بررسی عددی و بهینه‌سازی رفتار مکانیکی تقویت‌کننده‌های داکت بخار کندانسور هوا خنک

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

3 استادیار، گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

امروزه بهینه‌سازی هندسه، وزن و مشخصات مکانیکی، در فرآیند طراحی و ساخت سازه‌ها، به‌منظور بهبود کارایی و افزایش بازده اقتصادی به‌عنوان یک مرحله مهم در فرآیند طراحی مطرح است. پوسته‌های استوانه‌ای از چنین سازه‌هایی هستند. این پوسته‌ها در شرایط کاری تحت اثر نیروهای مختلفی قرار می‌گیرند که به علت داشتن ضخامت کم نسبت به شعاع و طول، مستعد کمانش هستند. از این‌رو مهم‌ترین پارامتر در طراحی و ساخت این پوسته‌ها، فشار کمانشی بحرانی است و بهترین روش برای بالا بردن مقاومت کمانشی ‌آن‌ها، استفاده از تقویت‌کننده‌ است. در این پژوهش تعداد، فاصله و ضخامت رینگ‌های تقویت بر اساس استاندارد  ASME محاسبه شده سپس، تحلیل در نرم‌افزار اجزاء محدود انسیس انجام ‌شده است. درنهایت بهینه‌سازی با استفاده از یکی از روش‌های بهینه‌سازی فرا‌ ابتکاری در ترکیب با روش اجزاء محدود، با تغییر ضخامت و عرض 9 رینگ تقویتی، به‌عنوان متغیرهای طراحی مسئله بهینه‌سازی رینگ‌های تقویت داکت بخار کندانسور هوا خنک انجام گرفته است. نتیجهٔ بهینه‌‌سازی، با کاهش 5 درصدی جرم کل داکت بخار همراه بوده است. این در حالی است که افزایش تنش فون‌میزز 5، غشایی 14 و خمشی 3 مگاپاسگال در مدل بهینهٔ نهایی نسبت به مدل ورودی به فرآیند بهینه‌سازی بوده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Rao, Singiresu S and Reddy, ES. Optimum design of stiffened cylindrical shells with natural frequency constraints. Computers & Structures, 12(2):211–219, 1980.

[2] Patel, JM and Patel, TS. Minimum weight design of the stiffened cylindrical shell under pure bending. Computers & Structures, 11(6):559–563, 1980.

[3] Simitses, George J and Ungbhakorn, Variddhi. Weight optimization of stiffened cylinders under axial compression. Computers & Structures, 5(5-6):305–314, 1975.

[4] Bushnell, David. Global optimum design of externally pressurized isogrid stiffened cylindrical shells with added trings. International journal of non-linear mechanics, 37(4- 5):801–831, 2002.

[5] Alinia, MM. A study into optimization of stiffeners in plates subjected to shear loading. Thin-walled structures, 43(5):845–860, 2005.

[6] Jarmai, K, Snyman, JA, and Farkas, J. Minimum cost design of a welded orthogonally stiffened cylindrical shell. Computers & structures, 84(12):787–797, 2006.

[7] Sadeghifar, M, Bagheri, M, and Jafari, AA. Multiobjective optimization of orthogonally stiffened cylindrical shells for minimum weight and maximum axial buckling load. ThinWalled Structures, 48(12):979–988, 2010.

[8] Bagheri, M, Jafari, AA, and Sadeghifar, M. Multiobjective optimization of ring stiffened cylindrical shells using a genetic algorithm. Journal of Sound and vibration, 330(3):374–384, 2011.

[9] El Ansary, AM, El Damatty, AA, and Nassef, AO. A coupled finite element genetic algorithm for optimum design of stiffened liquid-filled steel conical tanks. Thin-Walled Structures, 49(4):482–493, 2011.

[10] Foryś, Paweł. Optimization of cylindrical shells stiffened by rings under external pressure including their post-buckling behaviour. Thin-Walled Structures, 95:231–243, 2015.

[11] Larinoff, MW, Moles, WE, and Reichhelm, R. Design and specification of air-cooled steam condensers. Chemical Engineering, 110:143–156, 1978.

[12] LLC, MultiMedia. MS Windows NT kernel description, 1999.

[13] Skopinsky, VN and Berkov, NA. New criterion for the definition of plastic limit load in nozzle connections of pressure vessels. Journal of Pressure Vessel Technology, 135(2):021206, 2013.

[14] Lee, H. Finite Element Simulations with ANSYS Workbench. CRC press, 2010.

[15] Exler, Oliver, Lehmann, Thomas, and Schittkowski, Klaus. Misqp: A fortran subroutine of a trust region sqp algorithm for mixed-integer nonlinear programming-user’s guide. Report, Department of Computer Science, University of Bayreuth, 2012.

[16] F, Megyesy. Pressure Vessel Handbook. CRC press, 2001.

[17] R, Moss. Pressure Vessel Design Manual,. CRC press, 2004.