CN112154441A - 用于管道支撑设计的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了管道应力分析系统（200）。管道应力分析系统（200）获得与一个或多个管道（702）相关联的管道数据，使用数学模型基于管道数据生成管道应力，基于管道应力获得数学系数，并使用数学系数生成一组更新的管道应力。该组更新的管道应力用于以时间和成本有效的方式设计管道（702）的支撑结构（701）。

Description

用于管道支撑设计的系统和方法

本发明涉及基于诱导应力的估计来设计用于管道的支撑结构。

通常在发电厂中用于管道布置的支撑结构包括动态夹具。图1图示目前技术水平的支撑结构100的透视图，该支撑结构100支撑管101。如图1中示出的，目前技术水平的支撑结构100包括标准动态夹具102，该标准动态夹具102通过一对支持构件103和104（称为支柱）被保持在管道101周围的位置中。已知这种支撑结构100在管道-耳轴接口105处诱导少量的应力。然而，这种支撑结构100的设计和制造是昂贵，费时且劳动密集的。可替代地，用于支撑结构的焊接附接几何结构对于本领域技术人员也是已知的。然而，这样的焊接几何结构会在管道附接界面中诱导大量应力，在设计支撑结构的时候，要求准确估计并考虑所述大量应力。

本领域技术人员已知的用于估计用于管道的支撑结构中的诱导应力的常规方法和系统包括严格的有限元分析方法。有限元分析方法虽然准确，但仍要求根据具体情况来执行，由此导致昂贵且费时的估计诱导应力和设计支撑结构的过程。可替代地，使用诸如WRC-297（焊接研究理事会公告-297号）之类的方法来估计机械部件中的诱导应力。然而，这样的方法不能在较高的诱导应力水平下提供估计的准确性，由此导致不准确的估计，从而导致支撑结构的错误设计。

因此，本发明的一个目的是提供一种管道应力分析系统和方法，该系统和方法准确地估计设计可靠的管道支撑结构所要求的诱导应力，而不增加消耗的成本和时间。

本发明中公开的管道应力分析系统和方法通过以下来实现上述目的：基于使用常规统计模型估计的管道应力获得数学系数并基于数学系数更新这些管道应力，更新的管道应力被用于设计一个或多个管道的支撑结构。

根据本发明，提供了一种管道应力分析系统。在本发明的一个方面中，管道应力分析系统被安装在用户设备上并且可由用户设备访问，该用户设备例如是个人计算设备、工作站、客户端设备、启用网络的计算设备、任何其他合适的计算装备、以及多台计算机装备的组合。在本发明的另一方面中，管道应力分析系统可在用户设备上下载和使用，并且被配置为基于网络的平台，例如，托管在服务器或服务器网络上的网站，和/或在云计算环境中实现。在本发明的又一方面中，管道应力分析系统包括非暂时性计算机可读存储介质和通信耦合到非暂时性计算机可读存储介质的至少一个处理器。如本文中使用的，“非暂时性计算机可读存储介质”指代除暂时性传播信号以外的所有计算机可读介质，例如，非易失性介质、易失性介质和传输介质。非暂时性计算机可读存储介质被配置为存储由管道应力分析系统的模块定义的计算机程序指令，所述管道应力分析系统包括例如数据接收模块、第一数学模型、第二数学模型和应力优化统计模型。处理器被配置为执行定义的计算机程序指令。

数据接收模块获得与一个或多个管道相关联的管道数据。根据本发明的优选实施例，管道数据与发电厂的一个或多个管道相关联。在本发明的一个方面中，“管道数据”指代与要由支撑结构支撑的管道相关联的物理数据。在本发明的这个方面中，物理数据包括每个管道的外径、壁厚、长度和材料。在本发明的另一方面中，“管道数据”指代与支撑结构相关联的物理数据。在本发明的这个方面中，物理数据包括支撑结构的外径、壁厚、长度和材料。在本发明的这个方面中，支撑结构被配置为耳轴管。在本发明的又另一方面中，“管道数据”指代影响支撑结构和管道的外部因素。在本发明的这个方面中，外部因素包括施加在支撑结构上的机械负荷、施加在管道上的机械负荷、管道的内部压力以及管道的内部温度。根据本发明的实施例，数据接收模块从一个或多个外部源获得管道数据，所述外部源包括存储管道和仪表图、管道材料数据库、管道数据表、管道标准、管道代码等的仓库。根据本发明的实施例，管道应力分析系统包括用于存储所获得的管道数据的管道数据库。

第一数学模型基于管道数据生成第一组管道应力。第一数学模型是基于物理的数值模型，例如，有限元分析模型。第一数学模型处理包括例如管道几何结构、管道材料、载荷等的多个组合的管道数据。第一数学模型生成第一组管道应力，其包括被设计用于支撑被处理组合中的每个的支撑结构所经历的膜应力和/或弯曲应力。膜应力是管道所经历的总应力的应力分量，所述管道即通常具有球形、圆柱形、圆锥形、椭圆形或这样的形状的复合物的形式的压力容器。当这样的容器的厚度与压力容器的其他尺寸相比较小时，该容器被称为膜，并且由包含在容器内的压力引起的相关联的应力被称为膜应力。这些膜应力是平均拉应力或压应力，并假定跨容器壁是均匀的，与表面相切进行作用。假定膜或壁不提供抗弯曲性。当壁提供抗弯曲性时，除了膜应力之外还会发生弯曲应力。

第二数学模型基于管道数据生成第二组管道应力。第二数学模型是经验模型，例如WRC 297（焊接研究理事会公告297号），其是用于应力计算——尤其是在支撑结构和支撑结构所支撑的管道的交界处周围的应力计算的参数化过程。根据本发明的优选实施例，第二数学模型处理的管道数据与第一数学模型已经处理的管道数据相同。即，管道数据包括例如管道几何结构、管道材料、载荷等的多个组合。第二数学模型生成第二组管道应力，该第二组管道应力包括被设计用于支撑被处理的组合中的每个的支撑结构所经历的膜应力和/或弯曲应力。

应力优化统计模型包括系数生成模块和应力计算模块。应力优化统计模型是回归模型。系数生成模块基于第一组管道应力和第二组管道应力获得数学系数。所述数学系数包括至少一个数学常数。系数生成模块包括关系绘制模块和关系标识模块。关系绘制模块生成第一组管道应力和第二组管道应力的至少一个关系图。如本文所使用的，“关系图”指代各自表示膜应力和/或弯曲应力的多个数据点。在本发明的一个方面中，关系图包括第一数学模型和第二数学模型中的每一个生成的膜应力的图。在本发明的另一方面中，关系图包括第一数学模型和第二数学模型中的每一个生成的膜应力和弯曲一组应力合的图。关系标识模块在每个关系图中标识与第一组管道应力和第二组管道应力相关联的数据模式。关系标识模块通过如下来标识数据模式：确定每个关系图上的至少一个数据点，使得通过该数据点绘制的线容纳在该线下方的关系图上的其他数据点中的大多数。从数据模式（即线）的斜率和“Y”截距获得数学系数。根据本发明的优选实施例，管道应力分析系统包括系数数据库，该系数数据库将数学系数与第一组管道应力和第二组管道应力一起存储。

应力计算模块使用数学系数生成一组更新的管道应力。一组更新的管道应力用于设计一个或多个管道的支撑结构。有利地，应力计算模块使用数学系数更新由第二数学模型生成的第二组管道应力。管道应力分析系统使用数学系数来优化应力，减以便少由于提供给数学模型的输入中的差异而引起的支撑结构的设计中的异常，并确保支撑结构设计的可靠性和安全性。

本文中还公开的是一种用于通过使用以上描述的管道应力分析系统来确定管道的管道应力的方法。根据本文中公开的方法，数据接收模块获得与管道相关联的设计数据。如本文中使用的，“设计数据”指代与单个管道相关联的管道数据，即，代替多个管道几何结构、管道材料和管道载荷参数，设计数据包括与正设计的支撑结构所支撑的单个管道的几何结构、材料和载荷相关联的数据。设计数据还包括与打算使用的支撑结构相关联的数据。第二数学模型基于设计数据生成包括膜应力和/或弯曲应力的初始管道应力。系数生成模块基于初始管道应力从系数数据库中获得数学系数。应力计算模块使用初始管道应力和数学系数生成更新的管道应力。然后基于更新的管道应力为管道设计支撑结构。根据本发明的优选实施例，该方法包括基于根据标准（例如ASME/EP管道代码等）定义的预定义应力范围来验证更新的管道应力。根据该实施例，当更新的管道应力关于预定义应力范围无效时，该方法包括修改设计数据，例如通过修改支撑结构的几何结构，并重复以下步骤：生成初始管道应力，获得数学系数，生成更新的管道应力以及验证更新的管道应力，直到更新的管道应力关于预定义应力范围有效为止。

本文中还公开的是一种用于分析一个或多个管道的管道应力的方法。根据本文中公开的方法，获得与一个或多个管道相关联的管道数据，由第一数学模型生成基于管道数据的至少第一组管道应力，由第二数学模型生成基于管道数据的至少第二组管道应力，通过生成至少一个关系图并标识至少一个关系图中的数据模式而获得基于第一组管道应力和第二组管道应力的数学系数，并使用数学系数生成一组更新的管道应力。根据本文中公开的方法，一组更新的管道应力用于设计一个或多个管道的支撑结构。

本文中还公开的是一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储计算机程序代码的非暂时性计算机可读存储介质，该计算机程序代码包括指令。该指令可由至少一个处理器执行以用于执行以上公开用于分析一个或多个管道的管道应力的方法步骤，以及以上公开用于通过采用管道应力分析系统来设计一个或多个管道的支撑结构的方法步骤。

现在将参考本发明的附图解决本发明的以上提及的和其他特征。说明的实施例旨在说明而非限制本发明。

在下文中，参考附图中示出的说明的实施例进一步描述本发明，在附图中：

图1图示目前技术水平的支撑管道的支撑结构的透视图。

图2图示用于分析一个或多个管道的管道应力的管道应力分析系统。

图3是图示图2中图示的管道应力分析系统所采用的计算机系统的架构的框图。

图4是图示用于采用在图2中图示的管道应力分析系统分析一个或多个管道的管道应力的方法的过程流程图。

图5是图示用于通过使用在图2中图示的管道应力分析系统来设计一个或多个管道的支撑结构的方法的过程流程图。

6A-6B图示由管道应力分析系统生成的一组或多组管道应力之间的关系图。

图7图示支撑结构的实施例的透视图，通过采用图2中图示的管道应力分析系统和图5中图示的过程流程图确定了所述支撑结构的应力。

参照附图描述了各种实施例，其中相似的参考标号始终用于指代相似的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对一个或多个实施例的透彻理解。可以显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这样的实施例。

图2图示用于分析一个或多个管道的管道应力的管道应力分析系统200。管道应力分析系统200包括数据接收模块201、第一数学模型202、第二数学模型203和应力优化统计模型204。应力优化统计模型204包括系数生成模块205和应力计算模块206。系数生成模块205包括关系绘制模块205A和关系标识模块205B。管道应力分析系统200还包括数据库，例如，系数数据库207和管道数据库208。数据库207和/或208可以驻留在如图2中示出的管道应力分析系统200的内部或外部。管道应力分析系统200经由通信网络209与数据库207和/或208通信。通信网络209包括例如有线网络、无线网络或基于云的网络。通信网络209也可以代表物联网（IoT）共享的网络。

图3是图示由图2中图示的管道应力分析系统200采用的计算机系统300的架构的框图。管道应力分析系统200采用图3中图示的计算机系统300的架构。计算机系统300可使用高级计算机编程语言进行编程。可以使用编程的和有目的硬件来实现计算机系统300。如图3中所图示的，计算机系统300包括处理器301、非暂时性计算机可读存储介质、诸如用于存储程序和数据的存储器单元302、输入/输出（I/O）控制器303、网络接口304、数据总线305、显示单元306、输入设备307、诸如硬盘驱动器之类的固定介质驱动器308、用于接收可移动介质的可移动介质驱动器309、输出设备310等。处理器301指代能够执行计算机程序或一系列命令、指令或状态转换的微处理器、中央处理单元（CPU）设备、有限状态机、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）等中的任一个或其任何组合。处理器301还可以被实现为包括例如通用微处理器和数学或图形协处理器的处理器集。例如，从Intel®处理器、Advanced Micro Devices（AMD®）处理器、国际商业机器（IBM®）处理器等中选择处理器301。本文中公开的管道应力分析系统200不限于采用处理器301的计算机系统300。计算机系统300还可以采用控制器或微处理器。处理器301执行管道应力分析系统200的模块，例如201、202、203、204、205、205A、205B、206等。

存储器单元302用于存储程序、应用和数据。例如，管道应力分析系统200的数据接收模块201、第一数学模型202、第二数学模型203、应力优化统计模型204、系数生成模块205、关系绘制模块205A、关系标识模块205B、应力计算模块206等存储在计算机系统300的存储器单元302中。存储器单元302例如是随机存取存储器（RAM）或另一类型的动态存储设备，其存储用于由处理器301执行的信息和指令。存储器单元302还存储在处理器301执行指令期间使用的临时变量和其他中间信息。计算机系统300还包括只读存储器（ROM）或另一种类型的静态存储设备，其存储用于处理器301的静态信息和指令。I/O控制器303控制由管道应力分析系统200执行的输入动作和输出动作。

网络接口304使能实现计算机系统300到通信网络209的连接。例如，管道应力分析系统200经由网络接口304连接到通信网络209。在实施例中，提供网络接口304作为接口卡，也称为线路卡。网络接口304包括例如使用串行协议的接口，使用并行协议的接口以及以太网通信接口，基于无线通信技术诸如卫星技术、射频（RF）技术、近场通信等的接口。数据总线305准许管道应力分析系统200的模块，例如201、202、203、204、205、205A、205B、206、207、208等之间的通信。

显示单元306经由图形用户界面（GUI）（未图示）显示诸如关系图等的信息，以允许用户提供他/她的输入。显示单元306包括例如液晶显示器、等离子显示器、基于有机发光二极管（OLED）的显示器等。输入设备307用于将数据输入到计算机系统300中。输入设备307例如是诸如字母数字键盘之类的键盘、触敏显示设备和/或能够感测触觉输入的任何设备。

使用计算机应用和程序来操作计算机系统300。程序经由可移动介质驱动器309被加载到计算机系统300的固定介质驱动器308和存储器单元302中。在实施例中，计算机应用和程序可以直接经由通信网络209来加载。通过使用输入设备307之一双击显示在显示单元306上的相关图标来执行计算机应用和程序。输出设备310输出由管道应力分析系统200执行的操作结果。

处理器301执行操作系统，例如，在Linux®操作系统、Unix®操作系统、任何版本Microsoft® Windows®操作系统、苹果公司的Mac OS、IBM® OS/2等。计算机系统300采用操作系统来执行多个任务。操作系统负责计算机系统300的活动的管理和协调以及资源的共享。操作系统还管理计算机系统300，连接到计算机系统300的外围设备以及网络连接的安全性。计算机系统300上采用的操作系统例如识别用户使用输入设备307之一提供的输入、输出显示、文件和目录，其本地存储在固定介质驱动器308上。计算机系统300上的操作系统使用处理器301执行不同的程序。处理器301和操作系统一起定义一计算机平台，以高级编程语言编写所述计算机平台的应用程序。

管道应力分析系统200所采用的计算机系统300的处理器301检索由管道应力分析系统200的模块定义的用于执行以上公开的各个功能的指令，所述模块例如是201、202、203、204、205、205A、205B、206等。处理器301从存储器单元302检索用于执行管道应力分析系统200的模块的指令，所述模块例如是201、202、203、204、205、205A、205B、206等。程序计数器确定指令在存储器单元302中的位置。程序计数器存储标识在管道应力分析系统200的每个模块的程序中的当前定位的数字，所述模块例如是201、202、203、204、205、205A、205B、206等。由处理器301从存储器单元302获取的指令在被处理之后被解码。指令被存储在处理器301中的指令寄存器中。在进行处理和解码之后，处理器301执行指令，由此执行由那些指令定义的一个或多个过程。

在执行时，检查存储在指令寄存器中的指令以确定要执行的操作。然后，处理器301执行指定的操作。操作包括算术操作和逻辑操作。操作系统执行多个例程，以用于执行分配输入设备307、输出设备310和存储器以用于执行管道应力分析系统200的模块所要求的多个任务，所述模块例如是201、202、203、204、205、205A、205B、206等。操作系统执行的任务包括例如，向管道应力分析系统200的模块，例如201、202、203、204、205、205A、205B、206等以及向管道应力分析系统200使用的数据分配存储器，在存储器单元302和磁盘单元之间移动数据，并处理输入/输出操作。操作系统通过操作执行请求的任务，并且在执行任务之后，操作系统将执行控制转移回到处理器301。处理器301继续执行以获得一个或多个输出。管道应力分析系统200的模块，例如201、202、203、204、205、205A、205B、206等的执行的输出在GUI上显示给用户。

为了说明的目的，详细描述指的是在计算机系统300上本地运行的管道应力分析系统200；然而，本发明的范围不限于经由操作系统和处理器301在计算机系统300上本地运行的管道应力分析系统200，而是可以扩展为通过采用网络浏览器和远程服务器或其他电子设备在通信网络209之上远程运行。计算机系统300的一个或多个部分可以跨耦合到通信网络209的一个或多个计算机系统（未示出）分布。

本文中公开的还是一种计算机程序产品，包括非暂时性计算机可读存储介质，其存储计算机程序代码，所述计算机程序代码包括指令，所述指令可由至少一个处理器301执行以用于使用管道应力分析系统200执行如在图4和图5的详细描述中公开的方法步骤。在实施例中，包括计算机可执行指令的单件计算机程序代码执行根据本发明的方法的一个或多个步骤。包含计算机可执行指令的计算机程序代码具体化在非暂时性计算机可读存储介质上。计算机系统300的处理器301检索这些计算机可执行指令并执行它们。当计算机可执行指令由处理器301执行时，计算机可执行指令使处理器301执行用于采用管道应力分析系统200来分析一个或多个管道的管道应力的方法和用于通过使用管道应力分析系统200设计一个或多个管道的支撑结构的方法的步骤。

图4是用于采用图2中图示的管道应力分析系统200来分析一个或多个管道的管道应力的方法400的过程流程图。在步骤401处，管道应力分析系统200的数据接收模块201获得与管道相关联的管道数据。数据接收模块201获得用于多个管道和支撑结构（例如，支撑这些管道的耳轴管）的管道数据。管道数据包括，例如，大约五十种情况，每种情况具有不同的管道几何结构、管道材料和管道载荷。在步骤402处，管道应力分析系统200的作为有限元分析（FEA）模型的第一数学模型202基于管道数据生成至少第一组管道应力，包括膜应力和弯曲应力。对于已获得管道数据的所有情况，FEA模型都会生成膜应力和弯曲应力。FEA模型生成各种应力图和变形图，以获得膜应力和弯曲应力。在步骤403处，管道应力分析系统200的作为WRC 297模型的第二数学模型203基于包括FEA模型分析的五十种情况的管道数据生成至少第二组管道应力，包括膜应力和弯曲应力。

在步骤404处，管道应力分析系统200的应力优化统计模型204，基于第一组管道应力和第二组管道应力生成一组优化的应力，使得该组优化的应力可用于以可靠又时间和成本有效的方式设计一个或多个管道的支撑结构。为了生成一组优化的应力，在步骤404A处，应力优化统计模型204的系数效率生成模块205基于第一组管道应力和第二组管道应力获得数学系数。为了获得数学系数，在步骤404B处，系数生成模块205的关系绘制模块205A绘制第一组管道应力和第二组管道应力的两个关系图。第一关系图用于膜应力，并且第二关系图用于膜应力和弯曲应力的组合。此外，为了获得数学系数，在步骤404C处，系数生成模块205的关系标识模块205B在关系图中的每个中标识与第一组管道应力和第二组管道应力相关联的数据模式。该数据模式是一条线，并且基于该线的斜率，系数生成模块205为关系图（即，膜应力的关系图以及膜应力与弯曲应力的关系图）中的每个生成数学系数。在步骤404D处，系数生成模块205将数学系数与第一组管道应力和第二组管道应力一起存储在系数数据库207中。此外，为了生成一组优化的应力，在步骤404E处，应力优化统计模型204的应力计算模块206使用数学系数生成一组更新的管道应力。这些该组更新的管道应力是一组优化的应力，即在将支撑管道的支撑结构中的诱导应力。这些该组更新的应力将用于设计支撑结构。

图5是图示用于通过使用图2中图示的管道应力分析系统200来确定管道的管道应力的方法500的过程流程图。在步骤501处，管道应力分析系统的数据接收模块201获得与管道相关联的设计数据。设计数据包括与管道相关联的管道数据，即，代替多个管道几何结构、管道材料和管道载荷，设计数据包括与要由支撑结构支撑的管道的几何结构、材料和载荷相关联的数据以及与打算使用的支撑结构相关联的数据。在步骤502处，管道应力分析系统200的第二数学模型203，即WRC 297模型，基于设计数据生成具有膜应力和弯曲应力的初始管道应力。

在步骤503处，管道应力分析系统200的系数生成模块205基于初始管道应力从系数数据库207获得数学系数。例如，如果WRC 297模型生成的膜应力在大约50 N/mm2和150N/mm2的范围内，则数学系数为0.633和26。类似地，如果WRC 297模型生成的膜应力和弯曲应力之和在大约160 N/mm2和480 N/mm2的范围内，则数学系数为0.205和130。在步骤504处，管道应力分析系统200的应力计算模块206使用初始管道应力和数学系数（例如，通过使用以下示出的等式）生成更新的管道应力：

其中Supdated是更新的管道应力值，C1和C2是数学系数，并且Spredicted是WRC 297模块生成的应力值。在步骤504处，管道应力分析系统200的应力计算模块206基于预定义应力范围来验证更新的管道应力，即，将更新的管道应力与预定义应力范围进行比较。如果更新的管道应力关于预定义应力范围无效，则在步骤505处，例如通过改变支撑结构的物理尺寸来修改与支撑结构相关联的设计数据，并且重复步骤502至504，直到发现更新的管道应力有效为止。在步骤506处，如果更新的管道应力有效，则管道应力分析系统200将更新的管道应力传输到设计用于管道的支撑结构（即，估计要被制造的支撑结构的物理尺寸）的系统（未示出）。

图6A-6B图示由图2中图示的管道应力分析系统200生成的一组或多组管道应力之间的关系图600A和600B。图6A图示关系图600A，该关系图600A具有表示由第一数学模型202（即，有限元分析（FEA）模型）和第二数学模型203（即WRC 297模型）针对每种管道数据情况所生成的膜应力的数据。类似地，图6B图示关系图600B，该关系图600B具有表示由第一数学模型202和第二数学模型203针对每种管道数据情况生成的膜应力和弯曲应力之和的数据。管道应力分析系统200标识如图6A和6B中的每个中示出的数据点601、602和603，使得关系图600A和600B中的每个上的其他数据点被容纳在通过这些数据点绘制的线内。管道应力分析系统200还使用以下给出的等式针对关系图600A和600B中的每个确定这些线的斜率，然后获得数学系数：

其中“x”和“y”是数据点601、602、603等的坐标，并且“m”和“C”是数学系数。

图7图示支撑结构701的实施例的透视图，通过采用图2中图示的管道应力分析系统和图5中图示的过程流程图确定所述支撑结构701的应力。支撑结构701是支撑管702的耳轴管。由于通过采用管道应力分析系统200准确估计了诱导应力而没有运行昂贵的有限元分析模型，支撑结构701以成本高效的方式被制造。

将容易显然的是，本文中公开的各种方法、算法和计算机程序可以在为计算设备适当编程的计算机可读介质上实现。如本文中使用的，“计算机可读介质”指代非暂时性计算机可读介质，其参与提供数据，例如可由计算机、处理器或类似设备读取的指令。非暂时性计算机可读介质包括除了暂时性传播信号之外的所有计算机可读介质，例如，非易失性介质、易失性介质和传输介质。

可以以多种方式使用各种介质（例如，计算机可读介质）来存储和传输实现本文中公开的方法和算法的计算机程序。在实施例中，可以代替软件指令或与软件指令结合而使用硬连线电路或定制硬件以用于实现各种实施例的过程。因此，实施例不限于硬件和软件的任何特定组合。通常，包括计算机可执行指令的计算机程序代码可以用任何编程语言来实现。可以将计算机程序代码或软件程序作为目标代码存储在一种或多种介质上或其中。当在浏览器程序的可视区域或窗口中查看时，本文中公开的方法和系统的各个方面可以在非编程环境中实现，所述非编程环境包括例如以超文本标记语言（HTML）、可扩展标记语言（XML）或呈现图形用户界面（GUI）103H的各方面或执行其他功能的其他格式创建的文档。本文中公开的方法和系统的各个方面可以被实现为编程的元素，或非编程的元素或其任何合适的组合。本文中公开的计算机程序产品包括用于实现各种实施例的过程的一个或多个计算机程序代码。

在描述诸如系数数据库207和管道系统数据库208之类的数据库的情况下，本领域普通技术人员将理解，（i）可以容易地采用所描述的那些结构的替代数据库结构，并且（ii）可以容易地采用除数据库之外的其他存储器结构。本文中公开的任何样本数据库的任何说明或描述都是用于存储的信息表示的说明性布置。除了附图或其他地方图示的表格所建议的布置之外，可以采用许多其他布置。类似地，数据库的任何图示的条目仅代表示例性信息；本领域普通技术人员将理解，条目的数量和内容可以与本文中公开的那些不同。此外，尽管将数据库描述为表格，但是包括关系数据库、基于对象的模型和/或分布式数据库的其他格式可以用于存储和操纵本文中公开的数据类型。同样，数据库的对象方法或行为可用于实现各种过程，诸如本文中公开的那些。另外，可以以已知方式从访问数据库中的数据的设备本地或远程地存储这样的数据库。在其中系统中存在多个数据库的实施例中，数据库可以被集成以相互通信，以便能够在存在对数据库之一中的数据的任何更新时，同时更新跨数据库链接的数据。

本发明可以被配置为在包括经由网络与一个或多个设备进行通信的一个或多个计算机的网络环境中工作。计算机可以与设备直接通信，或者经由有线介质或无线介质（诸如因特网、局域网（LAN）、广域网（WAN）或以太网）、令牌环或经由任何适当的通信介质或通信介质的组合间接地与设备通信。设备中的每个包括适于与计算机通信的处理器，以上公开了处理器的一些示例。在实施例中，计算机中的每个配备有网络通信设备，例如，网络接口卡、调制解调器或适合于连接到网络的其他网络连接设备。计算机和设备中的每个执行操作系统，以上公开了操作系统的一些示例。虽然操作系统可能会取决于计算机的类型而有所不同，但操作系统将继续提供适当的通信协议以建立与网络的通信链接。任何数量和类型的机器都可以与计算机通信。

本发明不限于特定的计算机系统平台、处理器、操作系统或网络。本发明的一个或多个方面可以分布在一个或多个计算机系统当中，例如，被配置为向一个或多个客户端计算机提供一个或多个服务，或在分布式系统中执行完整任务的服务器。例如，本发明的一个或多个方面可以在客户端-服务器系统上执行，该客户端-服务器系统包括分布在一个或多个服务器系统当中的组件，该组件根据各种实施例执行多个功能。这些组件包括例如可执行代码，中间代码或解释代码，它们使用通信协议通过网络进行通信。本发明不限于在任何特定系统或系统群组上上可执行，并且也不限于任何特定的分布架构、网络或通信协议。

仅出于解释的目的而提供了前述示例，并且绝不将其解释为对本文中公开的本发明的限制。虽然已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，这里已经使用的词语是描述性和说明的词语，而不是限制的词语。此外，尽管本文中已经参考特定的装置、材料和实施例描述了本发明，但是本发明并不旨在限于本文中公开的细节；本发明不限于所公开的实施例。相反，本发明扩展到所有功能上等效的结构、方法和用途，诸如在所附权利要求的范围之内。受益于本说明书的教导的本领域技术人员在不脱离本发明的在其各方面中的范围和精神的情况下可以影响对其的许多修改，并且可以做出改变。

参考标志：

100 支撑结构（目前技术水平）

101 管道（目前技术水平）

102 动态夹具（目前技术水平）

103 支持构件（目前技术水平）

105 管道-耳轴接口（目前技术水平）

200 管道应力分析系统

201 数据接收模块

202 第一个数学模型

203 第二数学模型

204 应力优化统计模型

205 系数生成模块

205A 关系绘制模块

205B 关系标识模块

206 应力计算模块

207 系数数据库

208 管道数据库

209 通信网络

300 计算机系统

301 处理器

302 存储器单元

303 I/O控制器

304 网络接口

305 数据总线

306 显示单元

307 输入设备

308 固定介质驱动器

309 可移动介质驱动器

310 输出设备

600A、600B 关系图

601、602、603 数据点

701 耳轴管/支撑结构

702 管道。

Claims (12)

1.一种管道应力分析系统（200），包括：

-数据接收模块（201），被配置为获得与一个或多个管道相关联的管道数据；

-第一数学模型（202），被配置为基于管道数据生成第一组管道应力；

-第二数学模型（203），被配置为基于管道数据生成第二组管道应力；特征在于：

-应力优化统计模型（204），包括：

-系数生成模块（205），被配置为基于第一组管道应力和第二组管道应力获得数学系数；和

-应力计算模块（206），被配置为使用数学系数生成一组更新的管道应力，其中，该组更新的管道应力用于设计一个或多个管道的支撑结构（701）。

2.根据权利要求1所述的管道应力分析系统（200），其中，所述管道数据包括与将由所述支撑结构（701）支撑的一个或多个管道（702）相关联的物理数据，其中，所述物理数据包括所述一个或多个管道（702）中的每一个的外径、壁厚、长度和材料。

3.根据权利要求1中的任一项所述的管道应力分析系统（200），其中，所述管道数据包括与所述支撑结构（701）相关联的物理数据，其中，所述物理数据包括所述支撑结构（701）的外径、壁厚、长度以及材料。

4.根据权利要求3所述的管道应力分析系统（200），其中，所述支撑结构（701）被配置为耳轴管。

5.根据权利要求1、2和3中的任一项所述的管道应力分析系统（200），其中，所述管道数据包括影响所述支撑结构（701）和所述一个或多个管道（702）的外部因素，其中，所述外部因素包括施加在所述支撑结构（701）上的机械载荷，施加在所述一个或多个管道（702）上的机械载荷，所述一个或多个管道（702）的内部压力和一个或多个管道（702）的内部温度。

6.根据权利要求1所述的管道应力分析系统（200），其中，所述第一组管道应力和所述第二组管道应力各自包括由所述支撑结构（701）经历的膜应力和弯曲应力中的一个或多个。

7.根据权利要求1所述的管道应力分析系统（200），其中，所述系数生成模块（205）包括：

-关系绘制模块（205A），被配置为生成第一组管道应力和第二组管道应力的至少一个关系图（600A，600B）；和

-关系标识模块（205B），被配置为在所述至少一个关系图（600A，600B）中标识与所述第一组管道应力和所述第二组管道应力相关联的数据模式。

8.根据权利要求1所述的管道应力分析系统（200），进一步包括系数数据库（207），所述系数数据库（207）被配置为将所述数学系数与所述第一组管道应力和所述第二组管道应力一起存储。

9.一种用于通过使用根据权利要求1至8所述的管道应力分析系统（200）来确定管道（702）的管道应力的方法，并且该方法包括：

-通过管道应力分析系统（200）的数据接收模块（201）获得与管道（702）相关联的设计数据；

-通过管道应力分析系统（200）的第二数学模型（203）基于所述设计数据生成初始管道应力；

-通过管道应力分析系统（200）的系数生成模块（205）基于初始管道应力从系数数据库（207）中获得数学系数；和

-通过管道应力分析系统（200）的应力计算模块（206）使用初始管道应力和数学系数生成更新的管道应力，其中一组更新的管道应力用于设计管道（702）的支撑结构（701）。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括

由管道应力分析系统（200）的应力计算模块（206）基于预定义应力范围来验证更新的管道应力。

11.一种用于分析一个或多个管道（702）的管道应力的方法，该方法包括：

-获得与一个或多个管道（702）相关联的管道数据；

-通过第一数学模型（202）基于管道数据生成至少第一组管道应力；

-通过第二数学模型（203）基于管道数据生成至少第二组管道应力；特征在于：

-基于第一组管道应力和第二组管道应力获得数学系数；和

-使用数学系数生成一组更新的管道应力，其中，该组更新的管道应力用于设计一个或多个管道（702）的支撑结构（701）。

12.根据权利要求11所述的方法，其中获得数学系数包括：

-生成第一组管道应力和第二组管道应力的至少一个关系图（600A，600B）；和

-在所述至少一个关系图（600A，600B）中标识与第一组管道应力和第二组管道应力相关联的数据模式。

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