遗传算法在供热管道直埋弯头优化设计的应用
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ｓｎｇ ｐ ｎ ｌ ｕｎ ｔｏ ｔ ｏ ｉ ｅ ａ ｔ ｆ ｃｉｎ ｍｅ ｈ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｔｍｕ ｃ ｒ ａｕ ｅ ｒ ｄ ｕ ｎ ｉ ｌ ｔ ｉ ｋ ｅ ｓ ａ ｅ ｃ ｌ ｕ ａｅ ． ｙ ｎ ｈ ｐ ｉ ｍ ｕ ｖ ｔｒ ａ ｉ ｓ ａ ｄ ｐｐｅ ｗａｌ ｈ ｃ ｎ ｓ ｒ ａｃ ｌｔ ｄ
目标 ； 以满足 一定 寿命 下 弯 头 的疲 劳 强 度 为性 能 约 束， 将壁 厚 、 曲率半 径 作 为边 界 约 束 ， 立 优化 设 计 建 的数学模 型 。鉴 于所 建立 的模 型属 于约束非 线性优
化 问题 ， 且含有 一些 复杂 的隐式 方程 ， 以判 断其是 难 否 为凸规 划优化 问题 。若按 非 凸规划优 化 问题 求解 这样 的模 型 ， 用传统 的 约束 优 化方 法 （ 点搜 索 ） 采 单 不 一定 能求得 全局 最 优解 ， 因此 笔 者 采 用 了具 有全
摘 要 ： 采 用遗传 算 法对直埋 水平 弯 头进 行优 化设计 。 以弯 头造价 最低 为优 化 目标 ， 用惩 采
罚函数 法处理 复杂 的非线性 约束 ， 出最优 的曲率半 径和壁 厚 ， 求 结果 可直接 应用 于工程 设计 。 关键 词 ： 直埋供 热 管道 ； 弯 头； 遗传 算法 ； 惩 罚 函数 法
式 方程 的计 算式 ， 过 迭代 计算 来 验 证 是 否符 合无法 直 接 求解 出壁 厚 、 曲 率半 径 ， 而且 更不 可 能求 出最经 济 的壁 厚 和 曲率 半
局优 化搜 索 能 力 的遗 传 算 法 作 为 该 问题 的求 解 算
基 金项 目：内蒙古 自然科学基金 资助 （０ ７ １２ ７ ３ ２０ １０ ０ １ ）
Ｗ ＡＮＧ ｕ — ｉｎ ＧＵＯ ａ — ｉ Ｃｈ ｎ ｘ ａ ｇ， Ｘｉｏ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ： Ｔｈ ｐｔ ｅｏ ｉ ｍｕｍ ｅ ｉｎ ｏ ｉｅ ｔｙ ｂ ｒｅ ｏ ｉｏ ｔ ｌｅｂ ｗ ｓ ｐ ｒｏｍ ｅ ｓｎ ｅ ｅｉ ｌｏ ｄ ｓｇ ｆｄ ｒｃ ｌ ｕ ｉ ｄ ｈ ｒｚ ｎ ａ ｌｏ ｉ ｅｆ ｒ ｄ ｕ ｉ ｇ ｇ ｎ ｔｃ ａｇ
中图分类号 ：Ｔ ９ ５ Ｕ ９ 文献标 识码 ：Ｂ 文章编 号 ：１０ ４ １ （ ０ ０ １ ０ １ ０ ０ ０— ４ ６ ２ １ ） ２— Ａ ９— ４
Ａｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｎｅ ｉ ｇ ｒ ｔ ｏ Ｏ ｐ ｉ ｕ ｓｇ ｆ Ｄｉ ｅ ｔｙ ｐｌ ｔｏ ｆ Ｇｅ ｔｃ Ａｌ ｏ ｉｈｍ ｔ ｔｍ ｍ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｃ ｌ ｃ Ｂｕｒｅ ｂ ｗ ｆ Ｈｅ ｔ ｓ ｐｐ ｙ Ｐｉ ｅ ｉ ｅ ｉ ｄ Ｅｌ ｏ ｏ ａ － ｕ ｌ ｐ ｌｎ
１ 概 述
径， 只能 是 先选 型后 验 算 ＿ ｊ ３ 。为 解 决 传 统 设 计 选
型方 法无 法求 出最 经 济 的壁 厚 和 曲率 半 径 的 问题 ，
直埋供 热管道 一 般 由预制 保 温 管 、 头 、 弯 三通 、
变径 管等组成 ， 中弯头是 重要 管件之 一 ， 薄 弱 其 也是
环节之 一 。随 着集 中供 热 规模 的 扩 大 ， 热 管 供 道 的管 径不 断增大 ， 道 承受 的压 力 和温 度 也 不 断 管
本文 尝试采 用遗 传算 法对直 埋水平 弯头进 行 优化设
计。
弯 头 优化 设 计 的思 路 和方 法 如下 ： 取 弯头 壁 选
厚、 曲率 半径 作为 设计 变量 ； 以弯头 造价最 低 为优化
ｒｈ ｉ ｍ．Ｔ ｋｎ ｅｌｗ ｓ ｃｓ ｏ ｌｏ ｓ ｈ ｂｅｔ ｅ ｈ ｏ ｐｅ ｏ ｌ ｅｒ ｏｓ ａｎｓ ｒ ｔ ａ ｄＵ ｔ ａｉｇｔ ｅｔ ｏｔ ｆ ｂｗ ａ ｅｏｊｃ ｖ ．ｔｅｃｍ ｌｘｎ ｎｉ ａ ｎｔ ｉｔ ａｅ ｒ ｔ — ｈ ｏ ｅ ｔ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｅ
Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｃ ｎ ｂｅ ｄ ｒ ｃｌ ｓ ｄ ｉ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｉｎ． ｈ ｅ ｕ ｔ ａ ｉｅ ｔｙ ｕ ｅ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅｉ ｇ ｄ ｓｇ Ｋｅ ｒ ： ｙ ｗｏ ｄｓ
ｍｅｈ ｄ ｔｎ
ｄｒ ｃｌ ｕ ｅ ｅ ｔｓ ｐ ｌ ｉ ｅｉ ｅ； ｅ ｂ ｗ ； ｇ ｎ ｔｃ ａｇ ｒｔ ｍ ； ｐ ｎ ｌ ｕ ｃｉ ｎ ｉｅ ｔ ｂ ｒ ｄ ｈ ａ —ｕ ｐ ｙ ｐ ｐ ｌｎ ｌ ｏ ｅ ｅｉ ｌｏ ｈ ｙ ｉ ｉ ｅ ａｔ ｆｎ ｔ ｙ ｏ
第３ ０卷
第 １ ２期
煤 气 与 热 力
ＧＡＳ ＆ Ｈ ＥＡＴ
Ｖ０＿ ０ Ｎｏ １ ｌ３ ． ２
２１ ０ ０年 １ 月 ２
Ｄｅ ｃ．２０ｌ Ｏ
遗 传 算 法在 供 热 管道 直 埋 弯 头优 化 设 计 的应 用
王春 香 ， 郭 晓妮
（ 内蒙古科技 大学 机械 工程 学院 ， 内蒙古 包头 ０ ４ １ ） １００
提高 ， 弯头 的要求 也越来越 高 。 当弯 头侧臂 较长 、 对
曲率半径 较小 、 环温 差 较 大 时 ， 导 致 峰值 应 力 ， 循 会 发生低循 环 塑 性 变 形 ， 引起 塑性 破 坏 ， 成 重 大 损 造 失 。 因此 ， 在工 程设 计 中我们 要 合 理 选取 弯 头 。在 选 取时主要 考虑两 个参 数 ： 厚 、 壁 曲率 半径 。传 统方 法是 通过经 验先选 出弯 头 ， 然后 把 参 数代 人 包 含 隐
・
Ａ ９ ・ ｌ
第３ 卷 第 ｌ 期 ０ ２
法。
煤 气 与 热 力
— —
设 计变 量
２ 遗传算法
遗 传算 法 作为 一 种全 局 优化 搜索 方 法 ， 以其 简 单通用 、 鲁棒性 强 、 于并行 处理 以及应用 范 围广 等 适
目标 ； 以满足 一定 寿命 下 弯 头 的疲 劳 强 度 为性 能 约 束， 将壁 厚 、 曲率半 径 作 为边 界 约 束 ， 立 优化 设 计 建 的数学模 型 。鉴 于所 建立 的模 型属 于约束非 线性优
化 问题 ， 且含有 一些 复杂 的隐式 方程 ， 以判 断其是 难 否 为凸规 划优化 问题 。若按 非 凸规划优 化 问题 求解 这样 的模 型 ， 用传统 的 约束 优 化方 法 （ 点搜 索 ） 采 单 不 一定 能求得 全局 最 优解 ， 因此 笔 者 采 用 了具 有全
摘 要 ： 采 用遗传 算 法对直埋 水平 弯 头进 行优 化设计 。 以弯 头造价 最低 为优 化 目标 ， 用惩 采
罚函数 法处理 复杂 的非线性 约束 ， 出最优 的曲率半 径和壁 厚 ， 求 结果 可直接 应用 于工程 设计 。 关键 词 ： 直埋供 热 管道 ； 弯 头； 遗传 算法 ； 惩 罚 函数 法
式 方程 的计 算式 ， 过 迭代 计算 来 验 证 是 否符 合无法 直 接 求解 出壁 厚 、 曲 率半 径 ， 而且 更不 可 能求 出最经 济 的壁 厚 和 曲率 半
局优 化搜 索 能 力 的遗 传 算 法 作 为 该 问题 的求 解 算
基 金项 目：内蒙古 自然科学基金 资助 （０ ７ １２ ７ ３ ２０ １０ ０ １ ）
Ｗ ＡＮＧ ｕ — ｉｎ ＧＵＯ ａ — ｉ Ｃｈ ｎ ｘ ａ ｇ， Ｘｉｏ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ： Ｔｈ ｐｔ ｅｏ ｉ ｍｕｍ ｅ ｉｎ ｏ ｉｅ ｔｙ ｂ ｒｅ ｏ ｉｏ ｔ ｌｅｂ ｗ ｓ ｐ ｒｏｍ ｅ ｓｎ ｅ ｅｉ ｌｏ ｄ ｓｇ ｆｄ ｒｃ ｌ ｕ ｉ ｄ ｈ ｒｚ ｎ ａ ｌｏ ｉ ｅｆ ｒ ｄ ｕ ｉ ｇ ｇ ｎ ｔｃ ａｇ
中图分类号 ：Ｔ ９ ５ Ｕ ９ 文献标 识码 ：Ｂ 文章编 号 ：１０ ４ １ （ ０ ０ １ ０ １ ０ ０ ０— ４ ６ ２ １ ） ２— Ａ ９— ４
Ａｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｎｅ ｉ ｇ ｒ ｔ ｏ Ｏ ｐ ｉ ｕ ｓｇ ｆ Ｄｉ ｅ ｔｙ ｐｌ ｔｏ ｆ Ｇｅ ｔｃ Ａｌ ｏ ｉｈｍ ｔ ｔｍ ｍ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｃ ｌ ｃ Ｂｕｒｅ ｂ ｗ ｆ Ｈｅ ｔ ｓ ｐｐ ｙ Ｐｉ ｅ ｉ ｅ ｉ ｄ Ｅｌ ｏ ｏ ａ － ｕ ｌ ｐ ｌｎ
１ 概 述
径， 只能 是 先选 型后 验 算 ＿ ｊ ３ 。为 解 决 传 统 设 计 选
型方 法无 法求 出最 经 济 的壁 厚 和 曲率 半 径 的 问题 ，
直埋供 热管道 一 般 由预制 保 温 管 、 头 、 弯 三通 、
变径 管等组成 ， 中弯头是 重要 管件之 一 ， 薄 弱 其 也是
环节之 一 。随 着集 中供 热 规模 的 扩 大 ， 热 管 供 道 的管 径不 断增大 ， 道 承受 的压 力 和温 度 也 不 断 管
本文 尝试采 用遗 传算 法对直 埋水平 弯头进 行 优化设
计。
弯 头 优化 设 计 的思 路 和方 法 如下 ： 取 弯头 壁 选
厚、 曲率 半径 作为 设计 变量 ； 以弯头 造价最 低 为优化
ｒｈ ｉ ｍ．Ｔ ｋｎ ｅｌｗ ｓ ｃｓ ｏ ｌｏ ｓ ｈ ｂｅｔ ｅ ｈ ｏ ｐｅ ｏ ｌ ｅｒ ｏｓ ａｎｓ ｒ ｔ ａ ｄＵ ｔ ａｉｇｔ ｅｔ ｏｔ ｆ ｂｗ ａ ｅｏｊｃ ｖ ．ｔｅｃｍ ｌｘｎ ｎｉ ａ ｎｔ ｉｔ ａｅ ｒ ｔ — ｈ ｏ ｅ ｔ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ｅ
Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｃ ｎ ｂｅ ｄ ｒ ｃｌ ｓ ｄ ｉ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｉｎ． ｈ ｅ ｕ ｔ ａ ｉｅ ｔｙ ｕ ｅ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅｉ ｇ ｄ ｓｇ Ｋｅ ｒ ： ｙ ｗｏ ｄｓ
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第３ ０卷
第 １ ２期
煤 气 与 热 力
ＧＡＳ ＆ Ｈ ＥＡＴ
Ｖ０＿ ０ Ｎｏ １ ｌ３ ． ２
２１ ０ ０年 １ 月 ２
Ｄｅ ｃ．２０ｌ Ｏ
遗 传 算 法在 供 热 管道 直 埋 弯 头优 化 设 计 的应 用
王春 香 ， 郭 晓妮
（ 内蒙古科技 大学 机械 工程 学院 ， 内蒙古 包头 ０ ４ １ ） １００
提高 ， 弯头 的要求 也越来越 高 。 当弯 头侧臂 较长 、 对
曲率半径 较小 、 环温 差 较 大 时 ， 导 致 峰值 应 力 ， 循 会 发生低循 环 塑 性 变 形 ， 引起 塑性 破 坏 ， 成 重 大 损 造 失 。 因此 ， 在工 程设 计 中我们 要 合 理 选取 弯 头 。在 选 取时主要 考虑两 个参 数 ： 厚 、 壁 曲率 半径 。传 统方 法是 通过经 验先选 出弯 头 ， 然后 把 参 数代 人 包 含 隐
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Ａ ９ ・ ｌ
第３ 卷 第 ｌ 期 ０ ２
法。
煤 气 与 热 力
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设 计变 量
２ 遗传算法
遗 传算 法 作为 一 种全 局 优化 搜索 方 法 ， 以其 简 单通用 、 鲁棒性 强 、 于并行 处理 以及应用 范 围广 等 适