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摘要
我国与日俱增的钢铁需求和燃煤需求导致了含硫烟气排放的增多，这对我国燃煤电厂、金属矿山等行业提出了增设脱硫装置，限制污染气体排放的要求。针对矿山化工等行业中烟气脱硫核心装置脱硫塔的结构设计问题，以脱硫塔的质量最小和屈曲承载力最大为优化目标，基于理想点法将多目标优化问题转化为单目标优化问题，结合不同参数下脱硫塔的应力分布特征，构建了针对脱硫塔的轴压屈曲承载力优化模型，以某烟气脱硫工程脱硫塔为工程背景，基于APDL语言设计了一套关于脱硫塔屈曲承载力的参数化建模及优化分析方法，对轴压荷载下的脱硫塔进行屈曲、非线性屈曲分析。对ANSYS优化算法的选择进行探讨分析后发现：（1）零阶算法优化过程极快，优化结果也较好，在结构初步优化时选择零阶方法可以确定加强筋的大致优化范围，能够极大的缩减工作量；（2）若担心一阶算法求得局部最小值，导致整体优化效果不理想，可以使用零阶算法或随机搜索法搜索整个设计空间，然后再根据搜索结果，以合理设计序列为起点使用一阶算法；（3）基于SWEEP的零阶算法能够更好的搜索整个设计空间，避免局部最优的情况发生，同时其优化时间相对一阶算法而言可以有了极大程度的缩减。轴压屈曲承载力优化主要结论为：（1）环向、纵向加强筋对于轴压荷载下的脱硫塔结构稳定性均有较好加强作用，但纵向加强筋的补强效果明显优于环向加强筋；尽管联合补强的效果要低于单独补强，但是工程实际中复杂工况决定了环向加强筋不可或缺；（2）联合补强以后的结构强度有较大提高，从应力云图中发现，结构的最大用力提升幅度达一倍多，加强效果明显；从应变云图中可以看到，尽管结构变形程度有小幅增加，但分布更加均匀，能够更充分的利用材料承载性能，保证结构整体稳定；（3）优化后的脱硫塔结构质量从417810 kg增加到4.29160 kg，增加了2.715%，结构屈曲承载力从22077.435 N提升到47536.231 N，提高了115%。通过该优化分析方法，能够获得较为合理的加筋方案，操作过程简单，优化效果明显，可以为脱硫塔结构设计提供指导。
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单位武汉科技大学; 湖北省工业建筑集团有限公司
