CN112800496A - 一种烟风道结构设计智能计算模块和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烟风道结构涉及领域，具体涉及一种烟风道结构设计智能计算模块和方法，该智能计算模块包括前处理封装系列模板和迭代优化计算联动调整；智能计算模块可通过参数人机交互信息菜单的参数调整，用于烟风道、管道、钢仓、容器结构模型的智能计算；智能计算模块和烟风道结构系统智能建模、智能后处理、智能绘图模块信息互联互通，并能通过计算机后台智能迭代优化出最终较优结构模型。通过该智能计算模块，省却了结构计算过程中各种数据前处理、各个结构模型调整计算等大量的工程量，一次可对N个模型进行计算和对比分析优化，规避了常规计算过程中容易出现的错误，大幅提升了设计效率，并提升了结构的安全性和经济性。

Description

一种烟风道结构设计智能计算模块和方法

技术领域

本发明涉及一种烟风道结构设计领域，具体涉及一种烟风道结构设计智能计算模块和方法，此模块和方法广泛适用于工业与民用烟风道结构的智能计算方法和管道、容器、钢仓结构的智能计算，尤其适用于电力行业的烟风道结构的智能计算。

背景技术

在烟风道结构中，结构构件主要有道体、加固肋、内撑杆、支座等构件组成，结构受力主要有内压、积灰、风荷载、雪荷载、地震荷载、温度荷载等结构载荷。烟风道结构设计的依据主要有《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》、《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程配套设计计算方法》、《火力发电厂汽水管道设计技术规定》、《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》、《火力发电厂油气管道设计规程》、《石油化工管式炉烟风道结构设计规范》、《通风管道设计技术规定》、《工业金属管道设计规范》等相关规范规程。

在现有烟风道结构设计中，大多数设计人员在结构设计时，通常都采用现行规范规程的计算公式进行人工结构计算或采用EXCEL计算表进行结构计算，计算完毕后再进行人工绘图等工作的方式，采用此种方式进行烟风道结构设计时，不能对烟风道结构进行整体计算分析，使得烟风道结构构件设计不尽合理，浪费大量钢材，甚至会出现安全性的问题。采用此种工作模式，设计效率低，结构经济性和安全性都不甚理想，结构计算书整理比较麻烦，烟风道结构跨度受规范规程限制较大，此种结构设计方式已不能满足现代火力发电厂的设计要求。

近年来，随着工程建设的实际需求和技术进步，已有很多设计师开始采用MIDAS、STAAD.PRO、ANSYS、SAP2000、ABAQUS等大型有限元计算软件进行烟风道结构设计和计算工作。采用大型有限元计算软件对烟风道结构进行建模和结构计算分析，可以使烟风道结构整体进行分析计算，烟风道结构设计时建模模型形象立体，烟风道结构经济性和安全性得到了很大的提升。采用有限元软件进行烟风道结构计算，结构构件受力分析更加明确清晰，更有助于烟风道结构的设计，但是，在烟风道结构采用大型有限元软件进行计算时，计算中所采用的参数仍需要人工输入调整，计算时也仅能对确定好的结构模型进行计算，模型计算结果如果不满足用户要求时，仍需要用户自己进行有关模型调整，烟风道结构有限元计算仍依赖用户水平经验严重，计算效率和计算效果仍有大量难以符合用户的要求的存在。

根据目前部分设计师采用大型有限元计算软件进行烟风道设计的缺点，出现了部分设计研发人员针对烟风道结构开发的参数化烟风道结构建模和计算的软件成果出现。这种烟风道参数化结构设计成果对烟风道结构建模进行了参数化集成，在ABAQUS等大型有限元计算软件上进行了二次开发，设计师在烟风道结构建模时，不需要再用一根根杆件进行结构建模，也不需要进行人工荷载布置，设计师仅需要根据烟风道结构的工程条件和工艺条件输入便可方便的进行结构模型建立，大大提升了设计效率。但此种方式的烟风道结构设计仍在结构建模方面有了较大进步，但在结构计算方面仍存在和上述常规有限元计算一样的问题。

综上所述，在目前的烟风道结构设计时，采用初期的手算及excel表格计算方式，适用于比较简单的、对安全性和经济性要求不是很严格的烟风道结构。当工程中遇到较为大型、复杂的烟风道结构时，往往需要用户进行大型有限元结构计算。在目前的烟风道结构大型有限元结构计算时，普遍存在以下问题：

1、烟风道结构在高温温度作用下材料力学性能指标不能根据温度及钢材信息自动计算，需要人工计算后手动输入。

2、大型有限元结构计算仅能针对一个结构模型，烟风道结构在常规计算时往往需要设计师不断进行人工调整模型才能进行下一次结构计算，过程比较复杂，结构计算和结构模型调整不能进行计算机自动后台自行联动。

3、在每次结构计算时，用户需要自行设置计算的有关设计参数，比如构件连接信息、网格划分、荷载组合等有管计算前处理信息需要设计师自行设置，这些设置比较繁琐且容易设置不合理以至影响到最终的计算结果。

上述问题是目前常规烟风道结构采用有限元计算时普遍存在的问题，这些问题因为采用大型有限元软件计算，在结构计算时需要用户进行大量的计算前处理工作，这些前处理工作具有开放性，可以按设计师的经验及理解进行设置，方便了人工的干预，但这也加大了设计师的工作量，并且同时为结构计算带来了安全和经济上的风险。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种烟风道结构设计智能计算模块，该智能计算模块具有记忆和自动学习功能，可显著提高运行效率；

本发明的第二目的在于提供一种烟风道结构设计智能计算方法，该方法大幅提升了工程的计算准确性和精度。

根据背景技术目前存在缺点，我们根据烟风道结构具有一定结构形状的特点，我们开发了烟风道结构智能优化设计系统中的智能计算模块并开发了相关智能计算方法。

根据大量设计经验，烟风道结构类型相对比较固定，烟风道结构计算前处理参数设置也基本类似，根据烟风道结构的这些特点，在智能计算模块中，我们将常规烟风道结构计算前的前处理工作进行了系列封装，并将结构计算和结构建模及结构后处理进行了联动，实现了无人工干预的结构计算功能，并且智能计算模块还可根据计算结果与智能建模模块和后续的智能后处理模块产生联动，将结构模型的计算结果与智能模块中的安全指标和经济指标进行对比，对比不满足的自动调整结构模型并再次计算，再次对比，从而形成迭代循环，直至结构计算结果满足安全指标和经济指标为止。

本发明提供了一种智能计算模块，智能计算模块是烟风道结构智能优化设计系统的核心模块，包括前处理封装系列模板、迭代优化计算联动调整两大部分；

智能计算模块和烟风道结构系统智能建模、智能后处理、智能绘图模块信息互联互通，并能通过计算机后台智能迭代优化出最终较优结构模型。

进一步，前处理封装系列模板包括材料力学性能智能计算、构件优化截面库、荷载组合算法转换和设计参数模板固化；

迭代优化计算联动调整包括体系选择、结构模型计算、应力比构件截面调整、位移构件截面调整和频率构件截面调整。

进一步，材料力学性能智能计算包括钢材根据设计温度进行自动安全系数计算和容许应力自动计算；

荷载组合算法转换包括容许应力法设计、极限状态法设计和相互转换；

构件优化截面库包括横向加固肋截面库、竖向加固肋截面库、内撑杆的结构构件库。

进一步，烟风道结构体系包括横向加劲肋为主的结构体系、以竖向加劲肋为主的结构体系和横竖向加劲肋协同的结构体系。

进一步，智能建模模块通过温度参数、压力参数和荷载参数人机交互信息菜单参数调整，可用于管道、钢仓、容器等结构模型的智能计算。

进一步，人机模型修改菜单是整个系统原有大型有限元软件本身功能平台，智能计算模块是个开放性模块，即设计师可以不用修改前处理系列模板参数直接进行计算，也可通过原基础大型有限元软件对前处理系列模板参数进行修改。

进一步，智能计算模块具有记忆和自动学习功能，该模块可通过不同的工程实例形成新的结构计算前处理系列模板并丰富截面库内容，并能在智能计算时进行效率提升。

本发明还公开了上述智能计算模块进行智能计算的方法，智能计算模块通过结构体系选择、结构模型计算、应力比计算调整、位移计算构件调整、频率计算构件调整完成结构模型的迭代优化计算联动调整。

进一步，迭代优化计算时，应力比计算调整、位移计算构件调整、频率计算构件调整根据计算结果和智能建模模块中的安全指标和经济指标对比，不断调用构件截面库和智能建模模块调整结构构件截面型号进行迭代优化计算并形成迭代优化计算循环。

智能计算模块整体来将包括计算前处理封装、迭代优化计算联动调整两大部分，前处理封装主要包括材料力学性能计算、构件优化截面库建设、荷载组合、设计参数等四部分。迭代优化计算包括体系选择、结构模型计算、应力比构件截面调整、位移构件截面调整、频率构件截面调整五部分，其中应力比构件截面调整、位移构件截面调整和频率构件截面调整形成迭代计算循环，将通过这三部分将构件截面调整成既满足安全要求又满足经济要求的最优结构模型固定为中间结构模型结果，在完成第一次中间结构模型固定后，再重新进行循环，智能计算模块自动选取另一个结构体系进行初始结构模型计算，再根据应力比构件截面调整、位移构件截面调整、频率构件截面调整进行二次迭代优化计算，形成下一个结构体系的中间结构模型结果，最后根据两个体系的中间结构模型结果经济性指标进行对比，选择最优经济性指标的中间结构模型作为最终结构模型。

烟风道结构所用钢材基本为Q235B及Q345B两种类型，且烟风道结构工作温度基本在300°-450°之间，在前处理封装过程中，我们针对Q235B及Q345B两种钢材类型在不同温度下的材料力学性能根据相应规范进行了总结，针对这两种钢材，我们内嵌设置了0°-450°区间的钢材力学性能计算公式，这样，智能计算模块不但可以计算烟风道结构，其它一些管道、钢仓、容器类结构也可以根据智能计算模块进行结构计算。在我们输入结构工作设计温度时及选择钢材型号后，钢材的弹性模量、阻尼比、剪切模量、容许应力、屈服强度、抗剪强度、抗拉强度、端面承压强度等指标即可自动计算得出，这些材料力学性能参数自动赋予给结构构件进行结构计算。

烟风道结构构件类型较少，主要为道体壁板、横向加固肋、竖向加固肋、内撑杆等构件形成，道体壁板基本采用4mm-6mm的结构板材，横向加固肋和竖向加固肋基本采用工字钢或槽钢两种类型，内撑杆基本采用圆管。在构件截面库建设中，截面库设置了横竖向加固肋、内撑杆的结构构件库，横竖向加固肋在构件截面库中设置了所有工字钢和槽钢的成品型号，内撑杆在构件截面库中设置了所有成品钢管构件截面型号。智能计算模块中的构件截面库，支持用户截面的输入，每次用户截面的输入，相应截面信息自动录入截面库中。

烟风道结构计算时，《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》等技术规程采用的计算方法为容许应力法，而在大型有限元计算软件中，系统默认的方法是极限状态设计法，两者之间采用的材料力学性能指标不同，采用的荷载分项系数及组合系数不同，采用的安全系数也不同，许多用户在烟风道结构计算时，在容许应力法计算和极限状态法计算之间力学性能指标的转换及计算公式之间的转换也往往有各种不同的理解，这些理解极大程度影响了结构计算的结果。根据大量研究及工程实例，在智能计算模块中，我们将容许应力法和极限状态法进行了转换，不但确定了不同温度下钢材容许应力、屈服强度、抗拉强度、抗剪强度、弹性模量等相关力学性能数值，还通过调整安全系数、分项系数、组合系数及荷载组合公式等方法进行了容许应力法和极限状态法的转换。

在钢结构设计中，在结构计算前，往往需要设计师对一些设计参数等一些前处理数据进行人为选择和调整。烟风道结构计算中，鉴于烟风道结构的相对固定性，我们在智能计算模块中对这些设计参数根据地震信息进行了设计参数固化，形成了相对固定的设计参数模板，当用户在智能建模模块选择了工程地震信息后，智能计算模块自动匹配相关的设计参数进行结构计算的对应。

智能计算模块迭代优化计算联动调整部分主要包括体系选择、初步结构模型计算、应力比构件截面调整、位移构件截面调整、频率构件截面调整五部分，其中体系选择包括以横向加固肋为主的结构体系、以纵向加固肋为主的结构体系以及横纵结合结构体系。在智能建模模块形成烟风道初步结构模型时后，此初步结构模型也首选以横向加固肋为主的结构体系，智能计算模块根据此结构体系的初步结构模型进行结构计算，形成第一次计算结果后处理内容(模型安全性和经济性计算结果)，在第一次计算完成后，智能计算模块调用智能后处理计算结果，首先将各个结构构件的应力比与智能建模模块中的安全目标进行对比分析，并将应力比较大的超过安全指标的构件截面规格进行上调，将应力比较小的受力富裕度较大的构件截面规格下调，调整时自动修改智能建模模块中的智能修改信息菜单中内容。通过第一次结构构件截面调整后，智能计算模块再根据调用修改后的智能建模模块结构模型进行二次计算形成新的构件安全性及经济性后处理结果，对不满足应力比安全指标要求的结构模型构件进行二次调整，如此反复，形成烟风道结构模型应力比指标符合安全性指标的结构模型。在结构构件应力比指标安全性指标满足要求后，再进行结构位移安全性指标对比和模型调整及结构计算，步骤同应力比指标调整。位移指标包括烟风道整体位移、道体壁板位移、加劲肋位移等内容。在结构模型通过不断调整计算后使位移安全指标满足要求后，再进行结构模型烟风道结构模型频率安全指标的对比和模型调整及结构计算，步骤亦同应力比指标调整。在每次模型计算后，均形成结构模型的安全信息及经济信息后处理结果。

其中应力比构件截面调整、位移构件截面调整和频率构件截面调整形成迭代计算循环，将通过这三部分构件截面调整成既满足安全要求又满足经济要求的最优结构模型固定为中间结构模型结果，在完成第一次中间结构模型固定后，再重新进行循环，智能计算模块自动选取另一个结构体系进行初始结构模型计算，再根据应力比构件截面调整、位移构件截面调整、频率构件截面调整进行二次迭代优化计算，形成下一个结构体系的中间结构模型结果，最后根据两个体系的中间结构模型结果经济性指标进行对比，选择最优经济性指标的体系结构模型作为最终结构模型，在上述迭代优化计算过程中，构件截面优化调正不但调整应力比过大、位移过大等安全指标不满足要求的构件，还应调整应力比过小、位移过小等安全指标富裕较大的构件截面，即构件截面优化调整是同时进行安全性调整和经济性调整，在调整过程中，根据上一次计算结果，将构件截面较小的构件调大，将构件截面较大的构件截面规格调小，最终优化调整成安全性和经济性均较优的最终结构模型。最终结构模型的计算结果传递给智能后处理模块形成最终的计算成果，智能计算模块计算完成的最终的结构模型信息再传递给智能绘图模块，形成最终的图纸成品。

因烟风道结构是一种类型较固定的结构，在烟风道结构按常规有限元计算时，计算前每个结构模型都需要设计师进行模型人工前处理工作，计算后还需设计师自行人工查看模型的后处理结果，设计师再根据模型计算的后处理结果进行手动模型调整并再次计算。因为此过程的复杂性，通常情况下，每个工程，设计师一般进行的模型计算基本在5次以下，最终工程计算结果往往都有较大的结构安全富裕度，并还可能存在个别结构构件有安全隐患的情况出现。常规结构模型计算，设计师人工参与较多，设计效率较低，并且极易出现用钢量较大工程浪费的情况，还容易出现个别构件结构受力较大，出现安全隐患情况。通过烟风道结构智能计算模块，我们把烟风道结构模型计算前的所有前处理工作进行了模板固化，并且智能计算模块还可以通过计算结果自行进行安全和经济性检查对比，并能自动调整结构模型构件截面和模型体系，可以一次计算十余乃至几十几百个结构模型并迭代优化计算出最终的既安全又经济的结构模型计算结果，当中过程无需设计师人工干预，大幅提升了计算效率。另外，因模型计算前处理工作我们根据大量经验总结进行了模板固化，避免了计算过程参数选取出错的情况，大幅提升了工程的计算准确性和精度。再有，智能计算模块内嵌的迭代优化计算循环功能，通过不断自动调整后的大量模型的结构计算对比，优化调整出了最终结构模型，大幅提升了结构的安全性和经济性。该智能计算模块是烟风道结构智能优化设计系统的核心模块。

在常规有限元结构计算时，设计师对烟风道结构不断进行模型调整和计算，人工设计出较满意的计算结果，往往需要设计师数天的人工参与。通过智能计算模块，则省却了设计师此部分的工作量，在设计师通过智能建模模块人工输入工程信息后，智能计算模块则可以自动进行上百个模型的计算和调整工作，此过程一般一小时内完成。

同智能建模模块相适应，因为管道结构外形及荷载与圆形烟道结构比较类似，钢制方仓、钢制圆仓、钢制容器和竖向烟道结构外形及荷载比较类似，其计算结果指标也比较类似，故智能计算模块不但适用于烟风道结构，也适用于管道、钢仓、容器等结构。同样，在智能计算模块中，烟风道智能优化设计系统的开发平台可以是在PKPM、MIDAS、SAP2000、STAAD.PRO等大型有限元计算软件基础上开发，原大型有限元计算软件所有功能予以保留，智能计算模块中前处理系列模板设计师不但可以直接选用，设计师还可以对系列模板进行修改形成新的模板，构件截面库也支持人工增删功能形成新的构件截面库。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明烟风道结构智能计算模块系统流程图；

图2为本发明烟风道结构智能计算模块智能优化计算迭代循环流程图。

附图标记说明：

1：智能建模模块；2：智能计算模块；3：智能后处理模块；4：智能绘图模块；5：构件截面调整；6：横向加劲肋为主体系初步结构模型；7：竖向加劲肋为主体系初步结构模型；8：横竖向加劲肋体系初步结构模型；9：经济指标对比分析；10：最终结构模型；

2a：前处理系列模板；2b：迭代优化计算联动调整；2aa：材料力学性能计算；2ab：荷载组合算法转换；2ac：构件优化截面库；2ad：设计参数模板固化；2ba：结构体系选择；2bb：结构模型计算；2bc：应力比计算调整；2bd：位移计算构件调整；2be：频率计算构件调整；2aaa：安全系数自动计算；2aab：容许应力自动计算；2aba：容许应力法；2abb：算法转换；2abc：极限状态设计法；2aca：横向加劲肋截面库；2acb：竖向加劲肋截面库；2acc：内撑杆截面库；2baa：横向加劲肋为主体系；2bab：竖向加劲肋为主体系；2bac：横竖向加劲肋体系；2bca：应力比指标对比分析；2bda：位移指标对比分析；2bea：频率指标对比分析；2abba：弹性模量自动计算；2abbb：剪切模量自动计算；2abbc：屈服强度自动计算；2abbd：抗拉强度自动计算；2bb6：体系一结构模型计算；2bc6：体系一应力比计算调整；2bd6：体系一位移计算调整；2be6：体系一频率计算调整；2bb7：体系二结构模型计算；2bc7：体系二应力比计算调整；2bd7：体系二位移计算调整；2be7：体系二频率计算调整；2bb8：体系三结构模型计算；2bc8：体系三应力比计算调整；2bd8：体系三位移计算调整；2be8；体系三频率计算调整；2abbe：抗剪强度自动计算；2abbf：端面承压强度自动计算；2abbg：分项系数自动计算；2abbh：组合系数自动计算；6a-体系一应力比计算调整后结构模型；6b：体系一位移计算调整后结构模型；6c：体系一频率计算调整后结构模型；7a：体系二应力比计算调整后结构模型；7b：体系二位移计算调整后结构模型；7c：体系二频率计算调整后结构模型；8a：体系三应力比计算调整后结构模型；8b：体系三位移计算调整后结构模型；8c：体系三频率计算调整后结构模型。

具体实施方式

在我们开发的烟风道结构智能优化设计系统中，智能计算模块2是核心模块，该模块前承智能建模模块1，后接智能后处理模块3及智能绘图模块4，在整个烟风道智能优化设计系统中处于结构核心迭代优化计算功能，该模块可自动智能运行，并能在一次运行过程中进行烟风道结构模型的体系优化和杆件优化，自动智能完成烟风道结构的设计优化工作，不但大幅提升了工作效率，还提升了计算的安全性和经济性，提升了设计精度和质量。

智能计算模块2集成了我们在烟风道结构日常设计过程中形成的设计经验和烟风道结构优化计算理论并进行了计算机化处理，可以使智能计算模块代替设计师自动进行结构迭代优化计算，取得了结构智能体系优化和构件优化的效果，实现了烟风道结构的自动后台运行，节省了时间、避免了设计差错并大幅提升了设计的安全性和经济性。

烟风道结构智能计算模块2包括前处理系列模板2a及迭代优化计算联动调整2b两大部分。前处理系列模板2a包括材料力学性能计算2aa、荷载组合算法转换2ab、构件优化截面库2ac、设计参数模板固化2ad四部分。迭代优化计算联动调整2b包括结构体系选择2ba、结构模型计算2bb、应力比计算调整2bc、位移计算构件调整2bd、频率计算构件调整2be五部分。材料力学性能计算2aa包括安全系数自动计算2aaa、容许应力自动计算2aab两部分。荷载组合算法转换2ab包括容许应力法2aba、算法转换2abb、极限状态设计法2abc三部分。算法转换2abb包括弹性模量自动计算2abba、剪切模量自动计算2abbb、屈服强度自动计算2abbc、抗拉强度自动计算2abbd、抗剪强度自动计算2abbe、端面承压强度自动计算2abbf、分项系数自动计算2abbg、组合系数自动计算2abbh八部分。构件优化截面库2ac包括横向加劲肋截面库2aca、竖向加劲肋截面库2acb、内撑杆截面库2acc三部分。结构体系选择2ba包括横向加劲肋为主体系2baa、竖向加劲肋为主体系2bab、横竖向加劲肋体系2bac三部分。

在常规的烟风道结构计算中，我们对钢材高温情况下的受力性能进行了分析总结，形成了不同高温情况下钢材材料力学性能计算公式，实现了智能建模模块2中安全系数自动计算2aaa和容许应力2aab的功能，根据安全系数自动计算2aaa和容许应力2aab实现了智能计算模块2中容许应力法2aba的功能。另外，我们还对容许应力法2aba和极限状态法2abc进行了深入研究，形成了容许应力法2aba和极限状态法2abc之间的荷载组合算法转换2abb成果，并进行智能计算模块中的内嵌，在容许应力法2aba和极限状态法2abc之间转化过程中，我们还根据算法转换2abb成果形成了极限状态法2abc必须的弹性模量自动计算2abba、剪切模量自动计算2abbb、屈服强度自动计算2abbc、抗拉强度自动计算2abbd、抗剪强度自动计算2abbe、端面承压强度自动计算2abbf、分项系数自动计算2abbg、组合系数自动计算2abbg八部分成果内容。

在智能计算模块2中，我们开发了迭代优化计算理论并在烟风道结构中进行了软件化处理形成了迭代优化计算联动调整2b成果内容。在迭代优化计算过程中，我们总结并在智能建模模块中软件化了结构体系选择2ba、结构模型计算2bb、应力比计算调整2bc、位移计算构件调整2bd、频率计算构件调整2be五部分内容并形成迭代优化循环计算。在初次结构计算时，智能建模模块1首选以横向加劲肋为主体系，初步结构模型6进行该体系下的结构模型优化计算，在该体系优化出结构模型后再进行竖向加劲肋为主体系初步结构模型7体系下的结构模型优化计算，在该体系优化出结构模型后，最后选择以横竖向加劲肋体系初步结构模型8体系下的结构模型优化计算。在烟风道结构三个结构体系下均迭代优化计算出结构模型后，再通过经济指标对比分析9对三个模型的面积用钢量等指标进行对比，选择用钢量最小的体系结构模型为最终结构模型10，然后调用智能后处理模块3下该最终模型10的后处理结果形成计算书，再调用智能绘图模块4绘制工程施工图纸。

在迭代优化计算联动调整2b过程中，每个结构体系下的迭代优化计算都包括应力比计算调整2bc、位移计算构件调整2bd、频率计算构件调整2be三部分优化调整内容，这三部分计算调整每次都调用构件截面库2ac对智能建模模块1中的智能修改信息菜单中的内参数，根据对比分析调整的结果进行模型构件截面调整并形成三个循环调整内容。如在横向加劲肋为主体系初步结构模型6(该模型结构为结构体系一)进行结构优化计算调整时，先以结构体系一下的智能建模模块1中形成的初步结构模型进行体系一结构模型计算2bb6，根据计算结果，再进行体系一应力比计算调整2bc6，在进行体系一应力比计算调整2bc6时，根据构件截面库2ac及智能建模模块1对初步结构模型构件进行截面调整成满足应力比要求的结构模型，即体系一应力比计算调整后结构模型6a，在形成系一应力比计算调整后结构模型6a过程中，体系一应力比计算调整2bc6、构件截面库2ac及智能建模模块1形成应力比计算调整的小循环，此小循环为优化调整出应力比满足要求的结构模型为目的。在模型应力计算结果满足要求后，再进行体系一位移计算调整2bd6，进行位移计算调整时，同应力比构件截面调整一样，调用根据构件截面库2ac及智能建模模块1再次形成一个小循环，之后形成体系一位移计算调整后结构模型6b，此次模型位移满足要求，但应力比可能会因为位移调整的因素造成部分构件应力不符合要求，此时再将模型进行应力比调整和位移调整，形成一次大循环，形成即符合应力要求又符合位移要求的结构模型，之后再进行体系一频率计算调整2be6，同之前一样，进行频率调整时，调用构件截面库2ac及智能建模模块1形成一个小循环，小循环后形成体系一频率计算调整后结构模型6c，此次模型基本已经满足安全需求，为进一步优化，此次结构模型6c再进行应力比调整、位移调整、频率调整形成又一次大循环，直至形成应力比、位移、频率均符合要求的结构模型。在大循环和小循环结构构件调整过程中，构件截面会根据对比分析结果同时进行构件截面调大和调小的工作，即大小循环的构件截面调整过程，结构模型不但根据计算结果进行过安全调整，还进行经济调整。在横向加劲肋为主体系初步结构模型6(该模型结构为结构体系一)迭代优化计算调整后形成中间结构模型，智能计算模块将进行竖向加劲肋为主体系初步结构模型7(该模型结构为结构体系二)的迭代优化计算调整后形成中间结构模型，最后再进行横竖向加劲肋体系初步结构模型(该模型结构为结构体系三)的迭代优化计算调整后形成中间结构模型。体系二及体系三的迭代优化计算过程同体系一的迭代优化计算过程。在三个结构体系形成的三个中间结构模型后，根据经济指标对比分析9内容，判断出用钢量最小的结构体系模型，形成工程的最终结构模型10，然后再调用智能后处理模块3，形成计算书等模型计算后处理成果，再调用智能绘图模块4形成工程施工图纸。

烟风道结构智能计算模块2不但可以进行烟风道结构的计算，还可对管道、容器、钢仓结构进行计算。

根据智能计算模块2，我们可以将烟风道结构计算工作量减少95％以上，通过该智能计算模块2，可以在不需要设计师参与的情况下将智能建模模块1形成的结构模型进行几百次的迭代优化计算，省却了设计师人工调整模型和计算的工作量，并且能使最终计算结果大部分结构构件应力比控制在0.6～0.9之间，充分发挥了烟风道结构结构构件的受力性能，还可以将大部分烟风道结构面积用钢量控制在100kg/m²以下，不但提高了工作效率，还提高了结构的安全性和经济性。

举例1：一直径3米，跨度8米跨的圆形烟风道结构，倾斜度30度，设计压力4.8KPa，设计温度380℃，积灰荷载40kg/m²,基本风压0.40KN/m²，地震基本烈度7度，地震加速度0.05g，进行结构计算。

根据工程实例，我们打开烟风道结构智能优化设计系统，通过智能建模模块人机交互信息菜单完成此工程实例的结构初步模型构建。

在结构模型构建过程中，当输入设计温度并选择Q345B钢材时，智能计算模块会根据温度数值自动挑选智能计算模块固化好的前处理系列模板，根据系列模板，自动计算出适合此项目的安全系数和钢材容许应力，并根据安全系数和钢材容许应力自动形成该工程项目的钢材弹性模量、剪切模量、屈服强度自动计算、抗拉强度、抗剪强度、端面承压强度、分项系数、组合系数等各种数值并形成极限状态下荷载组合公式。这些数值信息同时赋予给结构构件。

在此工程实例中，通常需要人工进行模型调整构件截面，构件截面的规格型号固化在了加劲肋截面库和内撑杆截面库中，当智能计算模块迭代优化计算调整结构模型时，模型构件截面将只在这些截面库中选择，提高了选择效率。根据此工程实例，加劲肋截面自动选择工字钢截面库进行计算优化调整，内撑杆自动给选择钢管截面库进行计算优化调整。

在此工程项目中，工程结构构件抗震等级、道体壁板网格划分等相关设计参数会根据内嵌规则自动智能判断给出。

在进行结构计算时，此项目先根据智能建模模块形成的初步结构模型形成体系一结构模型进行计算，再根据计算结果进行应力比指标对比分析，然后调整结构构件截面信息，之后再进行位移计算分析调整和频率计算分析调整，经过两次大循环和三次小循环迭代优化计算后形成体系一的计算结果模型。在完成体系一迭代优化计算后，再进行体系二和体系三的结构模型优化迭代计算。最后再将三个体系的模型进行用钢量经济性对比分析，选出最终的结构模型，并以此结构模型计算结果为最终结构计算结果。

在本工程实例中，通过智能计算模块，通过迭代优化计算，横向加劲肋经优化调正为14号工子钢，圆管调整为直径80钢管，所有构件应力比为0.9以下(80％构件应力比控制在0.6至0.85之间)，面积用钢量为90kg/m²。烟风道结构智能建模用时两分钟，智能计算用时10分钟，大大提高了工作效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种烟风道结构设计智能计算模块，其特征在于，智能计算模块是烟风道结构智能优化设计系统的核心模块，包括前处理封装系列模板和迭代优化计算联动调整；

智能计算模块可通过参数人机交互信息菜单的参数调整，用于烟风道结构模型的智能计算；

智能计算模块和烟风道结构系统智能建模、智能后处理、智能绘图模块信息互联互通，并能通过计算机后台智能迭代优化出最终较优结构模型。

2.根据权利要求1所述的智能计算模块，其特征在于，前处理封装系列模板包括材料力学性能智能计算、构件优化截面库、荷载组合算法转换和设计参数模板固化；

迭代优化计算联动调整包括体系选择、结构模型计算、应力比构件截面调整、位移构件截面调整和频率构件截面调整。

3.根据权利要求2所述的智能计算模块，其特征在于，材料力学性能智能计算包括钢材根据设计温度进行自动安全系数计算和容许应力自动计算；

荷载组合算法转换包括容许应力法设计、极限状态法设计和相互转换；

构件优化截面库包括横向加固肋截面库、竖向加固肋截面库、内撑杆的结构构件库。

4.根据权利要求2所述的智能计算模块，其特征在于，烟风道结构体系包括横向加劲肋为主的结构体系、以竖向加劲肋为主的结构体系和横竖向加劲肋协同的结构体系。

5.根据权利要求4所述的智能计算模块，其特征在于，智能建模模块通过温度参数、压力参数和荷载参数人机交互信息菜单参数调整，可用于管道、钢仓、容器等结构模型的智能计算。

6.根据权利要求5所述的智能计算模块，其特征在于，人机模型修改菜单是整个系统原有大型有限元软件本身功能平台，智能计算模块是个开放性模块，即设计师可以不用修改前处理系列模板参数直接进行计算，也可通过原基础大型有限元软件对前处理系列模板参数进行修改。

7.根据权利要求6所述的智能计算模块，其特征在于，智能计算模块具有记忆和自动学习功能，该模块可通过不同的工程实例形成新的结构计算前处理系列模板并丰富截面库内容，并能在智能计算时进行效率提升。

8.使用权利要求1-7任一项所述智能计算模块进行智能计算的方法，其特征在于，智能计算模块通过结构体系选择、结构模型计算、应力比计算调整、位移计算构件调整、频率计算构件调整完成结构模型的迭代优化计算联动调整。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，迭代优化计算时，应力比计算调整、位移计算构件调整、频率计算构件调整根据计算结果和智能建模模块中的安全指标和经济指标对比，不断调用构件截面库和智能建模模块调整结构构件截面型号进行迭代优化计算并形成迭代优化计算循环。

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