设备管道和材料的优化设计具有重要意义，可以提高生产效率、降低能耗和环境污染。
然而，目前存在着一些问题和研究空白。
因此，本研究旨在通过实验与模拟方法，探索化工工程设备管道和材料的优化设计，以期达到节能环保、安全可靠的目标。
一、文献综述1.1 化工工程设备管道与材料的优化设计概述在化工工程中，设备管道和材料的优化设计对于提高生产效率、降低能耗和环境污染具有重要意义。
优化设计可以通过选择合适的管道和材料，改进工艺参数以及优化结构设计来实现。
1.2相关研究成果回顾过去的研究工作主要集中在以下几个方面：设备管道和材料的选型：研究人员通过对不同管道和材料的性能进行评估和比较，选择最适合特定工艺的管道和材料。
工艺参数的优化：通过对工艺参数进行调整和优化，提高工艺的效率和稳定性。
结构设计的改进：研究人员通过改进设备管道的结构设计，提高其耐压能力和使用寿命。
1.3存在的问题和研究空白尽管已经取得了一些进展，但仍存在一些挑战和研究空白：管道和材料的选择依赖于经验和试错，并缺乏系统性的分析和评估方法。
工艺参数的优化往往是基于经验和经验公式，缺乏基于科学理论的优化方法。
结构设计的改进可能受限于材料性能和制造工艺的限制。
因此，未来的研究需要关注以下方面：开发系统性的管道和材料选择方法，结合性能评估和成本效益分析，以实现更准确和有效的选择。
利用高级优化算法和模拟方法，开展工艺参数的优化研究，提高工艺的能效和稳定性。
探索新的材料和制造工艺，以改进设备管道的结构设计，提高其性能和可靠性。
化工管道支吊架的设计与研究
１ 化 工管道支 吊架类型与用途
化 工 管 道 支 吊架 按 照 其功 能 和 使 用方 式 可 分 为 ４类 ， 分别 为支架、 吊架 、 限 制 性 支 架 和支 撑 设 备， 每 一种 类型 支 吊架 均应 符 合 管 道 承 压 、 补偿 以 及 移动要 求 ， 避 免化 工管道 频 繁振 动 ｌ ３ ｊ 。表 １为 化 工管 道支 吊架类 型 与用 途统 计表 ， 图 １为典 型 化 工 管道 支 吊架 。
３ 化工管道支 吊架设 置
支 吊架设 置需 考 虑管 道 内外径 、 形状 、 阀门、 位
置 以及 可 固定 部位 等 多方 面 的 因素 ， 应 根据 管 系材 料标 准规 范要 求 ， 合理设置管道允许跨度 、 导 向 间
距 以及 相 关工 况要 求 。 水平 管 道 的承 重 支 架 间距 不 得 超 过 管道 允 许
计应满足正常工艺工作要求 ， 以及附属管道 、 设备、 组 件 的承 载与应 力 范 围。对 支 吊架 类 型 、 数 量 和应
力 的分析 ， 涉及 到多 学 科 专 业 知 识 ， 既要做到支 吊
架合理布置不影响管道 自由形变受控制 ， 又要采用 合理 的技 术方 法 消 除 和弥 补 管 件 载 荷 。对 支 吊架
表 ｌ 化工管道支 吊架类型 与用途统计 表
多 方面 的 因素 ， 尤其 要考 虑 支 吊架 支撑 点 承受 的荷
出发 ， 形成 了以下几 个原 则
：
载 压力 、 是 否发 生 管 道 位移 、 管 内 介 质材 料 以及 管 内外温 度 变化 等 ， 因此从 支 吊架 的选 用安全 性 角度
关键 词 ： 化工； 管道 ； 类型 ； 应力； 设 计 中 图分 类号 ： Ｔ Ｑ ０ ５ 文献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ２ ０ ９ ５—５ ０ ９ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ９— ０ ｏ ７ ３— ０ ３
用管子支架优化设计软件改善前期设计
用管子支架优化设计软件改善前期设计
佚名
【期刊名称】《石油石化节能》
【年(卷),期】2002(018)006
【摘要】无
【总页数】1页(P35)
【正文语种】中文
【相关文献】
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管道设计中支架的合理及优化设计
管道设计中支架的合理及优化设计发表时间：2016-04-20T13:44:32.070Z 来源：《工程建设标准化》2016年1月供稿作者：白冰[导读] 山东省冶金设计院股份有限公司现阶段热力专业的施工图对管道、风道、桥架等设备管线的支架没有深入的详细描述，只是标注了各专业管线的相应标高，这就造成在施工过程中各专业管线交叉，给施工带来困难，严重影响相关专业的施工进度（山东省冶金设计院股份有限公司，山东，济南，250014）【摘要】现阶段热力专业的施工图对管道、风道、桥架等设备管线的支架没有深入的详细描述，只是标注了各专业管线的相应标高，这就造成在施工过程中各专业管线交叉，给施工带来困难，严重影响相关专业的施工进度。
通过对热力专业管道支架因地制宜的优化设计和安装可以使设备管道安装达到坚固美观、感官良好的效果，并能大大促进施工安装的进度。
【关键词】管道设计；支架；优化设计前言架空输送管道在介质和大气温度变化的作用下，将产生热胀冷缩现象。
为适应这种热胀冷缩的要求，保证管道稳定和满足正常生产的要求，通常每隔一段距离，设置一个固定点，在两个固定点之间，设置补偿器。
这样管道系统就分为若干区段，每个区段的热胀冷缩能量由这一段的补偿器吸收，活动支架所受的力也通过该段管道传给固定支座，整个系统就成为—个稳定的系统。
一、管道支架设计原则1、共同工作原则（1）管道支架是支承管道的结构，而管道在一定程度上也支承着管道支架，两者形成一个空间体系而共同工作。
（2）柱顶相当于支承在一个有限变位的弹性支座上，即管道在柱顶起着支承的作用，因此管架柱的计算长度就比独立的悬臂柱小。
2、牵制作用（1）多管共架的管线，各管道同时产生温度动作的可能性是不存在的。
（2）在任一瞬间有温度作用的管道力图推动管道支架唯一；无温度动作的管道，非但不推动管架位移，反而起着阻止管道支架位移的作用。
（3）管道支架承受的实际摩擦力及由此产生的弹性位移值，通过上述作用一般可减少30％以上，这种现象说明了管线的不同时工作对管道支架的受力具有牵制作用。
化工工程设备、管道的优化设计朱明尧
化工工程设备、管道的优化设计朱明尧发布时间：2021-08-09T08:55:06.833Z 来源：《中国科技人才》2021年第12期作者：朱明尧[导读] ：针对中国的整体发展而言，化工工程属于一项非常关键的行业，其产品作用于工业及民用的方方面面，以促进化工行业的可持续发展为目标，务必围绕化工建设项目的设备、管道开展优化设计工作。
因为化工工程具备一定的特殊性，在实际进入生产发展环节时，往往面临着很高的危险性，特别是针对化工物质开展处理的时候，一旦欠缺严谨性将会造成操作不正确的问题，如果化学物质产生泄漏问题，则会造成现场作业人员的生命财产安全受到威胁，并且还会造成巨大的经济损失，甚至对环境造成极大的污染。
朱明尧信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司天津分公司天津市 300201摘要：针对中国的整体发展而言，化工工程属于一项非常关键的行业，其产品作用于工业及民用的方方面面，以促进化工行业的可持续发展为目标，务必围绕化工建设项目的设备、管道开展优化设计工作。
因为化工工程具备一定的特殊性，在实际进入生产发展环节时，往往面临着很高的危险性，特别是针对化工物质开展处理的时候，一旦欠缺严谨性将会造成操作不正确的问题，如果化学物质产生泄漏问题，则会造成现场作业人员的生命财产安全受到威胁，并且还会造成巨大的经济损失，甚至对环境造成极大的污染。
对此，务必需要针对化工项目设备、管道的实际质量进行全面的管控，合理围绕化工设备、管道实施优化设计工作，进一步为化工工程生产的日常安全运行打造坚实的基础。
关键词：化工工程；设备；管道；优化设计在经济社会不断发展的过程中，化工产业对国民经济的进步发挥着非常重要的重要，社会对于化工工程建设的需求持续增加，不断促进着我国化工行业的向前发展。
在化工工程建设中，有一个非常重要的环节需要引起高度重视，那就是化工工程中设备、管道的合理设计，直接关系到整个化工工程建设的有效开展及后期生产的安全。
螺旋芯棒式管材机头的优化设计
螺旋芯棒式管材机头的优化设计陈开源【摘要】螺旋芯棒式机头在塑料管材生产中应用广泛.文中提出了意种挤出模具的优化设计方法.运用有限元分析软件Polyflow对螺旋芯棒式管材机头流场进行模拟计算,采用正交试验,以螺旋分配系统出口截面处速度分布均匀性为目标,实现了螺旋芯捧式管材机头的优化设计,同时此设计方法可被其它模具设计过程借鉴采纳.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】3页(P121-123)【关键词】螺旋芯棒式机头;管材;优化设计;数值模拟;Polyflow【作者】陈开源【作者单位】佛山职业技术学院机电工程系,广东佛山528137【正文语种】中文【中图分类】TP391.70 引言常见塑料管材机头的类型有支架式机头、弯管式机头、篮网式机头和螺旋芯式供料机头（螺旋芯棒式管材机头）。
相对于其它3种机头，螺旋芯式机头用于管材挤出成型，不仅可避免产品表面产生熔接痕，壁厚偏差小，产品性能均匀，而且缩短了机头的轴向长度，压力消耗少，这对于大管径的机头表现得更为显著。
螺旋芯棒式管材机头流道几何形状比较复杂，影响熔体流动行为的结构参数众多，为了设计出性能良好的机头，本文在之前工作的基础上［1］，运用有限元分析软件Polyflow对螺旋芯棒式管材机头流场进行数值模拟计算，采用正交试验，以螺旋分配系统出口速度均匀性作为目标，实现了螺旋芯棒式管材机头的优化设计，同时此设计方法可被其它模具设计过程所借鉴和采纳。
1 模型的建立1.1 物理模型在Pro/Engineer软件里建立螺旋芯棒式管材机头的流道模型，如图1所示。
为了方便描述，将机头分为4段：入口段、螺旋分配段、压缩段和成型段。
本例螺旋芯棒式管材机头主要结构参数如表1所示。
图1 螺旋芯棒式管材机头流道模型1.2 数学模型为了便于数学运算，对机头中的塑料熔体作如下假设：1）流动为层流，处于定常状态；2）重力和惯性力等体积力远小于黏滞力，可以忽略不计；3）熔体为黏性不可压缩流体，且流场为等温场。
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摘要：随着电子计算机的发展，现代机械设计方法也呈现出多样化，利用先进的CAD/CAE 工具对机械系统开展研究已成为一种趋势。
Pro/ENGINEER是集CAD/CAM/CAE于一体的大型设计软件. 随着电子计算机的发展，现代机械设计方法也呈现出多样化，利用先进的CAD/CAE工具对机械系统开展研究已成为一种趋势。
Pro/ENGINEER是集CAD/CAM/CAE于一体的大型设计软件，其中CAE常用的模块有Mechanism Design eXtension（MDX）和Pro/MECHANICA。
绝大多数专业分析软件几何建模的功能比较弱，须通过IGES格式或STEP格式进行数据交换，这样往往容易造成数据的丢失而须花费大量的时间与精力进行几何模型的修补工作。
而Pro/MECHANICA能克服这一弱点，它可以直接利用Pro/ENGINEER的几何模型进行有限元分析。
由于Pro/ENGINEER具有强大的参数化功能，Pro/MECHANICA就利用参数化工具的优点对几何模型进行灵敏度分析和优化设计，这是Pro/MECHANICA区别其他有限元软件最显著的特征。
一、Pro/MECHANICA环境下的优化设计
1.Pro/MECHANICA Structure模块简介
与其他专业的有限元分析软件一样，Pro/MECHANICA Structure模块可以完成有限元分析和模型的优化设计，它的设计研究种类主要有三种：标准分析（Standard）、灵敏度分析（Sensitivity）和优化设计分析（Optimization）。
图1为Pro/MECHANICA Structure模块的主菜单。
概括的说，Pro/MECHANICA Structure模块的分析任务为两类，第一类为设计验证或设计校核，例如进行设计模型的应力应变检验，和其他有限元分析软件一样，须通过创建几何模型、简化模型、设定单位和材料属性、定义约束、定义载荷、定义分析任务、运行分析、显示评价计算结果这样的工作流程；第二类为模型的设计优化，这是Pro/MECHANICA区别其他有限元软件最显著的特征。
它的工作流程如图2所示。
现以管道支架为例简述Pro/MECHANICA独特的优化设计功能。
图1 Pro/MECHANICAStructure模块主菜单
图2 Pro/MECHANICA优化设计工作流程图
2.管道支架的优化设计
管道支架是一种广泛应用于建筑、电力等行业的支撑类零件，对其进行有限元分析和优化设计对实际生产有着重要的指导意义。
（1）几何模型的建立
图3为某管道支架在Pro/E下的三维造型图，主要由中间板、边缘板、中间切槽、左端固定板组成，其左端面固定。
由材料力学可知，该支架左端固定板与中间板、边缘板连接面为危险截面，截面上下位置处的点所受应力最大，为危险点。
因此分别建立测量点PNT0、PNT1以监测危险点处的应力值。
图3 管道支架三维效果图
（2）设置模型材料属性
该模型所选材料为45钢，其密度为，弹性模量E=200GPa，泊
松比。
根据材料属性，我们选择Pro/MECHANICA Structure模块中材料库中的材料模型steel，然后整理编辑，图4为定义的材料属性表。
图4 管道支架材料属性定义框
（3）约束及载荷的定义
由于管道支架的左端面固定，因此定义约束时将该端面6个自由度完全固定；支架上端面承受管道重量1000N，因此选择载荷分布形式为均布（Uniform）的总载荷（Total Load），Y轴的分量-1000N，施加在50×100的面域上，如图5所示。
图5 管道支架的约束与载荷
（4）灵敏度分析
在建造模型过程中，设计人员定义了很多设计参数，如目标设计参数、物性参数等，当这些设计参数变化时，必然会对模型性能产生影响，如果这些设计参数都用于优化设计，必
然加大计算量。
考虑到不同设计参数对模型性能影响的程度不一样，如果能定量地表示这种影响程度，就能确定哪些是重要设计参数，并排除那些影响程度很小的设计参数，从而提高优化设计的效率，这是优化设计时要着重考虑的。
而Pro/M的灵敏度分析恰恰提供了这样的定量分析功能，为优化设计高效率提供了保证。
1）局部灵敏度分析
局部灵敏度分析就是定量分析每个设计参数对模型性能影响的程度，从而可以确定哪些参数对模型性能影响最大，即重要设计参数，设计优化时作重点考虑。
在上述的管道支架中，设计参数主要有中间板的长度(Mid_Length)、宽度(Mid_Width)、板厚(Mid_Thickness)、边缘板的宽度(Edge_Width)、厚度(Edge_Thickness)、中间切槽的长度(Cut_ Length)和宽度(Cut_ Width)等。
因此分别对这些参数进行局部灵敏度分析，最后确定对模型最大应力影响最深的重要参数，运行局部灵敏度分析后，图6～12分别为中间板的长度、宽度、厚度、边缘板的宽度、厚度、中间切槽的长度和宽度等7个参数对模型应力影响程度的曲线。
从曲线图可以得知，管道支架模型应力对设计参数中间板宽度(Mid_Width)和板厚(Mid_Thickness)的变化最敏感，即中间板宽度和厚度的变化对模型应力影响最大，因此这是优化设计时重点考虑的参数；其他设计参数尺寸的变化对模型最大应力影响不大。
2）全局灵敏度分析
全局灵敏度分析就是在局部灵敏度分析出对模型性能影响较大的参数的基础上，为这些重要设计参数确定用于优化设计的变化范围，也就是说全局灵敏度分析能准确地描述模型性能对用于优化设计的重要设计参数的灵敏度，确定其合理的参数变化范围，从而在这些参数的变化范围中寻求最佳设计。
由于在管道支架的局部灵敏度分析中的得出了中间板宽度和厚度对模型应力影响最大的结果，因此分别建立全局灵敏度分析任务(定义参数Mid_Width、Mid_Thickness的变化范围分别为160～240mm和15～25mm)，分析运算后准确确定了管道支架模型应力对中间板宽度和厚度尺寸变化的灵敏度如图13、14所示。
图6 中间板长度对模型应力的影响曲线
图7中间板宽度对模型应力的影响曲线
图8 中间板厚度对模型应力的影响曲线
图9边缘板宽度对模型应力的影响曲线
图10 边缘板厚度对模型应力的影响曲线
图11 中间切槽长度对模型应力的影响曲线
图12 中间切槽宽度对模型应力的影响曲线
图13中间板宽度全局灵敏度分析曲线
图14 中间板厚参数全局灵敏度分析曲线
（5）优化设计
优化设计研究的内容主要就是保证模型的约束条件前提下，尽可能达到质量轻、体积小、形状合理、成本最低以及力学方面最大限度地减缓过渡区应力集中等目标条件。
其数学模型一般可统一写成如下格式：
式中D为设计变量X在欧式空间Rn的取值范围，称为可行域；“s.t.”为约束条件。
即优化设计的数学模型包括三因素：设计变量X、目标函数f(X)和约束条件。
在本文的管道支架实例中，分别确定三要素如下：
1.目标函数：使支架质量最小；
设计参数：中间板宽度(Mid_Width)、厚度(Mid_Thickness)。
由灵敏度分析可知管道支架模型的最大应力对中间板的宽度和厚度变化最敏感，对其他参数的变化不敏感，因此中间板的宽度和厚度尺寸是着重研究的参数。
原始尺寸Mid_Width=200mm，Mid_Thickness=20mm。
2.约束条件：强度条件=40MPa，前面建立的测量点PNT0、PNT1可反应危险截面处的应力情况，在满足材料强度的前提下，必须控制危险截面处的最大应力
值，减缓应力现象，即，。
根据上述数学模型建立优化设计任务并运行得到了一组使管道支架重量最轻的优化结果。
现将原始值与最优值作一个比较，如表1所示。
表1 最优值与原始值的比较
从上表中可以看出：经优化之后；支架的重量减少了0.00526(Tonne)，减重率达12.6%；最大应力和位移比原始
值略有增大，但前提是满足所有的约束条件，对模型影响不大，图15为优化过程的历史结果曲线，图16为最后确定的优化管道支架模型。
图15 优化历史结果曲线
图16 优化后的管道支架几何模型几尺寸
二、结束语
利用Pro/ENGINEER强大参数化功能的优点，Pro/MECHANICA能对模型进行灵敏度分析和优化设计，这是Pro/MECHANICA区别于其他有限元软件最显著的特征。
通过对管道支架的优化设计，使管道支架尺寸的确定更合理、更科学，在满足支架的强度条件下，减轻了支架的重量，减重效果明显，同时更重要的是通过灵敏度分析得出了重要的设计参数，提高了优化设计的效率。
因此，利用Pro/MECHANICA环境进行优化设计不失为一种很有效的设计方法，对实际生产有很重要的指导意义。