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摘要：以往的压力容器在设计以及制造过程中会面临着许多问题，这些问题的存在会导致生产成本增加，压力容器制造出来后难以适应当前的工作环境等。基于以上几个方面，本文作者利用有限元分析的原理，对压力容器的设计方法进行优化。通过执行这一过程，先是根据有限元法的基本原理，分析压力容器各个部分的特点，将所得到的分析结果转化成一些有用的数据，接着根据优化设计方法对数据进行相应的整合，最后便可以获得符合标准性能指标的实际设计数据。通过一定的实践证明，利用有限元分析的优化设计方法，可以针对不同的实际情况进行相应的处理，从而获得较好的效果。
关键词：压力容器；应力分析；优化设计
一、优化设计基本原理
何为优化设计，顾名思义就是从可选择的范围内选取最合适的设计方案。对于优化设计，现阶段人们逐渐开始对其进行深入研究，因为这种方法对于人们解决复杂问题有着重要的意义，它能够指导人们快速地从一些既定的可选设计方案中选择出来最合适，同时又能符合实际情况特点的设计方案，因此在当前的工程项目的建设或者产品的设计方面应用越来越广泛。
将数学规划和计算机技术中的一些原理方法进行结合，便产生了目前人们所说的优化设计，这种优化设计的具体特点如下：通过将所需要设计的产品的相应性能指标、结构指标以及一些其他较为重要的指标转化为相应的自变量函数，当然这些自变量都有其相应的限定范围，这就需要根据预期所设计产品的具体形态以及所要具备的功能要求，利用相应的数学理论将这些限定条件转化为对应自变量的区域，从而确定出较为合理的自变量取值范围，更好的服务于后续的计算过程；最后，根据相应的理论知识，选择合适的变量组合方法，利用相应的算法，从而在自变量的限定范围内获得目标函数的最优值。
在进行优化设计时，要利用到数学中经常用到的方法，即数学建模；将实际情况中的问题转变为经过优化设计后的数学模型，经过一定的方法确定了自变量、自变量的限定范围以及相应的自变量组合方法之后，在进行最优值的计算。这种过程在数学上可以表示成以下形式：
较为重要自变量的确定：x=（x1，x2，x3…）
相应的自变量限定范围：x1，X2，x3…的相应区域范围
选取合适的函数计算自变量组合的最优值：min或者max
运用上述三个步骤是可以快速求解实际过程中所面临的较为复杂的问题，这对于产品的设计以及工程项目的顺利进行有着重要的意义。
二、有限元法进行优化设计的基本过程
现阶段人们经常使用有限元分析软件ANSYS对实际需要处理的问题进行优化设计，具体来说可以按照以下四个步骤进行：
（1）构建数值化的有限元分析文件
有限元分析文件的构建是整个优化设计方案的前提，这一步骤若是能处理得当，对于后续数据的获取有着重要的意义。分析文件构建是否合理将极大影响到后续优化设计数据的处理，目前人们经过采用以下两种方法对其进行合理构建：分别是基于ANSYS的交互式方法与直接编辑法。
数值化的有限元分析文件的构建需要涉及以下几个方面：单元种类的确定、实常数的输入、产品特性参数的确定、实体模型的构建、对实体模型进行有限元划分、相应自变量限定范围的选取、目标函数的求解以及对所得计算结果中有效数据进行分类归纳等。
（2）分析实际问题所涉及的各个方面，在ANSYS数据库中构建与分析文件中自变量相对应的计算机处理信号。
（3）进行优化计算操作。
为了进行优化设计计算，首先要对设计好的ANSYS优化模块进行选择，根据第一步中所构建的分析文件进行操作；接着对优化设计中所选取的自变量进行范围限定，并且输入相应的数值范围，代人合适的目标函数中去，从而明确了有限元优化设计的数学模型；最后选取合适的优化设计工具或优化设计方法进行优化求解。
（4）对所得优化结果进行合理检验并提取
即使通过这种较为合理的优化设计计算分析后，所得的结果也不一定是最优设计方案，有时候还有可能同时得到好几种可行方案，因此，还需要设计者对所得的设计方案进行合理检验，这样才能确保产品生产的可靠性。
三、压力容器的有限元优化设计
（1）问题描述
首先，研究者要根据实际情况所需要的压力容器的制造要求，将该压力容器所对应的实际参数确定完全后，再进行下一步的操作。
（2）压力容器优化设计数学模型的建立
在问题描述中，我们对压力容器的几种参数进行确定之后，根据压力容器的几何形状特点选取底面半径R与高度H两个自变量，接着从数学知识当中的体积公式可知，便可得到压力容器最大体积的表达式，这便是我们所选取的目标函数。若是所设计的压力容器符合一定的对称性结构，为更快的进行有限元优化设计计算，研究者会选择压力容器的四分之一来代表整个压力容器，从这一部分来计算整体。除此之外，在进行AN SYS软件求解时候，若是所得的結果与压力容器的最大体积不符合，则需要根据相应的优化设计理论，进行相应的转化，这样才能得到最优化的设计结果。
（3）压力容器有限元模型的相应初值的确定
优化设计所选取的自变量是可以变化的，因此所得的优化结果也是处于动态变化之中。对于所构建的数学模型的求解，需要给定合适的压力容器半径R以及容器高度H的初值，这样才可以较快的确定最优化的设计结果。
（4）压力容器的有限元优化设计
通过对实际问题进行描述，然后对压力容器优化设计数学模型进行建立并确定相应的初值后，进行相应的求解以后，根据限元应力分析结果，将所求的数据导出来制成表格，利用相应的分析软件进行压力容器循环优化计算，从而获得最优的结果。
结语
通过以上分析我们可知，对于压力容器的的优化设计，我们必须搞明白何为优化设计，只有明白了优化设计的基本原理之后，我们才能正确的进行压力容器的优化设计方案的选择。基于相应的有限元分析处理软件，人们可以快速的对实际问题进行最优化设计，这是科学技术的发展所带来的好处，我们要学会运用这种软件，继续改进有限元分析过程中存在的不足，从而更好更快地解决实际问题。
（作者单位：1.南通中集罐式储运设备制造有限公司；2.南通电子口岸有限公司（南通产业控股集团有限公司））
关键词：压力容器；应力分析；优化设计
一、优化设计基本原理
何为优化设计，顾名思义就是从可选择的范围内选取最合适的设计方案。对于优化设计，现阶段人们逐渐开始对其进行深入研究，因为这种方法对于人们解决复杂问题有着重要的意义，它能够指导人们快速地从一些既定的可选设计方案中选择出来最合适，同时又能符合实际情况特点的设计方案，因此在当前的工程项目的建设或者产品的设计方面应用越来越广泛。
将数学规划和计算机技术中的一些原理方法进行结合，便产生了目前人们所说的优化设计，这种优化设计的具体特点如下：通过将所需要设计的产品的相应性能指标、结构指标以及一些其他较为重要的指标转化为相应的自变量函数，当然这些自变量都有其相应的限定范围，这就需要根据预期所设计产品的具体形态以及所要具备的功能要求，利用相应的数学理论将这些限定条件转化为对应自变量的区域，从而确定出较为合理的自变量取值范围，更好的服务于后续的计算过程；最后，根据相应的理论知识，选择合适的变量组合方法，利用相应的算法，从而在自变量的限定范围内获得目标函数的最优值。
在进行优化设计时，要利用到数学中经常用到的方法，即数学建模；将实际情况中的问题转变为经过优化设计后的数学模型，经过一定的方法确定了自变量、自变量的限定范围以及相应的自变量组合方法之后，在进行最优值的计算。这种过程在数学上可以表示成以下形式：
较为重要自变量的确定：x=（x1，x2，x3…）
相应的自变量限定范围：x1，X2，x3…的相应区域范围
选取合适的函数计算自变量组合的最优值：min或者max
运用上述三个步骤是可以快速求解实际过程中所面临的较为复杂的问题，这对于产品的设计以及工程项目的顺利进行有着重要的意义。
二、有限元法进行优化设计的基本过程
现阶段人们经常使用有限元分析软件ANSYS对实际需要处理的问题进行优化设计，具体来说可以按照以下四个步骤进行：
（1）构建数值化的有限元分析文件
有限元分析文件的构建是整个优化设计方案的前提，这一步骤若是能处理得当，对于后续数据的获取有着重要的意义。分析文件构建是否合理将极大影响到后续优化设计数据的处理，目前人们经过采用以下两种方法对其进行合理构建：分别是基于ANSYS的交互式方法与直接编辑法。
数值化的有限元分析文件的构建需要涉及以下几个方面：单元种类的确定、实常数的输入、产品特性参数的确定、实体模型的构建、对实体模型进行有限元划分、相应自变量限定范围的选取、目标函数的求解以及对所得计算结果中有效数据进行分类归纳等。
（2）分析实际问题所涉及的各个方面，在ANSYS数据库中构建与分析文件中自变量相对应的计算机处理信号。
（3）进行优化计算操作。
为了进行优化设计计算，首先要对设计好的ANSYS优化模块进行选择，根据第一步中所构建的分析文件进行操作；接着对优化设计中所选取的自变量进行范围限定，并且输入相应的数值范围，代人合适的目标函数中去，从而明确了有限元优化设计的数学模型；最后选取合适的优化设计工具或优化设计方法进行优化求解。
（4）对所得优化结果进行合理检验并提取
即使通过这种较为合理的优化设计计算分析后，所得的结果也不一定是最优设计方案，有时候还有可能同时得到好几种可行方案，因此，还需要设计者对所得的设计方案进行合理检验，这样才能确保产品生产的可靠性。
三、压力容器的有限元优化设计
（1）问题描述
首先，研究者要根据实际情况所需要的压力容器的制造要求，将该压力容器所对应的实际参数确定完全后，再进行下一步的操作。
（2）压力容器优化设计数学模型的建立
在问题描述中，我们对压力容器的几种参数进行确定之后，根据压力容器的几何形状特点选取底面半径R与高度H两个自变量，接着从数学知识当中的体积公式可知，便可得到压力容器最大体积的表达式，这便是我们所选取的目标函数。若是所设计的压力容器符合一定的对称性结构，为更快的进行有限元优化设计计算，研究者会选择压力容器的四分之一来代表整个压力容器，从这一部分来计算整体。除此之外，在进行AN SYS软件求解时候，若是所得的結果与压力容器的最大体积不符合，则需要根据相应的优化设计理论，进行相应的转化，这样才能得到最优化的设计结果。
（3）压力容器有限元模型的相应初值的确定
优化设计所选取的自变量是可以变化的，因此所得的优化结果也是处于动态变化之中。对于所构建的数学模型的求解，需要给定合适的压力容器半径R以及容器高度H的初值，这样才可以较快的确定最优化的设计结果。
（4）压力容器的有限元优化设计
通过对实际问题进行描述，然后对压力容器优化设计数学模型进行建立并确定相应的初值后，进行相应的求解以后，根据限元应力分析结果，将所求的数据导出来制成表格，利用相应的分析软件进行压力容器循环优化计算，从而获得最优的结果。
结语
通过以上分析我们可知，对于压力容器的的优化设计，我们必须搞明白何为优化设计，只有明白了优化设计的基本原理之后，我们才能正确的进行压力容器的优化设计方案的选择。基于相应的有限元分析处理软件，人们可以快速的对实际问题进行最优化设计，这是科学技术的发展所带来的好处，我们要学会运用这种软件，继续改进有限元分析过程中存在的不足，从而更好更快地解决实际问题。
（作者单位：1.南通中集罐式储运设备制造有限公司；2.南通电子口岸有限公司（南通产业控股集团有限公司））