【正文】 染防治法》中第十四、十五條規(guī)定，國家將按照各企業(yè)的大氣污染物排放總量征收排污費 ??5 。 袋式除塵系統(tǒng)由以下幾個獨立的系統(tǒng)構(gòu)成，即 :煙氣輸送管道系統(tǒng)、化學(xué)中和系統(tǒng) (如干式脫硫 )、煙氣預(yù)除塵 /降溫系統(tǒng)、離線清灰系統(tǒng) (氣室閘板 )、電子控制系統(tǒng)、卸灰系統(tǒng)、風(fēng)機系統(tǒng)、分流擋板和鋼結(jié)構(gòu)〔包括采取露點保溫，加熱和密封措施 )、除塵器失效 (破 袋 )報警系統(tǒng)等。長袋低壓脈沖 和高效脈沖等。噴吹管由脈沖閥控制，當(dāng)脈沖閥在開啟瞬間，壓縮空氣或氮氣由噴吹管的噴嘴沿濾袋中的方向高速噴射，其加速度可達到 lOm /sla 在這種氣流的作用下引起濾袋振動從而達到清灰的目的。殼體箱板設(shè)計是除塵器設(shè)計的關(guān)鍵，直接影響到設(shè)備的整體設(shè)計，影響到產(chǎn)品質(zhì)量，以及生產(chǎn)費用。 實踐證明這種做法可以增強板的承受能力，但會造成 鋼材的大量浪費。所以，為確定所設(shè)計的側(cè)板有足夠的強度和剛度，對 其進行有限元分析，為了減少鋼耗量，對其鋼板厚度和加強筋的數(shù)量進行了優(yōu)化。 4) 壓型鋼板的優(yōu)化 方法 1??12 :根據(jù)中箱體中壓型鋼板的幾何構(gòu)成和受力特 點，基于 ansys 大型有限元分析軟件綜合采用函數(shù)逼近法和梯度尋優(yōu)法，對壓型鋼板的細部尺寸進行優(yōu)化分析，探究壓型板的最優(yōu)幾何尺寸，使其在箱體滿足設(shè)計要求和運行要求的前提下，用鋼量趣于最小，以實現(xiàn)最佳的經(jīng)濟效益。為確定并驗證所得設(shè)計變量的設(shè)計力案的可行性和可靠性，按最優(yōu)設(shè)計變量所確定的壓型板的各種數(shù)據(jù)，用大型 Ansys 軟件進行受力分析。新型除塵器中所應(yīng)用的圍護板 壓型板是否是最優(yōu)的承載結(jié)構(gòu)形狀？ 第一章 緒論 6 而新結(jié)構(gòu)所應(yīng)滿足的基本要求如下： ? 在極限的情況下，即殼體內(nèi)的負壓達到 12KPa 時，按照新型設(shè)計結(jié)果下的設(shè)計尺寸制造的新型承載圍護板強度和剛度是否能滿足要求？ ? 對圍護板進行結(jié)構(gòu)的再設(shè)計，在滿足強度和剛度的基礎(chǔ)上確定相應(yīng)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計變量，節(jié)省鋼材的損耗量。它能與多數(shù) CAD 軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－ DEAS, AutoCAD 等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級 CAD 工具之一。即利用 ANSYS 對袋式除塵器中箱體箱板結(jié)構(gòu)重新設(shè)計優(yōu)化并且將其與以往壓型板結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及經(jīng)濟性進行比較，從而找出最優(yōu)箱板結(jié)構(gòu)（確定箱板結(jié)構(gòu)形式和最優(yōu)尺寸）。 ? 用合適的載荷及邊界條件做一個靜力分析，并用許用應(yīng)力及撓度評估設(shè)計。 論文的研究意義 除塵設(shè)備的需要 1) 袋式除塵器的應(yīng)用前景 隨著對環(huán)境保護認識的逐步提高，國內(nèi)對大氣排放的要求將會逐漸與歐美各國的排放水平接近。這個機理就是使粉塵附著在濾袋上，用粉塵來過濾粉塵。而除塵箱的基本結(jié)構(gòu)中，由于其所處的環(huán)境，使得除塵設(shè)備殼體箱板加工工藝是制造低壓脈沖袋式除塵器的工藝難點 。 自我能力的提升 通過此次設(shè)計，學(xué)生能夠熟練掌握除塵器的工作原理，并從中了解產(chǎn)品設(shè)計的一般流程，為以后參加工作實踐打下基礎(chǔ)；還可將所學(xué)理論知識進行綜合運用，提高學(xué)生駕馭知識的能力；并能熟練運用 ANSYS 軟件。所謂“最優(yōu)設(shè)計”，指的是一種方案可以滿足所有的設(shè)計要求，而且所需的支出（如質(zhì)量、面積、體積、應(yīng)力、費用等）最小。 任何一項工程或一個產(chǎn)品的設(shè)計都需要根據(jù)設(shè)計要求，合理選擇方案，確定各種參數(shù)，以期達到最佳設(shè)計目標。 (3)降低應(yīng)力、增加結(jié)構(gòu)強度。 優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型可表示為： minF(X)=F(x x? xn) gi (X)= gi(x x? xn)≤ 0 (i=1,2? n) hj (X)= hj(x x? xn)=0 (j=1,2? p) X=(x x? xn)T F(X) 為目標函數(shù)，是設(shè)計變量的函數(shù)，用來評價設(shè)計方案的優(yōu)劣，優(yōu)化問題即為求目標函數(shù)的極值。有限元法與優(yōu)化方法是工程分析中最主要的兩個數(shù)學(xué)工具，將兩者有機地結(jié)合起來，充分發(fā)揮有限元法數(shù)值計算準確性及優(yōu)化方法求極值的高效性，將在工程分析中發(fā)揮巨大的威力。 圖 結(jié)構(gòu)優(yōu)化類型 尺寸優(yōu)化是在給定結(jié)構(gòu)的類型、拓撲、形狀的基礎(chǔ)上，對構(gòu)件的尺寸進行優(yōu)化，其設(shè)計變量可能是桿的橫截面積、慣性矩、板的厚度等；形狀優(yōu)化是在給定結(jié)構(gòu)的類型、拓撲的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)的邊界形 狀進行優(yōu)化，屬于可動邊界問題，對于連續(xù)體結(jié)構(gòu)通常是用一組參數(shù)可變的幾何曲線（如直線、圓弧、樣條等）描述結(jié)構(gòu)的邊界，調(diào)整了這些參數(shù)就改變了邊界的形狀，對于桁架結(jié)構(gòu)則往往以節(jié)點坐標為設(shè)計變量；拓撲優(yōu)化主要是在規(guī)定的設(shè)計區(qū)域內(nèi)，在給定的外荷載和邊界條件下，改變結(jié)構(gòu)的拓撲以滿足有關(guān)平衡、應(yīng)力、位移等約束的前題下，使結(jié)第二章 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 13 構(gòu)的某種性態(tài)指標達到最優(yōu)。與尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化相比，結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化確定的參數(shù)更多，取得經(jīng)濟效益更大。 拓撲優(yōu)化的目標是尋找承受單載荷或多載荷的物體的最佳材料分配方案。用戶只需要給出結(jié)構(gòu)的參數(shù)（材料特性、模型、載荷等）和要省去的材料百分比。這些偽密度用 PLNSOL，第二章 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 14 TOPO 命令來繪出。 圖 體積減少 60%的拓撲優(yōu)化示例 形狀優(yōu)化設(shè)計 形狀優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的大規(guī)模發(fā)展已有近 20 年的歷史，它是在 CAE 技術(shù)及數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種設(shè)計方法，主要用于產(chǎn)品詳細設(shè)計階段。優(yōu)化算法本身經(jīng)過多年的發(fā)展，產(chǎn)生了試驗設(shè)計法（ DOE）、數(shù)學(xué)規(guī)劃法（以一系列基于梯度計算的優(yōu)化算法為主）、遺傳算法、變分方法等第二章 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 15 多種類別，在實際產(chǎn)品設(shè)計中都有著較為廣泛的應(yīng)用。零階方法是一個很完善的處理方法，可以很有 效地處理大多數(shù)的工程問題。這一循環(huán)過程重復(fù)進行直到所有的設(shè)計要求都滿足為止。 ? ?? ?? ?21 22 30 箱板材料選用 Q235A，彈性模量 E=*e5MPa，泊松比為 ，密度 DENS=7850 Kg/m*3,箱面所受壓力選用 12KPa。板塊是用一號單元劃分的，用于拓撲優(yōu)化。 第三章 箱板的概念性結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計 17 4) 指定拓撲優(yōu)化區(qū)域及劃分網(wǎng)格 本課題優(yōu)化的對象為整個板塊，故只需設(shè) 定全部模型單元號為 1； 如 圖所示，指定 Global Area 為 10mm，利用 Free 劃分網(wǎng)格。 本章小結(jié) 從 中的不同 N值下的優(yōu)化結(jié)果中，即減少 N%原模型材料用量下，為了滿足相應(yīng)的載荷及邊界條件，材料的最優(yōu)分布圖，可知： ① 后兩種材料的用量少于前面的三種材料分布圖，較經(jīng)濟； ② 后兩種的結(jié)構(gòu)制作工藝較易于前三種，制造方便； ③ 對于外露的箱板 來說，后兩種的美觀度優(yōu)于前三種。在后續(xù)的章節(jié)中，本文會對半波板的形狀、尺寸進行優(yōu)化設(shè)計及強度、穩(wěn)定性分析，并且還會將它應(yīng)用到袋式除塵器外側(cè)板中以印成它的實際價值。函數(shù)逼進優(yōu)化法，是求取一個函數(shù)面來擬合解空間，然后再對該函數(shù)面求極值。 單塊半波板結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化方案 通常，一個有限元優(yōu)化過程需要經(jīng)過以下步驟來完成：利用有限元軟件提供的參數(shù)化建模功能初始化設(shè)計變量，并構(gòu)建一個參數(shù)化分析模型；對結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型進行加載與求解；進入后處理模塊，提取有限元分析結(jié)果并賦值給狀態(tài)變量和目標函數(shù)；保存分析文件。 本文采 ANSYS 軟件對前文提到的半波板進行優(yōu)化分析。由于現(xiàn)在袋式除塵器臨界箱體負壓最高可達 12KPa，故取半波鋼板所受最大法向荷載為 12KPa。 根據(jù)除塵器工作原理，對半波板優(yōu)化設(shè)計要求在給定尺寸下，確定滿足應(yīng)力約束條件σ i ≤σ max （本課題 235MPa），撓度約束條件， ω i≤ω max（本課題取短邊的 1/250） 的最輕量設(shè)計。 第四章 半波板的設(shè)計優(yōu)化 24 單塊半波板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程的簡述 25 本小節(jié)的分析過程是表 中第一步方案在 Ansys 中的實現(xiàn)過程 1) 生成分析文件 ① 參數(shù)化建立模型 ? 啟動 重新指定工程名稱 The banboban of opt 國標 /units,si 角度單位 *AFUN,DEG ? 參數(shù)的初始化 R=200 H=50 A=28 L=1067 E= u= dens= T=5 L1=H*tan（ A） +R/sin(A)2*H/sin(2*A) L2=L/2L1 V=3124 P= R1=0 ? 單元屬性的附加 選用 Shell 181 單元 實常數(shù) T 材料屬性 E u ? 幾何模型的建立 建模方式：關(guān)鍵點 線 Extrud lines面 如下圖： 圖 初始參數(shù)下的幾何模型 ? 劃分網(wǎng)格 網(wǎng)格大小整體指定為 15 如 圖： 第四章 半波板的設(shè)計優(yōu)化 25 ② 求解 ? 施加約束及加載 約束：短邊 All Dof 全約束 長邊 UX 約束短邊方向 上表面均布力 P 如圖 圖 初始參數(shù)下的模型網(wǎng)格 圖 初始參數(shù)下的模型載荷 ? 求解類型 strict 求解 solve ? 初始參數(shù)下板塊的節(jié)點應(yīng)力云圖 及位移圖 圖 圖 初始參數(shù)下的節(jié)點整體位移 從初始參數(shù)下的節(jié)點應(yīng)力云圖和位移圖可知：此時板塊所受的最大應(yīng)力是，在短邊弧線的中間；板塊最大的應(yīng)變?yōu)?，集中在長邊中間位置。 因本分析過程是在 GUI 方式下一次性完成的，故不需重建分析文件中存在的參數(shù)。其 WT 隨迭代次數(shù)的變化圖如下： 第四章 半波板的設(shè)計優(yōu)化 28 圖 第一步 WT 隨迭代次數(shù)的變化 圖 第二步 WT隨迭代次數(shù)的變化 圖 第三步 WT 隨迭代 次數(shù)的變化 圖 第四步 WT 隨迭代次數(shù)的變化 四步方案的最優(yōu)參數(shù)對比表如下： 表 表 表 表 優(yōu)化參數(shù)結(jié)果列表 第四章 半波板的設(shè)計優(yōu)化 29 注：第二步、第四步是分別在第一步、第三步的基礎(chǔ)上 小結(jié)： ? 表三和表一相比可知，在優(yōu)化中板塊的厚度對目標函數(shù)有很大的影響， T 是一個重要設(shè)計參數(shù)； ? 表三和表一相比可知， R、 H 的變化范圍也非常大，故其對目標函數(shù)有很大的影響， R、 H 是重要 設(shè)計參數(shù)； ? 表二和表一、表四和表三相比可知，倒角 R1對目標函數(shù)有很少影響，并且 R1 對應(yīng)力的影響忽高忽低，為了簡化起見故在以后的分析中不予考慮； 由于時間有限，試驗數(shù)據(jù)不足，各個參數(shù)對目標函數(shù)的具體影響尚不肯定，故在以上小結(jié)中難免有誤，望見諒。故本章會把半波板及壓型板分別應(yīng)用到袋式除塵器的外側(cè)板中，并且利用大型軟件 ANSYS 對其進行靜力結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計，并且通過比較所受撓度和應(yīng)力的大小并結(jié)合外形、制作工藝 復(fù)雜程度以及材料的經(jīng)濟性，來探討半波板結(jié)構(gòu)的價值。在國際上，外側(cè)板在實際使用中所承受的最大負壓已超 104甚至達到 104 Pa，本文以 12Kpa 為研究對象，不計風(fēng)壓，受到上端板的壓力為 3380Pa。模型圖如下 第五章 半波板及壓型板在袋式除塵器箱板中的應(yīng)用 31 圖 單塊壓型板模型 其中： L1=， L2=212 mm， H=106mm， L=1067mm， V=3124mm。 單列壓型板結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化 本小節(jié)中單塊壓型板的參數(shù)將采用 中的優(yōu)化結(jié)果參數(shù)，即L1=,L2=,H=,T=,L=1067,N=8,C=H/L2， v=3124. 創(chuàng)建參數(shù)化幾何模型 分析模型選 Shell181 單元，并賦予單元實常數(shù)及材料屬性；首先建立單塊第五章 半波板及壓型板在袋式除塵器箱板中的應(yīng)用 33 壓型板模型，然后通過 COPY（ n=8 為復(fù)制的份數(shù)）命令建立整個模型 ,如圖： 圖 單列壓型板模型（ N=8） 結(jié)構(gòu)模型的靜力分析 四邊施加全約束，上表面施加表面載荷 P1，在上短邊上施加 P2；節(jié)點等效應(yīng)力云圖 及整體位移圖 如下： 圖 應(yīng)力云圖 圖 應(yīng)變云圖 從圖中可知：板 塊的最大應(yīng)力出現(xiàn)在長邊邊界，大小是 ,最大應(yīng)變出現(xiàn)在各個板塊中心，大小為 ， Wt為 。出于對實際情況的考慮，在工程中常常在板面上加三塊約束塊，故本模型也用面分割面的方法模擬出了約束塊，模型如下圖 ： 圖 雙列壓型板模型 第五章 半波板及壓型板在袋式除塵器箱板中的應(yīng)用 35 結(jié)構(gòu)模型的靜力分析 四邊施加全約束，上表面施加