CN117494516A - 结构机械强度校验方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种结构机械强度校验方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。其中，方法包括：获取目标结构在电磁场中的第一受力状态信息和目标结构对应的结构强度有限元模型；根据第一受力状态信息，确定目标结构在电磁场中的电动力加速度；根据电动力加速度、以及结构强度有限元模型的结构模型质量，生成结构强度有限元模型的第二受力状态信息；并根据结构强度有限元模型的应力值、以及目标结构对应的材料强度值，生成结构机械强度的校验结果。方法通过电动力加速度实现荷载传递，克服了在电磁分析与结构强度分析中因模型变更产生的误差；电磁力的荷载条件均可以准确地传递到结构强度模型上，以实现电动力载荷下机械强度的准确校验。

Description

结构机械强度校验方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本申请涉及电气工程技术领域，特别是涉及一种结构机械强度校验方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。

背景技术

在电气工程技术领域，随着计算准确度要求的提高和计算能力的提升，尤其是在电磁-结构耦合场中，对于结构强度、变形的考察尺度越来越细，往往需要精确到毫米级别。但是由于电磁场计算的特殊性，通常需要对结构模型进行相应的简化处理。

然而，在传统技术方案对模型的机械强度进行校验时，由于在电磁计算过程中对物理模型的简化严重，导致了对结构机械强度的校验结果不准确。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种更准确的结构机械强度校验方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

第一方面，本申请提供了一种结构机械强度校验方法。所述方法包括：

获取目标结构在电磁场中的第一受力状态信息和目标结构对应的结构强度有限元模型；

根据所述第一受力状态信息，确定所述目标结构在电磁场中的电动力加速度；

根据所述电动力加速度、以及所述结构强度有限元模型的结构模型质量，生成所述结构强度有限元模型的第二受力状态信息；

根据所述第二受力状态信息中所述结构强度有限元模型的应力值、以及所述目标结构对应的材料强度值，生成结构机械强度的校验结果。

在其中一个实施例中，所述第一受力状态信息的获取方式，包括以下步骤：

获取所述目标结构在电磁场中的电磁场结构模型；

根据所述电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成所述第一受力状态信息。

在其中一个实施例中，所述根据所述电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成所述第一受力状态信息包括：

获取所述电磁场结构模型中的电流路径信息；

在保留所述电流路径信息的情况下，对所述电磁场结构模型进行压缩；

基于压缩后的所述电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成所述第一受力状态信息。

在其中一个实施例中，所述基于压缩后的所述电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成所述第一受力状态信息包括：

获取所述电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中承受的安培力数据；

将多个有限元单元对应的安培力数据进行组合，生成所述电磁场结构模型的电动力数据；

根据所述电动力数据生成所述电磁场结构模型的第一受力状态信息。

在其中一个实施例中，所述根据所述第一受力状态信息，生成所述目标结构在电磁场中的电动力加速度包括：

获取电磁场结构模型的质量；

根据所述第一受力状态信息和所述电磁场结构模型的质量，计算得到所述目标结构在电磁场中的电动力加速度。

在其中一个实施例中，在根据所述电动力加速度和所述结构强度有限元模型的结构模型质量，生成所述结构强度有限元模型的第二受力状态信息之前，还包括：

获取所述结构强度有限元模型的材料密度和模型体积；

根据所述材料密度和所述模型体积，得到所述结构模型质量。

第二方面，本申请还提供了一种结构机械强度的校验装置。所述装置包括：

信息获取模块，用于获取目标结构在电磁场中的第一受力状态信息和目标结构对应的结构强度有限元模型；

加速度计算模块，用于根据所述第一受力状态信息，确定所述目标结构在电磁场中的电动力加速度；

受力分析模块，用于根据所述电动力加速度、以及所述结构强度有限元模型的结构模型质量，生成所述结构强度有限元模型的第二受力状态信息；

强度校验模块，用于根据所述第二受力状态信息中所述结构强度有限元模型的应力值、以及所述目标结构对应的材料强度值，生成结构机械强度的校验结果。

第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取目标结构在电磁场中的第一受力状态信息和目标结构对应的结构强度有限元模型；

根据所述第一受力状态信息，确定所述目标结构在电磁场中的电动力加速度；

根据所述电动力加速度、以及所述结构强度有限元模型的结构模型质量，生成所述结构强度有限元模型的第二受力状态信息；

根据所述第二受力状态信息中所述结构强度有限元模型的应力值、以及所述目标结构对应的材料强度值，生成结构机械强度的校验结果。

第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，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以下步骤：

获取目标结构在电磁场中的第一受力状态信息和目标结构对应的结构强度有限元模型；

根据所述第一受力状态信息，确定所述目标结构在电磁场中的电动力加速度；

根据所述电动力加速度、以及所述结构强度有限元模型的结构模型质量，生成所述结构强度有限元模型的第二受力状态信息；

根据所述第二受力状态信息中所述结构强度有限元模型的应力值、以及所述目标结构对应的材料强度值，生成结构机械强度的校验结果。

第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取目标结构在电磁场中的第一受力状态信息和目标结构对应的结构强度有限元模型；

根据所述第一受力状态信息，确定所述目标结构在电磁场中的电动力加速度；

根据所述电动力加速度、以及所述结构强度有限元模型的结构模型质量，生成所述结构强度有限元模型的第二受力状态信息；

根据所述第二受力状态信息中所述结构强度有限元模型的应力值、以及所述目标结构对应的材料强度值，生成结构机械强度的校验结果。

本申请技术方案提供了一种结构机械强度校验方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。首先，基于目标结构在电磁场中的第一受力状态信息，生成目标结构在电磁场中的电动力加速度；然后，通过引入电动力加速度作为连接电磁分析和结构强度分析的桥梁，使得电磁-结构耦合场中不同的模型之间的荷载传递变为可能。在得到电动力加速度的基础上，基于目标结构对应的结构强度有限元模型，对目标结构进行结构动力学分析以获得能够应用于结构强度分析计算中的第二受力状态信息；进一步地，根据在第二受力状态下结构强度有限元模型的应力值和目标结构对应的材料强度值，形成结构机械强度的校验结果。方案通过电动力加速度完成电磁-结构耦合场中的荷载传递，有效地克服了在电磁分析过程与结构强度分析过程中因模型切换而产生的误差；电磁力的荷载条件均可以准确地传递到结构强度有限元模型上，以实现电动力载荷下机械强度的准确校验。

附图说明

图1为一个实施例中结构机械强度校验方法的应用环境图；

图2为一个实施例中结构机械强度校验方法的流程示意图；

图3为一个实施例中模型简化子步骤的流程示意图；

图4为另一个实施例中结构机械强度校验方法的流程示意图；

图5为一个实施例中结构机械强度的校验装置的结构框图；

图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在传统技术方案中，在电磁-结构耦合场中对物理模型简化严重，从而计算得到的电磁力或电动力与实际情况存在严重的偏差，导致不适合进行结构强度计算。因此，如何在电磁计算模型和结构计算模型中进行电磁力荷载的等效是复杂电磁-结构场顺序耦合计算的难点所在。

针对上述提出的难点，本申请技术方案引入平均电动力加速度作为连接电磁计算和结构计算的桥梁，以获得物理模型在电动力载荷下机械强度校核精确的结果

示例性地，本申请实施例提供的结构机械强度校验方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，仿真终端102可以通过任何一种网络通讯方式与服务器进行通信；仿真终端102设有交互操作界面103，通过交互操作页面103可以对各种仿真模型和强度校核结果进行可视化输出，同时交互操作页面103还能够用于接收用户的交互操作指令。在服务器一侧，设置有数据存储系统，该数据存储系统可以存储服务器需要处理的数据。数据存储系统可以集成在服务器上，也可以放在云上或其他网络服务器上。在基于图1所示的应用环境，对气体绝缘金属封闭开关（Gas Insulated Switchgear，GIS）设备进行机械强度校核的过程如下：用户通过交互操作界面103下达对GIS设备中部件进行强度校验的指令，响应于这一指令内容，仿真终端102需要对GIS设备中的部件进行动热稳定联合仿真。首先，仿真终端102需要实时采集GIS设备中的部件的各项状态数据；具体地，实施例中所采集的状态数据主要包括该GIS设备中部件在电磁场中的所承受的电动力（或者电磁力）的合力。又或者，实施例中可以通过仿真终端102直接从数据存储系统中调取该GIS设备中部件的各项状态数据。在仿真终端102完成对GIS设备中部件的各项状态数据的加载之后，对该GIS设备中的部件的电磁场结构进行仿真，得到电磁场结构有限元模型。进一步地，在进行电磁场结构的仿真过程中，基于前述的电动力合力对有限元模型进行受力分析，并进一步确定该有限元模型（所表征的GIS设备中部件结构）在电磁场中的电动力加速度。然后，仿真终端102将构建包含GIS设备中部件的结构强度有限元模型，在确定结构强度有限元模型的结构模型质量和电动力加速度的情况下，计算得到能够用于结构强度计算过程中的电动力，即确定结构强度有限元模型的受力状态。最后将能够用于结构强度计算过程中的电动力，输入到结构强度计算有限元模型中进行求解，实现电动力载荷下的机械强度校核。具体地，机械强度校核是通常采用有限元分析的方法，快速有效的计算出结构应力和变形，并最终基于结构强度有限元模型的应力值和目标结构对应的材料强度值进行对比，得到机械强度校核的结果。最后，仿真终端102可以将得到的机械强度校核结果，通过交互操作界面103进行可视化显示；同时，仿真终端102还能够将机械强度校核结果上传至服务器，并存储在数据存储系统中。

需要说明的是，在其他可能的应用场景中，终端不具备足够的数据处理能力进行模型仿真，或进行数据量较大的运算处理；在此情况下，终端可以将实时采集得到的GIS设备中的部件状态数据（例如，受力状态信息等）上传至服务器，由服务器执行结构机械强度校验方法，并将结构机械强度校验结果反馈至终端，再进行可视化输出。

另外，在图1所示的应用环境中，仿真终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、以及其他便携式可穿戴设备。此外，服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种结构机械强度校验方法，该方法可以应用于图1中的仿真终端102；或者在终端的数据处理能力较低的情况下，也可以由服务器执行。由仿真终端102或服务器执行结构机械强度校验方法，其包括以下步骤：

步骤202，获取目标结构在电磁场中的第一受力状态信息和目标结构对应的结构强度有限元模型。

其中，目标结构是指需要进行对其结构进行机械强度校验的设备或装置；具体在实施例中，目标结构可以是指气体绝缘金属封闭开关（Gas Insulated Switchgear，GIS）设备中所包含的各个部件结构。实施例中第一受力状态用于表征前述的目标结构在电磁场中所受电磁力或者电动力的状态；在实施例中可以通过构建目标结构在电磁场中的模型，通过对模型求解以确定该目标结构在电磁场中的电磁力，从而确定该目标结构在电磁场中的受力状态信息。实施例中的结构强度有限元模型是用于对目标结构进行结构强度计算所构建的有限元（仿真）模型；该有限元模型是通过有限元分析的方式，对目标结构进行建模所得到的模型。更为具体地，实施例中的有限元模型是一组仅在节点处连接、仅靠节点传力、并且仅在节点处受约束的单元组合体。

示例性地，在通过仿真终端对GIS设备中的部件进行电动力载荷下机械强度的精确校核的实施场景中，首先通过仿真设备的交互操作界面接收进行机械强度校核的指令；响应于这一指令，仿真终端基于指令中携带的GIS设备信息，从服务器中实时调取该GIS设备中的各个部件的状态信息。具体在实施例中，一方面，终端设备可以通过预先设置在GIS设备中的传感器采集装置对该设备中的各个部件状态信息进行实时监测，又或者可以通过与服务器进行数据交换的方式获取该GIS设备及其部件在电磁场中的电学和磁学特征。其中，电学和磁学特征包括但不限于该设备结构材料的导电率、磁导率、以及介电常数等。终端设备可以进一步确定电磁场的分布；具体地，电磁场的分布可以通过数值模拟或实时测量所确定。在确定了GIS设备中的部件的电磁特征和电磁场的分布之后，仿真设备可以基于电磁场公式计算确定该GIS设备中的部件在电磁场中的受力情况，进而形成GIS设备中特定（或预先选定的）部件的第一受力状态信息。另一方面，为了能够对该GIS设备中部件进行结构强度校核，实施例中还需要构建该GIS设备中部件的结构强度有限元模型，以备在确定结构强度计算中的电动力之后，可以通过结构强度计算有限元模型中进行求解。具体在实施例中，需要将GIS设备中的部件的结构信息构建初始的模型，初始的模型需要具备GIS设备中的部件的重要几何特征和细节等。然后将这一初始模型进行网格划分；并且基于GIS设备中的部件的结构材料特征，定义网格划分后模型的弹性模量、泊松比、密度等属性。进一步地，为网格划分后的模型施加边界条件和载荷，最终形成该GIS设备中的部件的结构有限元模型。

需要说明的是，实施例中也可以采用构建电磁场结构有限元模型，通过模型仿真的方式来描述GIS设备中的部件在电磁场中受力状态。相对应地，构建电磁场结构有限元模型的过程也包括定义材料，外界环境设置，边界条件和激励源设置，以及网格划分等处理步骤。

步骤204，根据第一受力状态信息，确定目标结构在电磁场中的电动力加速度。

在实施例中，电动力是通过电流的导线周围有磁场，而磁场作用于其范围的铁磁物质使其受力；电动力加速度则是由电动力作用所产生的加速度。

示例性地，在通过仿真终端对GIS设备中的部件进行电动力载荷下机械强度的精确校核的实施场景中，在步骤202中确定了GIS设备中的部件在电磁场中的受力状态信息之后，仿真终端基于受力状态信息所描述的GIS设备中的部件在电磁场中所承受的电动力合力以及该GIS设备中的部件的结构质量，计算得到平均电动力加速度。

步骤206，根据电动力加速度、以及结构强度有限元模型的结构模型质量，生成结构强度有限元模型的第二受力状态信息。

在实施例中，结构强度有限元模型的结构模型质量是指仿真终端基于GIS设备中的部件的结构信息构建所构建的结构强度有限元模型的模型质量。进一步地，实施例中的第二受力状态信息用于表征GIS设备中的部件对应的结构强度有限元模型承受电磁力或者电动力时的状态。

具体在实施例中，当选择以构建电磁场结构有限元模型对GIS设备中的部件进行受力分析，并得到电磁场计算中GIS设备中的部件承受的电动力合力的情况下；由于电磁场计算采用的大多是简化模型，该结构有限元模型网格简化，由此计算出的电磁力与实际产生的偏差也比较大。更为具体地，电磁场结构有限元模型做了大量的简化，而结构强度有限元模型基本未作简化而保留了具体细节的物理模型。所以，因为简化操作，结构强度有限元模型较电磁场结构有限元模型在体积和质量上存在较大差别；具体能够体现在模型的体积以及质量上的差别。因此，实施例中通过前述的实施例步骤计算得到平均电动力加速度，通过引入平均电动力加速度，使得电磁-结构耦合场中不同细致度的有限元模型之间的荷载传递变为可能。

在其中一个实施例中，根据电动力加速度和结构强度有限元模型的结构模型质量，生成结构强度有限元模型的第二受力状态信息之前，还需要确定结构模型的质量，进而，实施例中的方法包括以下步骤：

步骤一，获取结构强度有限元模型的材料密度和模型体积。

步骤二，根据材料密度和模型体积，得到结构模型质量。

示例性地，同样在进行电动力载荷下机械强度的精确校核的实施场景中，在仿真终端基于简化的电磁场结构有限元模型，得到电磁场计算中GIS设备部件承受的电动力合力，并进一步计算得到平均电动加速度后；基于仿真终端所预先构建的结构强度有限元模型中部件结构体积和材料密度，计算得到结构强度有限元模型中部件结构的质量，结合平均电动加速度，计算得到能够用于结构强度校核的电动力数值。具体计算公式如下：

其中，结构强度计算中部件结构质量；为结构强度计算中部件结构体积；为 材料密度；为用于结构强度校核的电动力。需要注意的是，在计算用于结构强度校核的电 动力数值的过程中，根据达朗贝尔原理，惯性力的方向与加速度方向相反。并且，在计算过 程中，引入了细致较高的结构强度有限元模型参数，使得逼近于真实场景中部件结构 的受力情况，即为第二受力状态信息。

步骤208，根据第二受力状态信息中结构强度有限元模型的应力值、以及目标结构对应的材料强度值，生成结构机械强度的校验结果。

在实施例中，应力值用于表征在受力分析的基础上，通过应力计算确定目标结构各部件的应力大小。材料强度值是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为材料的强度。当材料受外力作用时，其内部产生应力，外力增加，应力相应增大，直至材料内部质点间结合力不足以抵抗所作用的外力时，材料将可能发生破坏。

具体在实施例中，仿真终端可以将前述步骤计算得到的电动力数值输入至结构强 度计算有限元模型中进行求解，实现电动力载荷下的机械强度校核。将用于结构强度计算 中的电动力引入到结构强度计算有限元模型，由于更逼近真实结构的受力，因此电动 力载荷下的机械强度校核更精确。更为具体地，实施例中的仿真终端在对GIS设备中的部件 结构进行（电动力的）受力分析，通过应力计算确定部件结构的应力大小，并且基于有限元 模型快速地计算出结构应力和变形。进一步地，根据计算的应力值和材料强度值进行对比， 判断部件结构是否满足强度要求，从而生成部件机械强度的校核结果。本申请提供的结构 机械强度校验方法，首先，基于目标结构在电磁场中的第一受力状态信息，生成目标结构在 电磁场中的电动力加速度；然后，通过引入电动力加速度作为连接电磁分析和结构强度分 析的桥梁，使得电磁-结构耦合场中不同的模型之间的荷载传递变为可能。在得到电动力加 速度的基础上，基于目标结构对应的结构强度有限元模型，对目标结构进行结构动力学分 析以获得能够应用于结构强度分析计算中的第二受力状态信息；进一步地，根据在第二受 力状态下结构强度有限元模型的应力值和目标结构对应的材料强度值，形成结构机械强度 的校验结果。方法通过电动力加速度完成电磁-结构耦合场中的荷载传递，有效地克服了在 电磁分析过程与结构强度分析过程中因模型切换而产生的误差；电磁力的荷载条件均可以 准确地传递到结构强度有限元模型上，以实现电动力载荷下机械强度的准确校验。

在一个实施例中，第一受力状态信息的获取方式，可以包括以下步骤：

步骤一，获取目标结构在电磁场中的电磁场结构模型。

在实施例中，电磁场结构模型是针对在电磁场中的目标结构采用有限元分析的方式进行建模所形成的有限元模型。

具体在实施例中，可以通过构建电磁场结构有限元模型对GIS设备中各个部件在电磁场中的受力情况进行分析；为此，仿真终端首先需要构建GIS设备在电磁场中的结构有限元模型。与构建结构强度有限元模型相类似地，在建模过程中，首先需要基于GIS设备的结构信息进行初步建模，在建模过程中将表征GIS设备的几何体细分成若干个单元，并确定每个单元定义材料属性，例如电导率、磁导率、以及介电常数等。进一步地，仿真终端需要对电磁场进行计算，为有限元模型添加边界条件和载荷。边界条件和载荷的添加需要考虑实际应用场景，如电流、电压、磁场强度等；在满足收敛条件的情况，即得到该GIS设备对应电磁场结构模型。

步骤二，根据电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成第一受力状态信息。

具体在实施例中，在上一步骤中所构建得到的电磁场结构模型为有限元模型，基于有限元模型的特征，在GIS设备对应的模型中，任何部件或结构均是由若干数量单元（例如，四面体或者六面体等）所构成的。因此，实施例中需要对GIS设备中某个特定的部件结构时，首先需要在电磁场结构（有限元）模型中确定特定的部件结构所包括的所有单元，并同步获取每个单元的受力情况，将所有单元的受力情况进行整合，最终形成该GIS设备中某个特定的部件结构的所承受的合力，即形成该部件结构的第一受力状态信息。实施例中通过有限元分析的方式确定目标结构的受力状态信息，能够快速且相对准确地对目标结构进行受力分析。

如图3所示，为了进一步地提高针对电磁场中的目标结构受力分析的效率，在其中一个实施例中，根据电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成第一受力状态信息，包括以下步骤：

步骤302，获取电磁场结构模型中的电流路径信息。

步骤304，在保留电流路径信息的情况下，对电磁场结构模型进行压缩。

步骤306，基于压缩后的电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成第一受力状态信息。

具体在实施例中，针对电磁场结构模型进行简化压缩处理的过程，核心摸底是将与电流路径无关的零件删除或压缩掉；例如，实施例中GIS设备在电磁场结构模型中的绝缘体、机构箱、螺钉、不作为电流回路的壳体；注入此类导体不通流的位置，可以采用直接切除的方式进行简化。同时，针对电磁场结构模型中的细小缝隙（例如，螺纹孔等）也进行删除。在保证电流路径信息完整、并且零件外部显著特征（例如，如连接路径和通流长度等特征）不变的情况下，去除模型中所有零部件的圆角、倒角；删除弹簧触指，动静触头之间配合无间隙；设计工程师明确不需关注的位置，直接用等径直导体代替实际零件，以保证电流路径信息能够更为直观、清楚地体现。在完成前述的简化操作之后，基于完整保留的电流路径信息，结合电磁场的分布，通过有限元分析的方式对模型中特定的部件结构的受力情况进行分析，以得到第一受力状态信息。实施例中通过对电磁场结构模型进行合理的简化，仅保留电磁场中的电动力受力分析的电流路径信息，使得模型的运算处理过程的涉及的数据量进行了有效精简，提高了针对模型的受力状态运算处理过程的效率。

在一个实施例中，方法中基于压缩后的电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成第一受力状态信息的过程，包括以下步骤：

步骤一，获取电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中承受的安培力数据。

步骤二，将多个有限元单元对应的安培力数据进行组合，生成电磁场结构模型的电动力数据。

步骤三，根据电动力数据生成电磁场结构模型的第一受力状态信息。

在实施例中，安培力是指通电导线在磁场中受到的作用力。具体在实施例中，前述步骤在构建电磁场结构模型的过程中，采用网格的方式对GIS设备对应的电磁场结构模型进行有限元的划分和离散处理。进而，在完成对电磁场结构模型的网格离散后，为模型施加交变的电流激励，根据麦克斯韦尔方程，变化的电流产生变化的磁场，进一步得到模型中的磁场分布。更进一步，基于安培力法则，通流导体在磁场中会受到安培力，各个网格单元受到安培力的作用，基于有限元的分析原理，将多个网格单元所收到的安培力进行整合，从而得到电磁结构有限元模型的电动力合力。实施例中针对GIS设备中存在非常复杂的组合部件时候，比如不均匀的材料特性、任意的边界条件、复杂的几何形状等混杂在一起的时候，采用有限元分析的方法，基于每个有限元单元所受到的安培力进行整合，最终确定复杂结构所受的电动力合力，能够实现灵活的处理和求解，提高运算处理效率。

在其中一个实施例中，方法中根据第一受力状态信息，生成目标结构在电磁场中的电动力加速度的过程，可以包括以下步骤：

步骤一，获取电磁场结构模型的质量。

步骤二，根据第一受力状态信息和电磁场结构模型的质量，计算得到目标结构在电磁场中的电动力加速度。

在实施例中，电磁场结构模型的质量是用于表征通过仿真软件进行建模得到的模 型质量，并且该模型质量是通过模型体积以及模型的材料密度等模型参数确定的。更为具 体地，仿真设备需要基于电磁场结构模型所承受的电动力合力、以及电磁场结构模型对应 的仿真（模型）质量得到平均电动力加速度。更为具体地，GIS设备中部件结构在电磁场所形 成的电动力作用下，整体以平均加速度运动，并且可以认为该部件结构上每个致电 的电动力加速度均为；故可以得到以下表达式：

其中，M_m电磁场计算中结构质量；为电磁场结构有限元模型中的结构体积；为 材料密度；为电磁场结构有限元模型中结构承受的电动力合力。在计算得到平均电动加 速度后，实施例中电动力与实际产生的偏差会被最大限度地减少；简化模型获得的简化模 型下的电磁力，而在实际场景中，非简化物理模型受到的电磁力与上述简化模型获得的电 动力大小因为简化操作而电动力结果差别非常大。通过平均电动力加速度作为共有的、大 小相同的物理量作为桥梁，获得非简化模型的准确的电动力。

结合应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

结合说明书附图4，对本申请技术方案中提供的结构机械强度校验方法进行完整的实施过程进行描述如下：

步骤一，构建电磁场结构有限元模型，并确定电磁场中目标结构承受的电动力合力。生成简化的电磁场结构有限元模型，对网格离散后有限元模型施加交变的电流激励，根据麦克斯韦尔方程，变化的电流产生变化的磁场。根据安培力法则，通流导体在磁场中受到安培力，各个网格单元受到安培力的作用，采用有限元分析方法进行处理，得到电磁结构有限元模型的电动力合力。

步骤二，根据电磁场中结构承受的电动力合力以及电磁场中的结构质量，得到平 均电动力加速度。电磁场中结构在电动力作用下，整体以平均加速度运动，并认为该 结构上每一质点电动加速度均为。简化的模型获得的电磁力对应简化模型下的电磁力， 实际非简化物理模型受到的电磁力与上述简化模型获得的电磁力大小因为简化操作而电 动力结果差别非常大。通过平均电动力加速度作为共有的、大小相同的物理量作为桥梁，获 得非简化模型的准确的电动力。

步骤三，基于结构强度有限元模型中的结构质量，利用平均电动力加速度，得到用于结构强度计算中的电动力。实施例中在结构动力学分析中构建的结构强度有限元模型，相比于电磁场分析中的结构有限元模型更为复杂，因此在体积和质量上存在一定的差别。因此，实施例通过引入的平均电动力加速度，然后采用结构强度计算中结构质量，计算更精准的用于结构强度校核过程中的电动力。

步骤四，将用于结构强度校核过程中的电动力输入到结构强度计算有限元模型中 进行求解，实现电动力载荷下的机械强度校核。实施例中，将用于结构强度计算中的电动力引入到结构强度计算有限元模型，由于更逼近真实结构的受力，因此电动力载荷下的 机械强度校核更精确。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的结构机械强度校验方法的结构机械强度的校验装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个结构机械强度的校验装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于结构机械强度校验方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种结构机械强度的校验装置500，包括：信息获取模块501、加速度计算模块502、受力分析模块503和强度校验模块504，其中：

信息获取模块501，用于获取目标结构在电磁场中的第一受力状态信息和目标结构对应的结构强度有限元模型。

加速度计算模块502，用于根据第一受力状态信息，确定目标结构在电磁场中的电动力加速度。

受力分析模块503，用于根据电动力加速度、以及结构强度有限元模型的结构模型质量，生成结构强度有限元模型的第二受力状态信息。

强度校验模块504，用于根据第二受力状态信息中结构强度有限元模型的应力值、以及目标结构对应的材料强度值，生成结构机械强度的校验结果。

在其中一个实施例中，信息获取模块501还用于获取目标结构在电磁场中的电磁场结构模型；根据电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成第一受力状态信息。

在其中一个实施例中，信息获取模块501还用于获取电磁场结构模型中的电流路径信息；在保留电流路径信息的情况下，对电磁场结构模型进行压缩；基于压缩后的电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成第一受力状态信息。

在其中一个实施例中，信息获取模块501还用于获取电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中承受的安培力数据；将多个有限元单元对应的安培力数据进行组合，生成电磁场结构模型的电动力数据；根据电动力数据生成电磁场结构模型的第一受力状态信息。

在其中一个实施例中，加速度计算模块502还用于获取电磁场结构模型的质量；根据第一受力状态信息和电磁场结构模型的质量，计算得到目标结构在电磁场中的电动力加速度。

在其中一个实施例中，受力分析模块503还用于获取结构强度有限元模型的材料密度和模型体积；根据材料密度和模型体积，得到结构模型质量。

上述结构机械强度的校验装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC（近场通信）或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种结构机械强度校验方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面，可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic RandomAccess Memory，DRAM）等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种结构机械强度校验方法，其特征在于，所述方法包括：

获取目标结构在电磁场中的第一受力状态信息和目标结构对应的结构强度有限元模型；

根据所述第一受力状态信息，确定所述目标结构在电磁场中的电动力加速度；

根据所述电动力加速度、以及所述结构强度有限元模型的结构模型质量，生成所述结构强度有限元模型的第二受力状态信息；

根据所述第二受力状态信息中所述结构强度有限元模型的应力值、以及所述目标结构对应的材料强度值，生成结构机械强度的校验结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一受力状态信息的获取方式，包括以下步骤：

获取所述目标结构在电磁场中的电磁场结构模型；

根据所述电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成所述第一受力状态信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成所述第一受力状态信息包括：

获取所述电磁场结构模型中的电流路径信息；

在保留所述电流路径信息的情况下，对所述电磁场结构模型进行压缩；

基于压缩后的所述电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成所述第一受力状态信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于压缩后的所述电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中的受力状态信息，生成所述第一受力状态信息包括：

获取所述电磁场结构模型中各个有限元单元在电磁场中承受的安培力数据；

将多个有限元单元对应的安培力数据进行组合，生成所述电磁场结构模型的电动力数据；

根据所述电动力数据生成所述电磁场结构模型的第一受力状态信息。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一受力状态信息，生成所述目标结构在电磁场中的电动力加速度包括：

获取电磁场结构模型的质量；

根据所述第一受力状态信息和所述电磁场结构模型的质量，计算得到所述目标结构在电磁场中的电动力加速度。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，在根据所述电动力加速度和所述结构强度有限元模型的结构模型质量，生成所述结构强度有限元模型的第二受力状态信息之前，还包括：

获取所述结构强度有限元模型的材料密度和模型体积；

根据所述材料密度和所述模型体积，得到所述结构模型质量。

7.一种结构机械强度的校验装置，其特征在于，所述装置包括：

信息获取模块，用于获取目标结构在电磁场中的第一受力状态信息和目标结构对应的结构强度有限元模型；

加速度计算模块，用于根据所述第一受力状态信息，确定所述目标结构在电磁场中的电动力加速度；

受力分析模块，用于根据所述电动力加速度、以及所述结构强度有限元模型的结构模型质量，生成所述结构强度有限元模型的第二受力状态信息；

强度校验模块，用于根据所述第二受力状态信息中所述结构强度有限元模型的应力值、以及所述目标结构对应的材料强度值，生成结构机械强度的校验结果。

8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，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6中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。