CN111428412B - 一种消能孔板结构优化方法、存储介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种消能孔板结构优化方法、存储介质及电子设备，所述消能孔板用于对管道内的矿浆输送进行消能，所述方法包括以下步骤：获得所述消能孔板的结构参数并生成孔板模型；利用有限元模型对所述孔板模型进行强度计算并获得一计算结果，判断所述计算结果是否满足强度要求；若满足，则利用多目标优化方法且根据一优化评定标准计算出所述结构参数的优化值。

Description

一种消能孔板结构优化方法、存储介质及电子设备

技术领域

本发明总体来说涉及计算机仿真技术领域，具体而言，涉及一种消能孔板结构优化方法。

背景技术

消能孔板是浆体管道输送工程中孔板消能系统中的重要部件，主要用于对管道内的矿浆进行消能，分散能量。

现有技术的建模方法无法对结构进行优化设计，只能根据经验并基于假定的数学模型计算出消能孔板的关键参数，往往耗时较长、灵活性较差，且优化参数不准确。

因此，如何节省消能孔板的结构优化的时间及费用，提高消能孔板结构参数优化的准确性是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种消能孔板结构优化方法，能够节省优化时间，提高优化参数的准确性。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种消能孔板结构优化方法，所述消能孔板用于对管道内的矿浆输送进行消能，所述方法包括以下步骤：

获得所述消能孔板的结构参数并生成孔板模型；

利用有限元模型对所述孔板模型进行强度计算并获得一计算结果，判断所述计算结果是否满足强度要求；以及

若满足，则利用多目标优化方法且根据一优化评定标准计算出所述结构参数的优化值。

在本公开的一示例性实施例中，所述方法还包括：

若所述计算结果不满足强度要求，则修改所述结构参数并重新进行强度计算直至所述计算结果满足强度要求。

在本公开的一示例性实施例中，所述消能孔板包括孔板主体和耐磨件，所述结构参数包括：

孔板主体外径、孔口半径、孔口半径与孔板主体外径的比值、孔板厚度、耐磨件外径、消能孔板厚度。

在本公开的一示例性实施例中，所述利用有限元模型对所述孔板模型进行强度计算并获得一计算结果，判断所述计算结果是否满足强度要求，包括：

获得消能孔板使用时的浆体压力值；

获得消能孔板的材质并根据所述材质获得一许用值；

利用有限元模型对所述孔板模型进行强度计算并获得一弯曲应力值；以及

判断所述弯曲应力值与所述许用值的大小关系。

在本公开的一示例性实施例中，若所述弯曲应力值小于所述许用值，则所述孔板模型满足强度要求。

在本公开的一示例性实施例中，若所述弯曲应力值大于等于所述许用值，则修改所述结构参数和/或所述浆体压力值和/或所述消能孔板的材质，直至所述弯曲应力值小于所述许用值。

在本公开的一示例性实施例中，所述利用多目标优化方法且根据一优化评定标准计算出所述结构参数的优化值，包括：

获得所述结构参数中的一个自变量的取值范围；

获得所述优化评定标准；以及

根据所述优化评定标准计算出所述自变量的优化值。

在本公开的一示例性实施例中，所述自变量为孔板厚度；所述优化评定标准包括：

所述计算结果满足强度要求，且所述孔板厚度在所述取值范围内最小。

根据本公开的一个方面，提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法。

本剧本公开的一个方面，提供一种电子设备，包括：

处理器；以及

存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任一项所述的方法。

上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

在本公开的一些实施例所提供的技术方案中，基于目标驱动的消能孔板有限元参数化建模方法，通过参数输入生成三维模型，极大地缩短建模时间，避免在消能孔板有限元分析之前大量的重复性建模工作。同时，通过制定优化评定标准，利用多目标优化方法获得优化值，具有节省优化时间和提高优化参数准确性的优点。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是根据一示例性实施方式示出的一种消能孔板结构优化方法流程图。

图2是根据一示例性实施方式示出的步骤S120的方法流程图。

图3是根据一示例性实施方式示出的步骤S130的方法流程图。

图4示出了根据本公开的示例性实施方式的存储介质的示意图；以及

图5示意性示出了根据本公开的示例性实施方式的电子设备的方框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”、“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“顶”、“底”等也作具有类似含义。用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

下面结合附图，对本公开的一些实施例作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互结合。

本公开实施方式提供了一种消能孔板结构优化方法，消能孔板用于对管道内的矿浆进行消能。

如图1所示，图1是根据一示例性实施方式示出的一种消能孔板结构优化方法流程图。

如图1所示，本公开实施例提供的消能孔板结构优化方法包括以下步骤：

获得消能孔板的结构参数并生成孔板模型；利用有限元模型对孔板模型进行强度计算并获得一计算结果，判断计算结果是否满足强度要求；若满足，则利用多目标优化方法且根据一优化评定标准计算出结构参数的优化值。

在步骤S110中，获得消能孔板的结构参数并生成孔板模型。

在一些实施例中，设计者可以根据设计图纸的具体尺寸输入消能孔板的结构参数，也可以根据实际使用工况所需输入消能孔板的结构参数。消能孔板包括孔板主体和耐磨件，结构参数可以包括孔板主体外径、孔口半径、孔口半径与孔板主体外径的比值、孔板厚度、耐磨件外径、消能孔板厚度。应当理解的是，本领域的技术人员知晓消能孔板的上述各结构参数的在孔板主体和耐磨件上的具体位置，故本申请不再详细说明。

在一些实施例中，可以利用现有技术的三维建模软件生成孔板模型，例如CAD或本领域其他合适的三维建模软件，本申请不再一一列举。

在步骤S120中，利用有限元模型对孔板模型进行强度计算并获得一计算结果，判断计算结果是否满足强度要求。

在一些实施例中，有限元模型包括模型建立、网格划分、边界条件设置以及计算四个模块，利用上述的有限元模型对生成的孔板模型进行强度计算并获得一计算结果。在本实施例中，获得的计算结果包括弯曲应力值(MPa)，利用该弯曲应力值判断生成的孔板模型是否满足强度要求。

在其他实施例中，获得的计算结果也可以为孔口变形值或其他参数，本公开并不限定于此，本领域普通技术人员可以根据结构优化的需求调整计算结果。

在步骤S130中，若满足，则利用多目标优化方法且根据一优化评定标准计算出结构参数的优化值。

在一些实施方式中，可先从结构参数中选定一待优化的参数，例如孔板厚度、孔板主体外径、耐磨件外径等，再制定该优化评定标准，该优化评定标准可以是一个指标或多个指标，例如孔板厚度最小值、弯曲应力值、浆体压力中的一个或多个；最后利用多目标优化方法计算出上述选定的待优化的参数的一优化值。

在示例性实施例中，所述方法还包括：若计算结果不满足强度要求，则修改结构参数并重新进行强度计算直至计算结果满足强度要求。

在一些实施例中，如果计算结果不满足强度要求，例如计算出的弯曲应力值大于材料自身的许用值，则修改消能孔板的结构参数，例如调整孔板厚度等，并重新进行强度计算直至计算结果满足强度要求，当满足强度要求后再进行步骤S130。

当然，在其他实施例中，如果计算结果不满足强度要求，如弯曲应力值大于等于材料自身的许用值，还可以通过调整孔板材质的方式，例如选择强度更高的材质，从而使计算结果满足强度要求。

在示例实施例中，所述利用有限元模型对孔板模型进行强度计算并获得一计算结果，判断计算结果是否满足强度要求，包括：

获得消能孔板使用时的浆体压力；获得消能孔板的材质并根据材质生成一许用值；利用有限元模型对孔板模型进行强度计算并获得一弯曲应力值；判断弯曲应力值与许用值的大小关系。

图2是根据一示例性实施方式示出的步骤S120的方法流程图。

在步骤S210中，获得消能孔板使用时的浆体压力。

在一些实施例中，将消能孔板实际工况中的浆体压力参数化，获得浆体压力等级，设计者将浆体压力等级输入三维建模软件中。

在步骤S220中，获得消能孔板的材质并根据材质生成一许用值。

在一些实施例中，将消能孔板的材质参数化，建立材料数据库，并将其输入三维建模软件中，不同的消能孔板材质对应的弯曲应力的许用值不同，例如抗弯能力越强的材质，其对应的许用值越高。

在步骤S230中，利用有限元模型对孔板模型进行强度计算并获得一弯曲应力值。

在一些实施例中，有限元模型包括模型建立、网格划分、边界条件设置以及计算四个模块，利用该有限元模型并根据上述的浆体压力等级(边界条件)获得孔板模型的弯曲应力值。

在步骤S240中，判断弯曲应力值与许用值的大小关系。

在一些实施例中，可以通过后台分析模块将获得的弯曲应力值和许用值进行比较分析，并提示设计者“合格”或“不合格”。

在示例实施例中，所述方法还包括：若弯曲应力值小于许用值，则孔板模型满足强度要求。

在一些实施例中，如果弯曲应力值小于许用值，即孔板模型满足强度要求时，则进行步骤S130的优化步骤。

在示例实施例中，所述方法还包括：若弯曲应力值大于等于许用值，则修改结构参数和/或浆体压力和/或消能孔板的材质，直至弯曲应力值小于许用值。

在一些实施例中，如果弯曲应力值大于等于许用值，则说明孔板模型不满足强度要求，那么可以通过调整结构参数，例如增大孔板厚度；还可以调整浆体压力，例如降低浆体压力；还可以是替换消能孔板的材质，例如选择抗弯能力更好的材质。在调整上述结构参数、浆体压力和消能孔板材质的一种或多种后，重新进行强度计算直至满足强度要求，之后再进行步骤S130的优化步骤。

在示例实施例中，所述利用多目标优化方法且根据一优化评定标准计算出结构参数的优化值，包括：

获得结构参数中的一个自变量的取值范围；获得优化评定标准；根据优化评定标准计算出自变量的优化值。

图3是根据一示例性实施方式示出的步骤S130的方法流程图。

在步骤S310中，获得结构参数中的一个自变量的取值范围。

在一些实施例中，限定上述多个结构参数中的一个参数为自变量，例如自变量为孔板厚度，由于在满足强度要求的前提下，孔板厚度越小则成本越低，故本公开实施例中选择孔板厚度最小为最终的优化值。根据设计者的经验，可将孔板厚度的一个取值范围，例如0.022m～0.068m输入三维建模软件中。

当然，在其他实施例中，本领域技术人员可以根据优化需要，将自变量定义为其他结构参数中一个，此处不再一一说明。

在步骤S320中，获得优化评定标准。

在一些实施方式中，优化评定标准可以包括计算结果满足强度要求、孔板厚度在取值范围内最小，即本公开实施例将孔板厚度最小化定义为优化目标，最终结果是计算出孔板厚度最小值。

在步骤S330中，根据优化评定标准计算出自变量的优化值。

在一些实施方式中，通过调整孔板厚度这一单一变量，则能够对应获得弯曲应力值的曲线。例如，孔板厚度在取值范围0.022m～0.068m内取值，当孔板厚度为0.022m时，对应计算出弯曲应力值X1；当孔板厚度为0.032m时，对应计算出弯曲应力值X2；当孔板厚度为0.042m时，对应计算出弯曲应力值X3，以此类推，对应计算出弯曲应力值X4、X5、X6……等等，获得小于许用值的那些弯曲应力值，并对应获得多个孔板厚度，最终在多个孔板厚度中计算出一最小孔板厚度，该最小孔板厚度即为优化值。

在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。

参考图4所示，描述了根据本公开的实施方式的用于实现上述方法的程序产品1000，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本公开的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

在本公开的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。

所属技术领域的技术人员能够理解，本公开的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

下面参照图5来描述根据本公开的这种实施方式的电子设备1100。图5显示的电子设备1100仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图5所示，电子设备1100以通用计算设备的形式表现。电子设备1100的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元1110、上述至少一个存储单元1120、连接不同系统组件(包括存储单元1120和处理单元1110)的总线1130、显示单元1140。

其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元1110执行，使得所述处理单元1110执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。例如，所述处理单元1110可以执行如图1中所示的步骤S110：获得消能孔板的结构参数并生成孔板模型；步骤S120：利用有限元模型对孔板模型进行强度计算并获得一计算结果，判断计算结果是否满足强度要求；步骤S130：若满足，则利用多目标优化方法且根据一优化评定标准计算出结构参数的优化值。

存储单元1120可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)11201和/或高速缓存存储单元11202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)11203。

存储单元1120还可以包括具有一组(至少一个)程序模块11205的程序/实用工具11204，这样的程序模块11205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线1130可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备1100也可以与一个或多个外部设备1200(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备1100交互的设备通信，和/或与使得该电子设备1100能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口1150进行。并且，电子设备1100还可以通过网络适配器1160与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器1160通过总线1130与电子设备1100的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备1100使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。

此外，上述附图仅是根据本公开示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (6)

1.一种消能孔板结构优化方法，所述消能孔板用于对管道内的矿浆输送进行消能，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获得所述消能孔板的结构参数并生成孔板模型；

获得消能孔板使用时的浆体压力值；

获得消能孔板的材质并根据所述材质获得一许用值；

利用有限元模型对所述孔板模型进行强度计算并获得一弯曲应力值；

判断所述弯曲应力值与所述许用值的大小关系；

若所述弯曲应力值小于所述许用值，则利用多目标优化方法且根据一优化评定标准计算出所述结构参数的优化值；

若所述弯曲应力值大于等于所述许用值，则修改所述结构参数和/或所述浆体压力值和/或所述消能孔板的材质，并重新进行强度计算直至所述弯曲应力值小于所述许用值。

2.根据权利要求1所述的消能孔板结构优化方法，其特征在于，所述消能孔板包括孔板主体和耐磨件，所述结构参数包括：

孔板主体外径、孔口半径、孔口半径与孔板主体外径的比值、孔板厚度、耐磨件外径、消能孔板厚度。

3.根据权利要求1所述的消能孔板结构优化方法，其特征在于，所述利用多目标优化方法且根据一优化评定标准计算出所述结构参数的优化值，包括：

获得所述结构参数中的一个自变量的取值范围；

获得所述优化评定标准；以及

根据所述优化评定标准计算出所述自变量的优化值。

4.根据权利要求3所述的消能孔板结构优化方法，其特征在于，所述自变量为孔板厚度；所述优化评定标准包括：

所述计算结果满足强度要求，且所述孔板厚度在所述取值范围内最小。

5.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的方法。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1至4任一项所述的方法。