电除尘器灰斗的优化及软件的研制.doc

电除尘器灰斗的优化及软件的研制 曹友洪 潘伶 （福州大学 机械工程学院，福州 350002） cyh3278@163.com 摘 要：以有限元结构分析和优化算法相结合为手段，对电除尘器灰斗结构尺寸进行优化，建立了灰斗的有限元模型，优化数学模型。应用APDL编制了优化设计程序，应用UIDL编制了用户用界面。通过软件封装有限元模型、优化数学模型等要素，即使对于ANSYS和优化不熟悉的普通设计人员也能使用。因此，该优化软件可广泛应用于电除尘器灰斗的实际设计工程中。 关键词：电除尘器灰斗；有限元；优化；APDL；UIDL The optimization and the development of software for electric precipitator’s bucket Cao Youhong，Pan Ling (College of Mechanical Engineering, Fuzhou University, Fuzhou, 350002,China) Key word: precipitator’s bucket; finite element ;optimization; APDL; UIDL Abstract: By means of combining the structure analysis of finite element with optimization algorithm, the structure sizes of electric precipitator’s bucket were optimized, and the finite element model of the bucket, optimization mathematics model were established. The optimized design program was written by APDL and the user interface was written by UIDL. With the elements such as finite element model and optimization mathematics model enveloped by the software, it could make the common designer unfamiliar with the ANSYS and optimization use it. Therefore, the optimization software could be widely applied to the design engineering of the electric precipitator’s bucket. 1前言 电除尘器是广泛用于火电厂、水泥厂、钢铁厂等用于吸收粉尘的大型环保设备。传统的电除尘器本体设计很大一部分依靠设计人员的经验，在设计中采用简化计算方法，设计人员为保证设计安全，往往会加大材料的用量，设计中随意性比较大，造成材料的浪费。 现代结构优化是伴随计算机技术、有限元方法和数学规划法的发展而迅速发展起来的一门学科，它使计算力学的任务从被动的校核上升为主动的设计与优化，成为现代设计的重要手段。 2电除尘器灰斗结构 电除尘器灰斗的作用是收集极板掉下来的粉尘，灰斗的大口焊接在壳体下部，小口接输灰系统。灰斗的结构为典型的板筋结构，图1是电除尘器灰斗的结构示意图。整个灰斗由前板1、后板2、左侧板3和右侧板4组成，其中前板和后板对称，左侧板和右侧板对称，各板外表面焊接有加强筋5，且各板相邻的加强筋等高，加强筋为槽钢、角钢等型钢，灰斗内部设置有内撑6，内撑也由型钢构成，灰斗材料选用Q235。灰斗设计计算时，考虑物料产生的法向压力，钢板自重产生的法向压力以及保温层自重产生的法向压力。 3电除尘器灰斗优化模型 3.1电除尘器灰斗参数化建模 运用APDL（ANSYS Parametric Design Language）语言[1]，对电除尘器灰斗进行参数化建模，按灰斗满载粉尘以及考虑板自重和保温层工况进行结构优化，以寻求更为合理的灰斗结构参数。建模时，灰斗的各板选用shell63板单元，加强筋和内撑选用beam188梁单元。 3.2目标函数 对灰斗优化的目的是在满足强度和刚度条件下寻求质量最小的灰斗结构，故选取灰斗的质量作为评价灰斗好坏的标准，即灰斗的质量为目标函数，M(x)=V(x)*ρ，其中V(x)为灰斗所用材料的体积，ρ为钢材的密度。 3.3设计变量 由于前板和后板对称，左侧板和右侧板对称，因此，取前板和侧板的参数为设计变量，其