4.6压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6压力容器设计技术进展 教学重点： 新的设计思想的介绍。 教学难点： 无。 3
4.6 压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6 压力容器设计技术进展 教学重点： 新的设计思想的介绍。 教学难点： 3 无
4.6压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6压力容器设计技术进展 可靠性设计 简要介绍压力容器的 优化设计 计算机辅助设计 4
4.6 压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6 压力容器设计技术进展 简要介绍压力容器的 优化设计 可靠性设计 4 计算机辅助设计
4.6压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6.1可靠性设计 设计参数：强度指标、零部件的尺寸、所受的载荷等。 目前设计状况：把各种参数作为确定量，忽略了由于各 种条件的变化而使这些参数发生变化的 随机因素。 导致 设计的压力容器及零部件的结构尺寸偏大， 造成不必要的浪费
4.6 压力容器设计技术进展 过程设备设计 设计参数：强度指标、零部件的尺寸 、零部件的尺寸、所受的载荷等 、所受的载荷等。 目前设计状况：把各种参数作为确定量 ：把各种参数作为确定量，忽略了由于各 ，忽略了由于各 种条件的变化而使这些参数发生变化的 随机因素。 4.6.1 可靠性设计 5 随机因素。 设计的压力容器及零部件的结构尺寸偏大， 造成不必要的浪费。 导致
4.6压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6.1可靠性设计（续) 可靠性设计定义： 设计中考虑各种随机因素的影响，将全部或部分 参数作为随机变量处理，对其进行统计分析并建立统 计模型，运用概率统计方法进行设计计算，全面描述 设计对象，使结果更符合实际情况。 特点：用概率统计方法进行设计 6
4.6 压力容器设计技术进展 过程设备设计 设计中考虑各种随机因素的影响，将全部或部分 ，将全部或部分 参数作为随机变量处理，对其进行统计分析并建立统 ，对其进行统计分析并建立统 计模型，运用概率统计方法进行设计计算，全面描述 4.6.1 可靠性设计（续） 可靠性设计定义： 6 计模型，运用概率统计方法进行设计计算，全面描述 设计对象，使结果更符合实际情况 ，使结果更符合实际情况。 特点：用概率统计方法进行设计 ：用概率统计方法进行设计
4.6压力容器设计技术进展 4.6.1可靠性设计（续） 过程设备设计 可靠性设计的几个概念： (1) 失效可能：可靠性设计中，认为所设计的对象总存在 着一定的失效可能。 应力：施加于装置或零部件上的物理量，如各种机械 载荷、热载荷、介质特性等，所有可能引起设计对 象失效的因素，一概称之为应力。 (3) 强度或抗力：所有阻止设计对象失效的因素，即装置 或零部件能够承受这种应力的程度称为强度或抗力。 判据：应力作用效果大于强度，则设计对象失效； 反之，设计对象可靠
4.6 压力容器设计技术进展 过程设备设计 可靠性设计的几个概念： （1） （2） 失效可能：可靠性设计中 ：可靠性设计中，认为所设计的对象总存在 ，认为所设计的对象总存在 着一定的失效可能。 应力：施加于装置或零部件上的物理量 ：施加于装置或零部件上的物理量，如各种机械 载荷、热载荷、介质特性等，所有可能引起设计对 ，所有可能引起设计对 象失效的因素，一概称之为应力。 4.6.1 可靠性设计（续） 7 判据：应力作用效果大于强度 ：应力作用效果大于强度，则设计对象失效 ，则设计对象失效； 反之，设计对象可靠 ，设计对象可靠。 （3） 象失效的因素，一概称之为应力。 强度或抗力：所有阻止设计对象失效的因素 ：所有阻止设计对象失效的因素，即装置 或零部件能够承受这种应力的程度称为强度或抗力
4.6压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6.2优化设计 一、 传统设计过程 拟定一个设计方案 形状规则的承压元件，利用规范标准中的计算公式 确定尺寸，对局部结构则根据经验确定形状和估算尺寸 进行结构分析，计算出各种载荷作用下的结构响应 判断是否满足规范和预先规定的要求 不满足要求 调整形状或尺寸，重新进行计算校核 满足要求 8
4.6 压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6.2 优化设计 一、传统设计过程 拟定一个设计方案 进行结构分析，计算出各种载荷作用下的结构响应 形状规则的承压元件，利用规范标准中的计算公式 ，利用规范标准中的计算公式 确定尺寸，对局部结构则根据经验确定形状和估算尺寸 ，对局部结构则根据经验确定形状和估算尺寸 8 判断是否满足规范和预先规定的要求 进行结构分析，计算出各种载荷作用下的结构响应 调整形状或尺寸，重新进行计算校核 ，重新进行计算校核 满足要求 不满足要求
4.6压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6.2优化设计（续） 当影响设计的因素很多 时，只能得到有限候选 方案中的最好方案，不 可能得到一切可能方案 的“最优设计方案” 结果： 传统设计方法仅限于 方案比较，是一个试 凑的过程。 9
4.6 压力容器设计技术进展 过程设备设计 当影响设计的因素很多 时，只能得到有限候选 只能得到有限候选 方案中的最好方案，不 可能得到一切可能方案 的“最优设计方案 “最优设计方案”。 4.6.2 优化设计（续） 9 结果： 传统设计方法仅限于 方案比较，是一个试 凑的过程
4.6压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6.2优化设计（续） 二、压力容器优化设计 优化设计（最优化设计） 设计原则：最优设计 根据最优化原理和方法综 设计手段：计算机及 合各方面的因素，以人机 计算程序 配合方式或“自动探索” 方式，在计算机上进行的 半自动或自动设计，以选 设计方法：最优化数学方法 出在现有工程条件下的最 佳设计方案。 10
4.6 压力容器设计技术进展 过程设备设计 二、压力容器优化设计 压力容器优化设计 根据最优化原理和方法综 合各方面的因素，以人机 优化设计（最优化设计） 设计原则：最优设计 设计手段：计算机及 4.6.2 优化设计（续） 10 合各方面的因素，以人机 配合方式或“自动探索” 方式，在计算机上进行的 ，在计算机上进行的 半自动或自动设计，以选 出在现有工程条件下的最 佳设计方案。 设计方法：最优化数学方法 ：最优化数学方法 计算程序
4.6压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6.2优化设计（续） 压力容器优化设计： 在给定基本结构形式、材料和载荷的情况下，确定结构的形 状或尺寸，使某项或几项设计指标取得最优值。 实质：在满足一定约束的条件下，选取适当的设计变量，使目 标函数的值最小。目标函数可以是最轻重量、最低寿命周 期费用、最小应力集中系数和其它指标。 优化设计可以在保证压力容器安全的情况下，有效减轻 压力容器重量、降低成本、延长寿命
4.6 压力容器设计技术进展 过程设备设计 压力容器优化设计： 在给定基本结构形式、材料和载荷的情况下 、材料和载荷的情况下，确定结构的形 ，确定结构的形 状或尺寸，使某项或几项设计指标取得最优值 ，使某项或几项设计指标取得最优值。 实质：在满足一定约束的条件下 ：在满足一定约束的条件下，选取适当的设计变量 ，选取适当的设计变量，使目 4.6.2 优化设计（续） 11 标函数的值最小。目标函数可以是最轻重量 。目标函数可以是最轻重量、最低寿命周 期费用、最小应力集中系数和其它指标 、最小应力集中系数和其它指标。 优化设计可以在保证压力容器安全的情况下，有效减轻 压力容器重量、降低成本、延长寿命
4.6压力容器设计技术进展 过程设备设计 4.6.2优化设计（续） 约束条件大致可分为两类：设计变量上的尺寸限制和状态 参数的限制。常用等式或不等式表示。 设计变量尺寸限制： 状态参数的限制： 源于生产工艺上的要求 来源于设计规范、标准、 和原材料的供货状况， 连续性、相容性等要求， 如钢板厚度、卷板机的 如应力不能超过许用应 卷板能力等； 力、许用外压应大于设 计外压等。 12
4.6 压力容器设计技术进展 过程设备设计 约束条件大致可分为两类：设计变量上的尺寸限制和状态 ：设计变量上的尺寸限制和状态 参数的限制。常用等式或不等式表示 。常用等式或不等式表示。 设计变量尺寸限制： 状态参数的限制： 4.6.2 优化设计（续） 12 源于生产工艺上的要求 和原材料的供货状况， 如钢板厚度、卷板机的 卷板能力等； 来源于设计规范、标准、 连续性、相容性等要求 、相容性等要求， 如应力不能超过许用应 力、许用外压应大于设 许用外压应大于设 计外压等
