壓力容器優(yōu)化設(shè)計

前言

壓力容器廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)和日常生活中，尤其是在輕工、化工的生產(chǎn)、運輸、儲存以及進(jìn)出口貿(mào)易等方面。近半個世紀(jì)以來，壓力容器獲得顯著的發(fā)展；尤其是壓力容器的制造過程及其材料質(zhì)量的監(jiān)測與控制，更是發(fā)生了質(zhì)的飛躍?；瘜W(xué)工業(yè)一直是國民經(jīng)濟的重要支柱之一。作為化學(xué)工業(yè)重要組成部分的化工機械，包括化工機器和化工設(shè)備兩大部分，而壓力容器則是化工設(shè)備的重要組成部分，對輕化工產(chǎn)品的開發(fā)和完善起著巨大的關(guān)鍵的作用。壓力容器主要包括中低壓容器、壓力儲罐、外壓容器、高壓容器和多層壓力容器，以及壓力容器主要部件（如封頭和法蘭）等。其設(shè)計合理與否，不僅關(guān)系到制造過程中金屬材料的用量，還直接影響到生產(chǎn)和使用過程中的安全。因而，壓力容器的設(shè)計與優(yōu)化日益引起人們的關(guān)注。本書扼要地介紹了最優(yōu)化技術(shù)的基本原理和方法，分析和討論了壓力容器優(yōu)化設(shè)計的特點，并列舉了壓力容器主要結(jié)構(gòu)（如中低壓容器、壓力儲罐、外壓容器、高壓容器和多層壓力容器等）以及壓力容器主要部件（如封頭和法蘭）等優(yōu)化設(shè)計的實例，系統(tǒng)地反映了最優(yōu)化技術(shù)在壓力容器設(shè)計中研究和應(yīng)用的成果。本書既適合于從事化工行業(yè)的工程技術(shù)人員及大專院校相關(guān)專業(yè)的師生使用，又可作為機械設(shè)計及制造人員的參考用書。迄今，有關(guān)壓力容器優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域系統(tǒng)的著述甚少。作者自1986年起給本科生講授“機械優(yōu)化設(shè)計”課程。本書是在該講義的基礎(chǔ)上及參考有關(guān)文獻(xiàn)資料編撰而成的。限于作者的學(xué)識和經(jīng)驗，書中的缺點和疏漏在所難免，真誠地希望讀者指正。在本書的編著過程中，得到了家庭及同事的關(guān)心和支持。此外，研究生陳羅、馬文勇等也付出了辛勤的勞動。在出版過程中，機械工業(yè)出版社的編輯提出了不少寶貴的意見。在此，對所有曾經(jīng)幫助過本書編著和出版的同志謹(jǐn)致最衷心的謝意。

內(nèi)容概要

　　《壓力容器優(yōu)化設(shè)計》全面系統(tǒng)地反映了最優(yōu)化技術(shù)在壓力容器設(shè)計中的研究和應(yīng)用成果。內(nèi)容包括：最優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、一維搜索的最優(yōu)化方法、多維無約束的最優(yōu)化方法、多維約束最優(yōu)化方法、壓力容器優(yōu)化設(shè)計的特點與方法、中低壓容器的優(yōu)化設(shè)計、壓力儲罐的優(yōu)化設(shè)計、外壓容器的優(yōu)化設(shè)計、高壓容器的優(yōu)化設(shè)計、多層壓力容器的優(yōu)化設(shè)計、法蘭和封頭的優(yōu)化設(shè)計?！秹毫θ萜鲀?yōu)化設(shè)計》注意優(yōu)化設(shè)計概念的解釋和方法的介紹，盡量避免繁雜的理論論證和數(shù)學(xué)推演，列舉了壓力容器的主要結(jié)構(gòu)和部件的優(yōu)化設(shè)計實例，實用性強，便于讀者參考借鑒。　　《壓力容器優(yōu)化設(shè)計》既適合于從事化工行業(yè)的工程技術(shù)人員及相關(guān)專業(yè)的大專院校師生使用，又可作為機械設(shè)計及制造人員的參考用書。

書籍目錄

前言第1章 緒論11.1 概述11.2 優(yōu)化設(shè)計問題示例21.3 優(yōu)化設(shè)計的基本概念31.4 優(yōu)化設(shè)計的基本原理與方法81.5 小結(jié)10第2章 最優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)122.1 概述122.2 函數(shù)的方向?qū)?shù)和梯度122.3 多元函數(shù)的泰勒展開172.4 多元函數(shù)的極值條件及其凸性192.5 約束問題的最優(yōu)解條件222.6 適用可行方向的數(shù)學(xué)條件312.7 小結(jié)34第3章 一維搜索的最優(yōu)化方法353.1 概述353.2 初始搜索區(qū)間的確定353.3 格點法383.4 黃金分割法413.5 分?jǐn)?shù)法443.6 切線法493.7 二次插值法503.8 小結(jié)53第4章 多維無約束最優(yōu)化方法554.1 概述554.2 梯度法564.3 共軛梯度法594.4 變尺度法624.5 單純形法684.6 坐標(biāo)輪換法734.7 鮑威爾法764.8 小結(jié)80第5章 多維約束最優(yōu)化方法825.1 概述825.2 復(fù)合形法835.3 約束坐標(biāo)輪換法885.4 可行方向法945.5 拉格朗日乘子法975.6 懲罰函數(shù)法1015.7 小結(jié)109第6章 壓力容器優(yōu)化設(shè)計的特點與方法1106.1 概述1106.2 壓力容器優(yōu)化設(shè)計的特點1116.3 壓力容器優(yōu)化設(shè)計的方法1126.4 優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的分析與處理1236.5 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計中權(quán)系數(shù)的確定1256.6 小結(jié)131第7章 中低壓容器的優(yōu)化設(shè)計1327.1 概述1327.2 壓力容器殼體尺寸優(yōu)化設(shè)計1327.3 基于殼體質(zhì)量最小的壓力容器優(yōu)化設(shè)計1387.4 壓力容器殼體表面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計1497.5 臥式內(nèi)壓容器的優(yōu)化設(shè)計1537.6 小結(jié)158第8章 壓力儲罐的優(yōu)化設(shè)計1608.1 概述1608.2 臥式壓力儲罐的優(yōu)化設(shè)計1608.3 大型壓力儲罐的優(yōu)化設(shè)計1638.4 內(nèi)壓臥式儲罐的最佳長徑比1678.5 大型球罐接管整體補強鍛件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計1738.6 小結(jié)180第9章 外壓容器的優(yōu)化設(shè)計1819.1 概述1819.2 外壓薄壁圓筒壁厚的優(yōu)化設(shè)計1819.3 有加強圈外壓薄壁圓筒的可靠性優(yōu)化設(shè)計1869.4 鋼制外壓容器加強圈的優(yōu)化設(shè)計1909.5 外壓容器的穩(wěn)定性模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計1959.6 小結(jié)201第10章 高壓容器的優(yōu)化設(shè)計20210.1 概述20210.2 高壓容器殼體的優(yōu)化設(shè)計20210.3 高壓容器外形結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計20510.4 自增強高壓容器優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型21010.5 高壓容器球形封頭與筒體連接區(qū)的優(yōu)化設(shè)計21610.6 高壓密封裝置的優(yōu)化設(shè)計21910.7 小結(jié)223第11章 多層壓力容器的優(yōu)化設(shè)計22411.1 概述22411.2 纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器的優(yōu)化設(shè)計22411.3 多層包扎壓力容器模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計23011.4 超高壓多層熱套組合厚壁筒的優(yōu)化設(shè)計23511.5 扁平繞帶式壓力容器的優(yōu)化設(shè)計24011.6 小結(jié)247第12章 法蘭和封頭的優(yōu)化設(shè)計24912.1 概述24912.2 整體法蘭的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計24912.3 整體法蘭的可靠性優(yōu)化設(shè)計25412.4 基于緊密性分析的法蘭優(yōu)化設(shè)計26012.5 承壓橢球封頭旋壓旋輪座的優(yōu)化設(shè)計26512.6 碟形封頭形狀的優(yōu)化設(shè)計27212.7 小結(jié)276參考文獻(xiàn)277

章節(jié)摘錄

插圖：化學(xué)工業(yè)一直是國民經(jīng)濟的重要支柱之一。近半個世紀(jì)以來，化學(xué)工業(yè)發(fā)展迅速，而化學(xué)工業(yè)發(fā)展的速度在相當(dāng)程度上取決于化工機械的發(fā)展。一般說來，化工機械包括化工機器和化工設(shè)備兩大部分，而壓力容器則是化工設(shè)備的重要組成部分。作為化工機械重要組成部分的壓力容器，對化工原料及產(chǎn)品的開發(fā)和完善起著巨大的關(guān)鍵的作用。壓力容器主要包括薄壁壓力容器、壓力儲罐、外壓容器、多層壓力容器、高壓容器和超高壓容器等。壓力容器在生產(chǎn)和使用過程中，尤其是內(nèi)置易燃、易爆或腐蝕性物料時，存在相當(dāng)?shù)奈ｋU性，須十分注意其安全問題。另一方面，壓力容器的制造消耗大量的金屬材料。因而，壓力容器的設(shè)計與優(yōu)化日益引起人們的關(guān)注。機械產(chǎn)品的設(shè)計一般需要經(jīng)過調(diào)查分析、方案擬定、技術(shù)設(shè)計、總裝圖及零件圖繪制等環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)設(shè)計中，這些環(huán)節(jié)幾乎全由設(shè)計人員用手工工具完成。隨著人民生活水平的提高，市場競爭的需要，機械產(chǎn)品不斷開發(fā)和推陳出新，這就要求機械產(chǎn)品更新?lián)Q代周期日益縮短，設(shè)計質(zhì)量日益提高。任何機械設(shè)計，總希望獲得性能好、使用可靠、成本低（包括制造及工作成本）等技術(shù)經(jīng)濟效益，因而要求設(shè)計者能從一系列可行的設(shè)計方案中選擇出最好的方案。顯然，由于分析和計算手段以及時間和費用的限制，可供選擇的方案有限，且不一定能從中選出最佳者，故傳統(tǒng)的設(shè)計方法越來越不適應(yīng)發(fā)展的需要。近40年來，隨著電子計算機技術(shù)和計算方法的發(fā)展，機械設(shè)計領(lǐng)域經(jīng)歷了深刻的變革，出現(xiàn)計算機輔助設(shè)計（CAD）、機械優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、設(shè)計系統(tǒng)學(xué)、設(shè)計方法學(xué)、有限元分析法等現(xiàn)代設(shè)計方法及相應(yīng)的學(xué)科。機械優(yōu)化設(shè)計是最優(yōu)化方法與機械設(shè)計的結(jié)合。最優(yōu)化設(shè)計是在現(xiàn)代計算機廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)，是根據(jù)最優(yōu)化原理和方法綜合各方面因素，以人機配合的方式或用自動探索的方式，在計算機上進(jìn)行半自動或自動設(shè)計，以選出在現(xiàn)有工程條件下最佳設(shè)計的一種現(xiàn)代設(shè)計方法。其設(shè)計原則是最優(yōu)設(shè)計；設(shè)計手段是電子計算機和相關(guān)設(shè)備（如繪圖裝置）以及計算程序；設(shè)計方法是采用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法。

編輯推薦

《壓力容器優(yōu)化設(shè)計》：注重優(yōu)化設(shè)計概念和方法介紹避免繁雜理論論證和數(shù)學(xué)推演反映優(yōu)化技術(shù)研究和應(yīng)用成果

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