一般说来,模糊优化模型求解的基本原理为寻求一最优水平截集,将模糊优化模型等价转化为最优水平截集上的常规优化模型处理。与最优水平截集对应的最优水平阈值λ*即为模糊约束的最优隶属度。现以某减压塔设计为例,阐述模糊优化模型的求解过程。
1.采用二级模糊综合评判法确定最优水平阈值
影响水平阈值λ*取值的因素、因素等级和隶属度见表9-2。表中隶属度是采用专家打分法确定。
表9-2 影响因素、因素等级及其隶属度
2.确定备择集及权重集
选定的评判对象是截集水平值λ,其取值范围在[0,1]区间。备择集为
λ={0.30,0.40,0.50,0.60,0.65,0.70,0.75,0.80,0.85,0.90}
为了准确反映各因素及因素等级对评判对象λ的影响,应赋予各因素及因素等级以不同的权重W和Wi,根据设计条件可确定权重集:
W={0.25,0.25,0.15,0.10,0.15,0.10}(www.daowen.com)
3.进行二级模糊综合评判
由模糊矩阵乘法得到评判结果为
B=W·R=(0.0799,0.19337,0.33,0.53,0.66,0.80,0.876,0.85,0.547)由加权平均法求最优水平阈值λ*为
代入式(9-50)的α1、α2公式中,从而将模糊优化问题转化为常规优化问题。
4.选择优化方法求解及计算结果对比
由以上分析可知,外压容器模糊可靠性优化设计问题是以质量为目标函数,在模糊可靠性约束下寻找最小质量。由于参数较少,优化方法可选用复合形法。
减压塔塔体内径Di=6000mm,设计外压力p=0.1MPa,塔体圆筒总高Lz=8000mm,两端为标准椭圆形封头,长短轴的比值为Di/2Hi=2,工作温度为370℃,材料20g,壁厚附加量C=3mm,塔身设置3个扁钢加强圈,圆筒和加强圈的稳定安全系数m=3,封头的稳定安全系数m=15,设计可靠度R=0.9999,通过模糊可靠性优化,计算塔壁厚度、椭圆形封头厚度及加强圈的尺寸及塔减压的总质量。常规设计按设计手册,经几次试算,得筒体有效壁厚δe=7mm、封头有效壁厚δe1=7mm、加强圈扁钢80mm×20mm,有效横截面积As=1375cm2,总质量约4.009t;经模糊可靠性优化设计结果为筒体有效壁厚δe=6mm、封头有效壁厚δe1=6mm、加强圈扁钢100mm×10mm,有效横截面积As=732.6cm2,总质量约3.371t。比较两种结果可以看出,筒体、封头和加强圈的优化壁厚比原设计壁厚有一定的减少,优化后质量比原设计质量可以减轻16%左右。
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