CN106484937A - 核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法及装置，用于解决目前制作支架有限单元法力学计算输入文件时，输入和分析数据的效率低，文件出错可能性高的技术问题，所述方法包括：S1、定义支架特征参数和格式；S2、基于支架特征参数和格式生成支架特征参数数据文件，根据管道模型和管道工况制作管道反力数据文件；S3、基于支架特征参数数据文件和管道反力数据文件制备可变内容；以及通过设计支架模型的软件平台生成固定内容；S4、对所述可变内容和固定内容进行处理，以生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件。能够一次性快速完成完整支架有限单元法力学计算输入文件制作，制作过程简单、效率高、方便操作。

Description

核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法及装置

技术领域

本发明涉及核电厂支架有限单元法力学计算的前处理技术领域，尤其涉及一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法及装置。

背景技术

在核电厂建设中，科学搭建管道支架是确保核电厂安全运行的重要环节之一。在进行核电厂管道支架设计时，通常包括支架模型设计和力学计算两个阶段，在支架模型设计阶段，由支架模型准备工程师在三维设计平台上输入对应支架的参数数据，并导出包含几何模型、温度数据、材料数据等的图纸文件，接着，在力学计算阶段，由力学计算工程师对图纸文件中的数据进行力学计算，以分析该支架模型的安全性等。

目前，核电厂力学计算工程师采用支架力学计算软件对图纸文件进行力学计算分析，这些支架力学计算软件需要力学计算工程师输入对应支架的有限单元法力学计算输入文件，然后基于该力学计算输入文件对图纸文件进行力学计算分析。

根据核电厂支架模型设计的需要，完整的核电厂支架有限单元法力学计算输入文件的制作内容包含如下几个方面：1、建立有限单元模型；2、定义载荷施加和工况组合；3、定义支架力学计算的输出内容；4、定义支架边界条件参数；5、评定规范、评定工况和评定单元选择；6、定义焊缝评定参数；其中，部分软件包含第6方面的内容。目前核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作，一般都是根据计算程序的输入数据要求和规范的评定要求，对设计图纸、载荷和工况组合等进行上述制作内容1-5或1-6的反复描述。现有的支架力学计算软件有多种，且对于不同支架力学计算软件由于软件功能和缺省设置不同，在制作支架有限单元法力学计算输入文件时，需要制作的内容不同。其中，比较好的做法是通过处理程序完成上述部分内容(如内容1)的制作，剩余部分内容则需要人工参与制作。

也就是说，目前的支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，虽然能实现支架有限单元法力学计算输入文件的制作，但对一些共性、有关联的输入条件，程序不能自动识别，需要计算者反复地输入；例如，已知型钢的材料数据，其力学参数数据便可知，但在材料定义和焊缝材料定义时需要计算者查询后重复输入。进一步，由于有上述制作内容的输入要求，需要支架力学计算人员对钢结构相关的评定规范有深入的了解，例如定义边界条件时几何长度和计算长度系数的取值、载荷工况如何组合等，因此对力学计算输入文件制作和程序使用人员的专业要求很高。

总之，上述因素降低了支架力学分析的效率，也使出错的可能性增加，采用现有力学计算输入文件制作方法会导致支架力学计算需要的时间很长，而核电厂支架的计算量非常大，严重影响了核电厂核级支架的力学计算效率。

发明内容

针对现有技术中在制作支架有限单元法力学计算输入文件时，输入和分析数据的效率低，文件出错可能性高，对力学计算人员专业要求高，在核电厂支架设计的计算量非常大的情况下，严重影响了核电厂核级支架的力学计算效率的技术问题，本申请方案提供了一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法及装置，实现了一次性快速完成完整支架有限单元法力学计算输入文件制作，制作过程简单、效率高、方便操作的技术效果，并且用户不必具备专业的力学计算知识，也不必清楚支架力学计算的评定要求等，即可快速实现支架有限单元法力学计算输入文件的制作和独立完成支架模型的力学计算。

一方面，本申请实施例提供了一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，包括以下步骤：

S1、定义核电厂管道支架特征参数和所述特征参数的格式，其中，所述特征参数包括支架编号和子支架编号、支架抗震等级、型钢材料、型钢截面和型号、梁两端的端点坐标、支架所在厂房、梁端是否是锚固点、锚固点的锚固板或预埋件型号、梁端是否是约束点、对应约束点处支架或子支架的约束方向或功能；

S2、在支架模型设计阶段根据支架题目设计支架模型时，基于所述特征参数和所述格式生成支架特征参数数据文件；以及根据所述支架对应的管道模型和管道工况制作管道反力数据文件；其中，所述支架特征参数数据文件为支架有限单元法力学计算前处理模型的输入数据，所述管道反力数据文件为支架有限单元法力学计算前处理的载荷数据；

S3、基于所述支架特征参数数据文件和所述管道反力数据文件，制备所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容；以及通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；

S4、通过所述支架有限单元法力学计算程序对所述可变内容和所述固定内容进行处理，以生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件。

可选的，所述输入数据包括第一控制数据和模型描述数据；其中，所述第一控制数据对于整个计算题目起作用，所述模型描述数据用于说明支架梁两端的端点坐标、型钢材料、型钢截面和型号、锚固点、约束点、约束方向以及对应子支架特性；

所述载荷数据包括第二控制数据和载荷描述数据，其中，所述第二控制数据用于识别对应的支架、子支架，所述载荷描述数据用于说明约束点的载荷方向和载荷大小特性。

可选的，所述步骤S3包括以下子步骤：

S31、读入所述支架特征参数数据文件中的数据，根据数据信息计算出输入点，并将所述输入点转换成支架有限单元法力学计算需要的节点，用于实现梁单元和截面方向的建立、刚性单元的建立，以及刚性单元的偏移；其中，所述输入点包括：梁两端的端点坐标、不同梁的连接点坐标、梁连接处刚性单元的偏移方向和大小，以及梁端点和连接点之间的关联关系；

S32、将读入数据中锚固点信息，转换为有限单元法力学计算中对应节点的约束；

S33、将读入数据中梁材料信息转换为支架有限单元法力学计算中力学参数数据，包括弹性模量、剪切模量、屈服强度、抗拉强度；

S34、根据读入数据中支架编号或子支架编号、约束点信息、支架或子支架约束方向或功能和对应支架的管道反力数据文件中的数据，计算出支架有限单元法计算中需要施加载荷的节点、施加载荷的方向和施加载荷的大小；

S35、将读入数据中支架抗震等级、支架所在厂房和固定点坐标信息，转换为支架有限单元法力学计算中地震载荷的选择和施加；

S36、统计并根据读入数据中子支架编号的个数、约束方向和抗震等级信息，组合支架有限单元法计算中应考虑的载荷工况和载荷个数；

S37、将读入数据中锚固板或预埋件型号、对应梁端点的信息，转换为支架有限单元法计算输入文件中对应锚固节点的反力输出内容；

S38、将读入数据中梁端点坐标转换为支架有限单元法力学计算输入中单元的几何长度，用于确定支架有限单元法力学计算前处理模型中边界条件；

S39、通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；

其中，执行所述子步骤S31～S38分别获得的数据内容构成所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。

可选的，所述步骤S3还包括子步骤：

S310、根据读入数据中型钢截面和型号，计算出不同型钢焊缝连接处的焊缝高度，以及根据数据中型钢材料计算出对应焊缝处的力学参数，并将所述焊缝处的力学参数转换为支架有限单元法力学计算中焊缝的评定输入内容；

执行所述子步骤S310获得的数据内容属于所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。

可选的，所述固定内容包括单位数据、截面数据、载荷条件、反应谱或地震加速度数据、边界条件、材料参数、评定规范、焊缝数据、输出内容和输出要求；其中，所述输出内容包括刚度输出、支架节点位移输出、节点或单元反力输出、焊缝评定结果输出四者至少其一；所述输出要求采用按单元起始点输出、按单元输出、按节点输出、按载荷工况输出或按各工况最大/最小要求输出。

另一方面，本申请实施例还提供了一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作装置，包括：

定义模块，用于定义核电厂管道支架特征参数和所述特征参数的格式，其中，所述特征参数包括支架编号和子支架编号、支架抗震等级、型钢材料、型钢截面和型号、梁两端的端点坐标、支架所在厂房、梁端是否是锚固点、锚固点的锚固板或预埋件型号、梁端是否是约束点、对应约束点处支架或子支架的约束方向或功能；

前处理输入数据文件生成模块，用于在支架模型设计阶段根据支架题目设计支架模型时，基于所述特征参数和所述格式生成支架特征参数数据文件；以及根据所述支架对应的管道模型和管道工况制作管道反力数据文件；其中，所述支架特征参数数据文件为支架有限单元法力学计算前处理模型的输入数据，所述管道反力数据文件为支架有限单元法力学计算前处理的载荷数据；

可变内容和固定内容制备模块，用于基于所述支架特征参数数据文件和所述管道反力数据文件，制备所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容；以及通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；

输入文件生成模块，用于通过所述支架有限单元法力学计算程序对所述可变内容和所述固定内容进行处理，以生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件。

可选的，所述输入数据包括第一控制数据和模型描述数据；其中，所述第一控制数据对于整个计算题目起作用，所述模型描述数据用于说明支架梁两端的端点坐标、型钢材料、型钢截面和型号、锚固点、约束点、约束方向以及对应子支架特性；

所述载荷数据包括第二控制数据和载荷描述数据，其中，所述第二控制数据用于识别对应的支架、子支架，所述载荷描述数据用于说明约束点的载荷方向和载荷大小特性。

可选的，所述可变内容和固定内容制备模块，包括：

节点转换子模块，用于读入所述支架特征参数数据文件中的数据，根据数据信息计算出输入点，并将所述输入点转换成支架有限单元法力学计算需要的节点，用于实现梁单元和截面方向的建立、刚性单元的建立，以及刚性单元的偏移；其中，所述输入点包括：梁两端的端点坐标、不同梁的连接点坐标、梁连接处刚性单元的偏移方向和大小，以及梁端点和连接点之间的关联关系；

节点约束转换子模块，用于将读入数据中锚固点信息，转换为有限单元法力学计算中对应节点的约束；

力学参数数据转换子模块，用于将读入数据中梁材料信息转换为支架有限单元法力学计算中力学参数数据，包括弹性模量、剪切模量、屈服强度、抗拉强度；

计算子模块，用于根据读入数据中支架编号或子支架编号、约束点信息、支架或子支架约束方向或功能和对应支架的管道反力数据文件中的数据，计算出支架有限单元法计算中需要施加载荷的节点、施加载荷的方向和施加载荷的大小；

地震载荷选择和施加转换子模块，用于将读入数据中支架抗震等级、支架所在厂房和固定点坐标信息，转换为支架有限单元法力学计算中地震载荷的选择和施加；

统计子模块，用于统计并根据读入数据中子支架编号的个数、约束方向和抗震等级信息，组合支架有限单元法计算中应考虑的载荷工况和载荷个数；

锚固节点反力输出内容转换子模块，用于将读入数据中锚固板或预埋件型号、对应梁端点的信息，转换为支架有限单元法计算输入文件中对应锚固节点的反力输出内容；

边界条件确定子模块，用于将读入数据中梁端点坐标转换为支架有限单元法力学计算输入中单元的几何长度，用于确定支架有限单元法力学计算前处理模型中边界条件；

固定内容生成子模块，用于通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；

其中，上述除固定内容生成子模块之外的各子模块分别获得的数据内容构成所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。

可选的，所述可变内容和固定内容制备模块还包括：

焊缝评定输入内容转换子模块，用于根据读入数据中型钢截面和型号，计算出不同型钢焊缝连接处的焊缝高度，以及根据数据中型钢材料计算出对应焊缝处的力学参数，并将所述焊缝处的力学参数转换为支架有限单元法力学计算中焊缝的评定输入内容；

所述焊缝评定输入内容转换子模块获得的数据内容属于所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。

可选的，所述固定内容包括单位数据、截面数据、载荷条件、反应谱或地震加速度数据、边界条件、材料参数、评定规范、焊缝数据、输出内容和输出要求；其中，所述输出内容包括刚度输出、支架节点位移输出、节点或单元反力输出、焊缝评定结果输出四者至少其一；所述输出要求采用按单元起始点输出、按单元输出、按节点输出、按载荷工况输出或按各工况最大/最小要求输出。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于在本申请实施例中，首先，定义核电厂管道支架特征参数和所述特征参数的格式，其中，所述特征参数包括支架编号和子支架编号、支架抗震等级、型钢材料、型钢截面和型号、梁两端的端点坐标、支架所在厂房、梁端是否是锚固点、锚固点的锚固板或预埋件型号、梁端是否是约束点、对应约束点处支架或子支架的约束方向或功能；然后，在支架模型设计阶段根据支架题目设计支架模型时，基于所述支架特征参数和所述格式生成支架特征参数数据文件；以及根据所述支架对应的管道模型和管道工况制作管道反力数据文件；其中，所述支架特征参数数据文件为支架有限单元法力学计算前处理模型的输入数据，所述管道反力数据文件为支架有限单元法力学计算前处理的载荷数据；接着，基于所述支架特征参数数据文件和所述管道反力数据文件，制备所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容；以及通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；最后，通过所述支架有限单元法力学计算程序对所述可变内容和所述固定内容进行处理，以生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件。也就是说，在本方案中，通过支架模型准备工程师在支架模型设计时一次性地进行支架特征参数描述，并结合对应支架的管道反力数据文件，即可快速制作支架有限单元法力学计算输入文件，进而在进行支架力学计算时，用户不必输入各类信息且不必具备专业的力学计算知识，也不必清楚支架力学计算的评定要求等，即可快速实现支架有限单元法力学计算输入文件的制作和独立完成支架的力学计算。支架有限单元法力学计算输入文件制作人员允许不用支架力学计算工程师，普通人员即可制作支架有限单元法力学计算输入文件，用支架力学计算软件(如GTStrudl)打开输入文件，即可完成对支架进行力学计算。有效地解决了现有技术中在制作支架有限单元法力学计算输入文件时，输入和分析数据的效率低，文件出错可能性高，对力学计算人员专业要求高，在核电厂支架设计的计算量非常大的情况下，严重影响了核电厂核级支架的力学计算效率的技术问题，实现了一次性快速完成完整支架有限单元法力学计算输入文件制作，制作过程简单、效率高、方便操作的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法流程图；

图2A为本申请实施例提供的一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作装置结构框图；

图2B为本申请实施例提供的另一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作装置结构框图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供了一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，解决了现有技术中在制作支架有限单元法力学计算输入文件时，输入和分析数据的效率低，文件出错可能性高，对力学计算人员专业要求高，在核电厂支架设计的计算量非常大的情况下，严重影响了核电厂核级支架的力学计算效率的技术问题，实现了一次性快速完成完整支架有限单元法力学计算输入文件制作，制作过程简单、效率高、方便操作的技术效果，并且用户不必具备专业的力学计算知识，也不必清楚支架力学计算的评定要求等，即可快速实现支架有限单元法力学计算输入文件的制作和独立完成支架模型的力学计算。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请实施例提供了一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，包括以下步骤：S1、定义核电厂管道支架特征参数和所述特征参数的格式，其中，所述特征参数包括支架编号和子支架编号、支架抗震等级、型钢材料、型钢截面和型号、梁两端的端点坐标、支架所在厂房、梁端是否是锚固点、锚固点的锚固板或预埋件型号、梁端是否是约束点、对应约束点处支架或子支架的约束方向或功能；S2、在支架模型设计阶段根据支架题目设计支架模型时，基于所述支架特征参数和所述格式生成支架特征参数数据文件；以及根据所述支架对应的管道模型和管道工况制作管道反力数据文件；其中，所述支架特征参数数据文件为支架有限单元法力学计算前处理模型的输入数据，所述管道反力数据文件为支架有限单元法力学计算前处理的载荷数据；S3、基于所述支架特征参数数据文件和所述管道反力数据文件，制备所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容；以及通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；S4、通过所述支架有限单元法力学计算程序对所述可变内容和所述固定内容进行处理，以生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件。

可见，在本申请实施例中，通过支架模型准备工程师在支架模型设计时一次性地进行支架特征参数描述，并结合对应支架的管道反力数据文件，即可快速制作支架有限单元法力学计算输入文件，进而在进行支架力学计算时，用户不必输入各类信息且不必具备专业的力学计算知识，也不必清楚支架力学计算的评定要求等，即可快速实现支架有限单元法力学计算输入文件的制作和独立完成支架的力学计算。支架有限单元法力学计算输入文件制作人员允许不用支架力学计算工程师，普通人员即可制作支架有限单元法力学计算输入文件，用支架力学计算软件(如GTStrudl)打开输入文件，即可完成对支架进行力学计算。有效地解决了现有技术中在制作支架有限单元法力学计算输入文件时，输入和分析数据的效率低，文件出错可能性高，对力学计算人员专业要求高，在核电厂支架设计的计算量非常大的情况下，严重影响了核电厂核级支架的力学计算效率的技术问题，实现了一次性快速完成完整支架有限单元法力学计算输入文件制作，制作过程简单、效率高、方便操作的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

本申请实施例提供了一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，该方法可由支架模型准备工程师(或其它非专业力学计算工程师的人员)在通用的支架模型三维设计平台上执行，请参考图1，该方法包括以下步骤：

S1、定义核电厂管道支架特征参数和所述特征参数的格式，其中，所述特征参数包括支架编号和子支架编号、支架抗震等级、型钢材料、型钢截面和型号、梁两端的端点坐标、支架所在厂房、梁端是否是锚固点、锚固点的锚固板或预埋件型号、梁端是否是约束点、对应约束点处支架或子支架的约束方向或功能等；

S2、在支架模型设计阶段根据支架题目设计支架模型时，基于所述支架特征参数和所述格式生成支架特征参数数据文件；其中，所述支架特征参数数据文件为支架有限单元法力学计算前处理模型的输入数据，所述输入数据包括第一控制数据和模型描述数据；进一步，所述第一控制数据对于整个计算题目起作用，所述模型描述数据用于说明支架梁两端的端点坐标、型钢材料、型钢截面和型号、锚固点、约束点、约束方向以及对应子支架等特性。具体的，首先在三维设计平台中定义所述第一控制数据，接下来是按照支架设计原则定义支架的几何和物理数据，定义的数据参数包含步骤S1所述全部参数，且按照所述格式进行定义。模型准备工程师完整地对支架参数全部定义好之后，即完成了一个支架的设计，从三维设计平台中导出可形成支架的图纸文件，并有先择性地导出步骤S1的支架特征参数，即形成所述支架特征参数数据文件。另外，根据所述支架对应的管道模型和管道工况制作管道反力数据文件；所述管道反力数据文件为支架有限单元法力学计算前处理的载荷数据；所述载荷数据包括第二控制数据和载荷描述数据，其中，所述第二控制数据用于识别对应的支架、子支架，所述载荷描述数据用于说明约束点的载荷方向和载荷大小等特性。所述管道反力数据文件在管道力学计算时输出即可制作。从这个过程可以看出，使用此方法的用户根本无需知道支架有限单元计算法和计算程序对输入数据的要求。

S3、基于所述支架特征参数数据文件和所述管道反力数据文件，制备所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容；以及通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容。

S4、通过所述支架有限单元法力学计算程序对所述可变内容和所述固定内容进行处理，以生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件。

在具体实施过程中，所述步骤S3包括以下子步骤：

S31、读入所述支架特征参数数据文件中的数据，根据数据信息计算出输入点，并将所述输入点转换成支架有限单元法力学计算需要的节点，用于实现梁单元和截面方向的建立、刚性单元的建立，以及刚性单元的偏移；其中，所述输入点包括：梁两端的端点坐标、不同梁的连接点坐标、梁连接处刚性单元的偏移方向和大小，以及梁端点和连接点之间的关联关系等。具体的，首先，通过将梁端点坐标加、减型钢的截面的一半，获得可能的连接点坐标；接着，判断该可能的连接点坐标是否与梁共线，在判断结果为是时，确定该连接点与梁有关联，进一步，转换成节点、单元、刚性单元偏移。其中，在生成节点、单元的过程中，其它相关的关联数据信息也对应过去，如梁的截面、材料，点的固定点、约束点信息等。

S32、将读入数据中锚固点信息，转换为有限单元法力学计算中对应节点的约束；其中，锚固点(即固定点)以某种形式标识，并与梁端点对应，端点转成节点后，相应的锚固节点也就确定了。

S33、将读入数据中梁材料信息转换为支架有限单元法力学计算中力学参数数据，包括弹性模量、剪切模量、屈服强度、抗拉强度等；梁材料以编码识别，每一个编码有对应的材料力学参数与之对应，在将梁和连接点转成单元、刚性单元后，其梁材料也关联过去。

S34、根据读入数据中支架编号或子支架编号、约束点信息、支架或子支架约束方向或功能和对应支架的管道反力数据文件中的数据，计算出支架有限单元法计算中需要施加载荷的节点、施加载荷的方向和施加载荷的大小；梁的约束端点在转化成节点时，约束的节点与对应的支架或子支架编号也就确定了，约束方向采取支架三维平台设计采用的坐标系，该坐标系与管道反力文件中支架反力的绝对坐标系完全对应。因此通过支架或子支架编号，就能将对应方向的载荷施加到相应节点上。

S35、将读入数据中支架抗震等级、支架所在厂房和固定点坐标等信息，转换为支架有限单元法力学计算中地震载荷的选择和施加。支架所在厂房与地震载荷数据关联，结合支架有限单元法力学计算中各节点竖直方向的坐标最大值可以自动选择确定支架具体的地震载荷。

S36、统计并根据读入数据中子支架编号的个数、约束方向和抗震等级信息，组合支架有限单元法计算中应考虑的载荷工况和载荷个数；支架的抗震等级决定支架需要分析的工况类别，如抗震级支架需要做D类工况的分析，支架有限单元法力学计算每种工况应考虑的载荷组合个数，与支架的约束自由度有关，应考虑的载荷组合个数为N²，其中N为支架约束总个数，即各个子支架对应约束方向的总和。

S37、将读入数据中锚固板或预埋件型号、对应梁端点的信息，转换为支架有限单元法计算输入文件中对应锚固节点的反力输出内容。梁的固定端点与锚固板或预埋件型号对应，将输入点转化为有限单元计算节点的过程中，关联的锚固板或预埋件型号等也相应关联。程序判别标识为锚固板、预埋件的信息，在对应反力输出内容时，将标识也输出。输出的固定点反力将作为锚固件的力学计算输入。

S38、将读入数据中梁端点坐标转换为支架有限单元法力学计算输入中单元的几何长度，用于确定支架有限单元法力学计算前处理模型中边界条件等。单元的几何长度可由梁端点坐标的原始数据计算，支架的边界条件统一按照一端固定、另一端自由的边界条件确定，该确定方法是多数支架有限单元力学计算软件的缺省设置。按照这种缺省的支架边界条件，实施过程中推荐的参数设置：长度计算系数取2.1，许用压弯应力计算系数1.0，弯矩调幅系数0.85。

S39、通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；

其中，执行所述子步骤S31～S38分别获得的数据内容构成所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。这是由于对于不同的支架，其特征参数和管道反力数据可能存在不同之处，在制作支架有限单元法力学计算输入文件时，支架特征参数数据文件和支架对应的管道反力数据文件在支架有限单元法力学计算程序中随支架题目的改变而改变。对于步骤S39中的所述固定内容，其不随支架题目的改变而改变，是组成完整支架力学计算输入文件必需的。这部分内容有有限单元法坐标系描述、单位描述、构件结构描述、求解命令、结果输出等。节点坐标可以采用绝对坐标系、相对坐标系，一般采用绝对坐标系更简单方便。所述固定内容包括单位数据、截面数据、载荷条件、反应谱或地震加速度数据、边界条件、材料参数、评定规范、焊缝数据、输出内容和输出要求。其中，所述输出内容包括刚度输出、支架节点位移输出、节点或单元反力输出、焊缝评定结果输出四者至少其一；所述输出要求采用按单元起始点输出、按单元输出、按节点输出、按载荷工况输出或按各工况最大/最小要求输出。

需要指出的是，在具体实施过程中，所述可变内容还可包括焊缝的评定输入内容，即所述步骤S3还包括子步骤：S310、根据读入数据中型钢截面和型号，计算出不同型钢焊缝连接处的焊缝高度，以及根据数据中型钢材料计算出对应焊缝处的力学参数(如屈服强度、抗拉强度)，并将所述焊缝处的力学参数转换为支架有限单元法力学计算中焊缝的评定输入内容。具体的，型钢的截面和型号与其壁厚t对应，在支架几何模型设计时，按照以下原则确定焊缝高度h_f与两连接件的壁厚t₁、t₂关系：当t₁、t₂≤6mm时，h_f＝min(t₁，t₂)；t₁、t₂＞6mm时，h_f＝min(t₁，t₂)-1或h_f＝min(t₁，t₂)-2。实际实施过程中，以上原则可以有一定范围的变化。如子步骤S33所述，力学参数与型钢材料关联，根据型钢材料数据，可计算出型钢的力学参数。执行所述子步骤S310获得的数据内容属于所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。具体的，现有的支架力学计算软件有多种，其中有的具备焊缝分析功能，有的则不具备焊缝分析功能，因此，对于具备焊缝分析功能的支架力学计算软件，制作的输入文件中的可变内容可包含焊缝的评定输入内容，对于不具备焊缝分析功能的支架力学计算软件，制作的输入文件中的可变内容可不包含焊缝的评定输入内容。

进一步，在具体实施过程中，在执行步骤S4，生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件之后，通过支架力学计算软件(如GTStrudl)打开所述支架有限单元法力学计算输入文件，即可完成所述支架的力学计算。

总而言之，通过实施本申请方案，制作支架有限单元法力学计算输入文件，可通过支架模型准备工程师在支架模型设计时一次性地进行支架特征参数描述，并结合对应支架的管道反力数据文件，即可快速制作支架有限单元法力学计算输入文件，进而在进行支架力学计算时，用户不必输入各类信息且不必具备专业的力学计算知识，也不必清楚支架力学计算的评定要求等，即可快速实现支架有限单元法力学计算输入文件的制作和独立完成支架的力学计算。支架有限单元法力学计算输入文件制作人员允许不用支架力学计算工程师，普通人员即可制作支架有限单元法力学计算输入文件，用支架力学计算软件(如GTStrudl)打开输入文件，即可完成对支架进行力学计算。有效地解决了现有技术中在制作支架有限单元法力学计算输入文件时，输入和分析数据的效率低，文件出错可能性高，对力学计算人员专业要求高，在核电厂支架设计的计算量非常大的情况下，严重影响了核电厂核级支架的力学计算效率的技术问题，实现了一次性快速完成完整支架有限单元法力学计算输入文件制作，制作过程简单、效率高、方便操作的技术效果。

另外，对于支架力学计算的输出格式，可以按照计算软件和具体的项目需求，按需要输出。具体项目实施时，由于支架的抗震等级与输出内容关联，通过支架的抗震等级处理程序可以选择定义支架的评定、输出内容，以及输出的格式。

实施例二

基于同一发明构思，请参考图2A，本申请实施例还提供了一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作装置，包括：

定义模块21，用于定义核电厂管道支架特征参数和所述特征参数的格式，其中，所述特征参数包括支架编号和子支架编号、支架抗震等级、型钢材料、型钢截面和型号、梁两端的端点坐标、支架所在厂房、梁端是否是锚固点、锚固点的锚固板或预埋件型号、梁端是否是约束点、对应约束点处支架或子支架的约束方向或功能等；

前处理输入数据文件生成模块22，用于在支架模型设计阶段根据支架题目设计支架模型时，基于所述支架特征参数和所述格式生成支架特征参数数据文件；以及根据所述支架对应的管道模型和管道工况制作管道反力数据文件；其中，所述支架特征参数数据文件为支架有限单元法力学计算前处理模型的输入数据，所述管道反力数据文件为支架有限单元法力学计算前处理的载荷数据；

可变内容和固定内容制备模块23，用于基于所述支架特征参数数据文件和所述管道反力数据文件，制备所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容；以及通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；所述固定内容包括单位数据、截面数据、载荷条件、反应谱或地震加速度数据、边界条件、材料参数、评定规范、焊缝数据、输出内容和输出要求。其中，所述输出内容包括刚度输出、支架节点位移输出、节点或单元反力输出、焊缝评定结果输出四者至少其一；所述输出要求采用按单元起始点输出、按单元输出、按节点输出、按载荷工况输出或按各工况最大/最小要求输出。

输入文件生成模块24，用于通过所述支架有限单元法力学计算程序对所述可变内容和所述固定内容进行处理，以生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件。

在具体实施过程中，所述输入数据包括第一控制数据和模型描述数据；其中，所述第一控制数据对于整个计算题目起作用，所述模型描述数据用于说明支架梁两端的端点坐标、型钢材料、型钢截面和型号、锚固点、约束点、约束方向以及对应子支架特性；所述载荷数据包括第二控制数据和载荷描述数据，其中，所述第二控制数据用于识别对应的支架、子支架，所述载荷描述数据用于说明约束点的载荷方向和载荷大小特性。

在具体实施过程中，请参考图2B，所述可变内容和固定内容制备模块23，包括：

节点转换子模块231，用于读入所述支架特征参数数据文件中的数据，根据数据信息计算出输入点，并将所述输入点转换成支架有限单元法力学计算需要的节点，用于实现梁单元和截面方向的建立、刚性单元的建立，以及刚性单元的偏移；其中，所述输入点包括：梁两端的端点坐标、不同梁的连接点坐标、梁连接处刚性单元的偏移方向和大小，以及梁端点和连接点之间的关联关系；

节点约束转换子模块232，用于将读入数据中锚固点信息，转换为有限单元法力学计算中对应节点的约束；

力学参数数据转换子模块233，用于将读入数据中梁材料信息转换为支架有限单元法力学计算中力学参数数据，包括弹性模量、剪切模量、屈服强度、抗拉强度；

计算子模块234，用于根据读入数据中支架编号或子支架编号、约束点信息、支架或子支架约束方向或功能和对应支架的管道反力数据文件中的数据，计算出支架有限单元法计算中需要施加载荷的节点、施加载荷的方向和施加载荷的大小；

地震载荷选择和施加转换子模块235，用于将读入数据中支架抗震等级、支架所在厂房和固定点坐标等信息，转换为支架有限单元法力学计算中地震载荷的选择和施加；

统计子模块236，用于统计并根据读入数据中子支架编号的个数、约束方向和抗震等级信息，组合支架有限单元法计算中应考虑的载荷工况和载荷个数；

锚固节点反力输出内容转换子模块237，用于将读入数据中锚固板或预埋件型号、对应梁端点的信息，转换为支架有限单元法计算输入文件中对应锚固节点的反力输出内容；

边界条件确定子模块238，用于将读入数据中梁端点坐标转换为支架有限单元法力学计算输入中单元的几何长度，用于确定支架有限单元法力学计算前处理模型中边界条件；

固定内容生成子模块239，用于通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；

其中，上述除固定内容生成子模块之外的各子模块分别获得的数据内容为所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。

在具体实施过程中，请参考图2B，所述可变内容和固定内容制备模块23还包括：

焊缝评定输入内容转换子模块230，用于根据读入数据中型钢截面和型号，计算出不同型钢焊缝连接处的焊缝高度，以及根据数据中型钢材料计算出对应焊缝处的力学参数，并将所述焊缝处的力学参数转换为支架有限单元法力学计算中焊缝的评定输入内容；

所述焊缝评定输入内容转换子模块获得的数据内容属于所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。

在具体实施过程中，在所述输入文件生成模块24生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件之后，通过支架力学计算软件(如GTStrudl)打开所述支架有限单元法力学计算输入文件，即可完成所述支架的力学计算。

根据上面的描述，上述支架有限单元法力学计算输入文件制作装置用于实现上述支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，所以，该装置的工作过程与上述方法的一个或多个实施例一致，在此就不再一一赘述了。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、定义核电厂管道支架特征参数和所述特征参数的格式，其中，所述特征参数包括支架编号和子支架编号、支架抗震等级、型钢材料、型钢截面和型号、梁两端的端点坐标、支架所在厂房、梁端是否是锚固点、锚固点的锚固板或预埋件型号、梁端是否是约束点、对应约束点处支架或子支架的约束方向或功能；

S2、在支架模型设计阶段根据支架题目设计支架模型时，基于所述特征参数和所述格式生成支架特征参数数据文件；以及根据所述支架对应的管道模型和管道工况制作管道反力数据文件；其中，所述支架特征参数数据文件为支架有限单元法力学计算前处理模型的输入数据，所述管道反力数据文件为支架有限单元法力学计算前处理的载荷数据；

S3、基于所述支架特征参数数据文件和所述管道反力数据文件，制备所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容；以及通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；

S4、通过所述支架有限单元法力学计算程序对所述可变内容和所述固定内容进行处理，以生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件。

2.如权利要求1所述的支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，其特征在于，所述输入数据包括第一控制数据和模型描述数据；其中，所述第一控制数据对于整个计算题目起作用，所述模型描述数据用于说明支架梁两端的端点坐标、型钢材料、型钢截面和型号、锚固点、约束点、约束方向以及对应子支架特性；

所述载荷数据包括第二控制数据和载荷描述数据，其中，所述第二控制数据用于识别对应的支架、子支架，所述载荷描述数据用于说明约束点的载荷方向和载荷大小特性。

3.如权利要求1所述的支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：

S31、读入所述支架特征参数数据文件中的数据，根据数据信息计算出输入点，并将所述输入点转换成支架有限单元法力学计算需要的节点，用于实现梁单元和截面方向的建立、刚性单元的建立，以及刚性单元的偏移；其中，所述输入点包括：梁两端的端点坐标、不同梁的连接点坐标、梁连接处刚性单元的偏移方向和大小，以及梁端点和连接点之间的关联关系；

S32、将读入数据中锚固点信息，转换为有限单元法力学计算中对应节点的约束；

S33、将读入数据中梁材料信息转换为支架有限单元法力学计算中力学参数数据，包括弹性模量、剪切模量、屈服强度、抗拉强度；

S34、根据读入数据中支架编号或子支架编号、约束点信息、支架或子支架约束方向或功能和对应支架的管道反力数据文件中的数据，计算出支架有限单元法计算中需要施加载荷的节点、施加载荷的方向和施加载荷的大小；

S35、将读入数据中支架抗震等级、支架所在厂房和固定点坐标信息，转换为支架有限单元法力学计算中地震载荷的选择和施加；

S36、统计并根据读入数据中子支架编号的个数、约束方向和抗震等级信息，组合支架有限单元法计算中应考虑的载荷工况和载荷个数；

S37、将读入数据中锚固板或预埋件型号、对应梁端点的信息，转换为支架有限单元法计算输入文件中对应锚固节点的反力输出内容；

S38、将读入数据中梁端点坐标转换为支架有限单元法力学计算输入中单元的几何长度，用于确定支架有限单元法力学计算前处理模型中边界条件；

S39、通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；

其中，执行所述子步骤S31～S38分别获得的数据内容构成所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。

4.如权利要求3所述的支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，其特征在于，所述步骤S3还包括子步骤：

S310、根据读入数据中型钢截面和型号，计算出不同型钢焊缝连接处的焊缝高度，以及根据数据中型钢材料计算出对应焊缝处的力学参数，并将所述焊缝处的力学参数转换为支架有限单元法力学计算中焊缝的评定输入内容；

执行所述子步骤S310获得的数据内容属于所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。

5.如权利要求1所述的支架有限单元法力学计算输入文件制作方法，其特征在于，所述固定内容包括单位数据、截面数据、载荷条件、反应谱或地震加速度数据、边界条件、材料参数、评定规范、焊缝数据、输出内容和输出要求；

其中，所述输出内容包括刚度输出、支架节点位移输出、节点或单元反力输出、焊缝评定结果输出四者至少其一；所述输出要求采用按单元起始点输出、按单元输出、按节点输出、按载荷工况输出或按各工况最大/最小要求输出。

6.一种核电厂支架有限单元法力学计算输入文件制作装置，其特征在于，包括：

定义模块，用于定义核电厂管道支架特征参数和所述特征参数的格式，其中，所述特征参数包括支架编号和子支架编号、支架抗震等级、型钢材料、型钢截面和型号、梁两端的端点坐标、支架所在厂房、梁端是否是锚固点、锚固点的锚固板或预埋件型号、梁端是否是约束点、对应约束点处支架或子支架的约束方向或功能；

前处理输入数据文件生成模块，用于在支架模型设计阶段根据支架题目设计支架模型时，基于所述特征参数和所述格式生成支架特征参数数据文件；以及根据所述支架对应的管道模型和管道工况制作管道反力数据文件；其中，所述支架特征参数数据文件为支架有限单元法力学计算前处理模型的输入数据，所述管道反力数据文件为支架有限单元法力学计算前处理的载荷数据；

可变内容和固定内容制备模块，用于基于所述支架特征参数数据文件和所述管道反力数据文件，制备所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容；以及通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；

输入文件生成模块，用于通过所述支架有限单元法力学计算程序对所述可变内容和所述固定内容进行处理，以生成完整的支架有限单元法力学计算输入文件。

7.如权利要求6所述的支架有限单元法力学计算输入文件制作装置，其特征在于，所述输入数据包括第一控制数据和模型描述数据；其中，所述第一控制数据对于整个计算题目起作用，所述模型描述数据用于说明支架梁两端的端点坐标、型钢材料、型钢截面和型号、锚固点、约束点、约束方向以及对应子支架特性；

所述载荷数据包括第二控制数据和载荷描述数据，其中，所述第二控制数据用于识别对应的支架、子支架，所述载荷描述数据用于说明约束点的载荷方向和载荷大小特性。

8.如权利要求6所述的支架有限单元法力学计算输入文件制作装置，其特征在于，所述可变内容和固定内容制备模块，包括：

节点转换子模块，用于读入所述支架特征参数数据文件中的数据，根据数据信息计算出输入点，并将所述输入点转换成支架有限单元法力学计算需要的节点，用于实现梁单元和截面方向的建立、刚性单元的建立，以及刚性单元的偏移；其中，所述输入点包括：梁两端的端点坐标、不同梁的连接点坐标、梁连接处刚性单元的偏移方向和大小，以及梁端点和连接点之间的关联关系；

节点约束转换子模块，用于将读入数据中锚固点信息，转换为有限单元法力学计算中对应节点的约束；

力学参数数据转换子模块，用于将读入数据中梁材料信息转换为支架有限单元法力学计算中力学参数数据，包括弹性模量、剪切模量、屈服强度、抗拉强度；

计算子模块，用于根据读入数据中支架编号或子支架编号、约束点信息、支架或子支架约束方向或功能和对应支架的管道反力数据文件中的数据，计算出支架有限单元法计算中需要施加载荷的节点、施加载荷的方向和施加载荷的大小；

地震载荷选择和施加转换子模块，用于将读入数据中支架抗震等级、支架所在厂房和固定点坐标信息，转换为支架有限单元法力学计算中地震载荷的选择和施加；

统计子模块，用于统计并根据读入数据中子支架编号的个数、约束方向和抗震等级信息，组合支架有限单元法计算中应考虑的载荷工况和载荷个数；

锚固节点反力输出内容转换子模块，用于将读入数据中锚固板或预埋件型号、对应梁端点的信息，转换为支架有限单元法计算输入文件中对应锚固节点的反力输出内容；

边界条件确定子模块，用于将读入数据中梁端点坐标转换为支架有限单元法力学计算输入中单元的几何长度，用于确定支架有限单元法力学计算前处理模型中边界条件；

固定内容生成子模块，用于通过设计所述支架模型的软件平台，生成所述支架有限单元法力学计算程序的固定内容；

其中，上述除固定内容生成子模块之外的各子模块分别获得的数据内容构成所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。

9.如权利要求8所述的支架有限单元法力学计算输入文件制作装置，其特征在于，所述可变内容和固定内容制备模块还包括：

焊缝评定输入内容转换子模块，用于根据读入数据中型钢截面和型号，计算出不同型钢焊缝连接处的焊缝高度，以及根据数据中型钢材料计算出对应焊缝处的力学参数，并将所述焊缝处的力学参数转换为支架有限单元法力学计算中焊缝的评定输入内容；

所述焊缝评定输入内容转换子模块获得的数据内容属于所述支架有限单元法力学计算程序的可变内容。

10.如权利要求6所述的支架有限单元法力学计算输入文件制作装置，其特征在于，所述固定内容包括单位数据、截面数据、载荷条件、反应谱或地震加速度数据、边界条件、材料参数、评定规范、焊缝数据、输出内容和输出要求；

其中，所述输出内容包括刚度输出、支架节点位移输出、节点或单元反力输出、焊缝评定结果输出四者至少其一；所述输出要求采用按单元起始点输出、按单元输出、按节点输出、按载荷工况输出或按各工况最大/最小要求输出。