一种船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法、计算机存储介质及计算机设备

摘要

本申请的船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法、计算机存储介质及计算机设备,通过步骤S1获取仿真所需参数；步骤S2求解排气管支点处受力；步骤S3选取初始支架板材厚度；步骤S4加载几何模型中仿真参数；步骤S5:网格划分，完有限元求解；步骤S6判断有限元计算结果，根据结果判断是进入步骤S8还是进入S7；步骤S7根据板材厚度判断是增加板材厚度后进入步骤S5还是调整支架结构后进入步骤S5；步骤S8输出排气管支架结构，填补了现有技术通用于船舶高温排气管支架优化的空白，能够快速准确的调整排气管支架结构参数，在保证排气系统安全性的同时降低了排气管支架重量,提高了管路系统建模效率，缩短了船舶建造周期。

说明书

技术领域

本发明涉及船舶设计领域，尤其是涉及一种船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法、计算机存储介质及计算机设备。

背景技术

船舶排气管在实际应用中会受到高温、高压和振动冲击等多重作用的影响，从而导致排气管在调试和试航环节发生变形、断裂。为防止这种情况，需采用排气管支架连接船体结构以实现排气系统的固定和支撑，使得排气系统安全、稳定地运行。

现有技术存在多个基于船舶排气管支架结构改良与优化的技术方案，如公开号为CN210284574U和CN210622904U的实用新型,但上述船舶排气管支架结构的结构改良与优化均受到船舶个性化设计和机舱设备空间布局限制，只适用于特定支架，并不能通用于所有船舶排气管支架。同时，在船舶节能减排的大趋势下，排气管支架板材厚度减少有利于降低船体总重量，但支架板材厚度减少与排气系统的安全性存在矛盾，如何评估支架板材厚度减少空间在当前公开资料中鲜有涉及。此外，排气管内部流动温度较高，压力较大，并且温度和压力会随着管内流向的发展而逐渐变化。支架力学仿真若采用全三维流、热、固耦合仿真计算方法，则耗时较长且对计算资源有着较大需求；而采用管网仿真分析方法无法实现上述温度和压力变化过程，且给出计算结果难以在设计阶段令船东、船检信服。如何根据上述温度和压力变化快速调整排气管支架结构参数，当前仿真软件和计算方法尚无明确定论。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本申请提供种船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法，可以通用于船舶排气管支架、能够评估船舶支架板材厚度减少空间，且能快速调整排气管支架结构参数。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法，包括以下步骤：

S1:由原始参数经简单计算获取仿真所需参数；

S2:利用仿真所需参数自动求解排气管支点处受力；

S3:从模型库中调用支架结构、选取初始支架板材厚度B；

S4:将步骤S2中获得的受力结果加载至排气管支架几何模型中；

S5:将排气管支架几何模型进行网格划分，完成基于外加力学边界条件的有限元求解；

S6:对有限元计算结果进行自动获取并判断：

(i)若仿真结果的全局最大应力值σ

(ii)若仿真结果的全局最大应力值σ

S7:对板材厚度B进行自动获取并判断：

(i)若板材厚度B小于板材厚度最大值B

(ii)若板材厚度B大于或等于板材厚度最大值B

S8:将排气管支架结构输出至船舶高温排气管三维模型中，并将仿真结果的全局最大应力值σ

在一种实施方案中，所述仿真所需参数包括管内介质工作压力p、膨胀节有效截面积A、膨胀节伸缩量ΔL、膨胀节刚度C、管道材质、管道附件重量及保温材质。

在一种实施方案中，所述步骤S2中求解排气管支点处受力F的具体方法如公式一所示：

F＝F

其中：F：支点处受力，N；

F

F

F

F

在一种实施方案中，公式一中不平衡内压力F

F

A：膨胀节有效截面积，mm；

公式一中膨胀节反弹力F

F

C：膨胀节刚度，N/mm；

公式一中重力载荷F

F

其中，M：管道、管道附件及保温结构的总质量，kg；

g：重力加速度，m/s2；

公式一中摩擦力F

F

其中，F

a

在一种实施方案中，步骤S2中采用批处理自动求解排气管支点处受力，步骤S4采用批处理将获得的受力结果加载至排气管支架几何模型中。

在一种实施方案中，步骤S3中选取初始支架板材厚度B为10mm,步骤S7中板材厚度最大值B

在一种实施方案中，步骤S7(ii)中，设计人员在排气管支点位置附近设置排气管吊架，以对支架结构布置进行调整优化。

本发明还提供一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法。

本发明还提供一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法。

在一种实施方案中，所述处理器为中央处理器、网络处理器、数字信号处理器、专用集成电路或现场可编程门阵列中的一种。

本发明还提供一种船舶，。

与现有技术相比，本申请中的有益效果为：

本申请的船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法、计算机存储介质及计算机设备,通过步骤S1获取仿真所需参数；步骤S2求解排气管支点处受力；步骤S3选取初始支架板材厚度；步骤S4加载几何模型中仿真参数；步骤S5:网格划分，完有限元求解；步骤S6判断有限元计算结果，根据结果判断是进入步骤S8还是进入S7；步骤S7根据板材厚度判断是增加板材厚度后进入步骤S5还是调整支架结构后进入步骤S5；步骤S8输出排气管支架结构，填补了现有技术通用于船舶高温排气管支架优化的空白，能够快速准确的调整排气管支架结构参数，在保证排气系统安全性的同时降低了排气管支架重量,提高了管路系统建模效率，缩短了船舶建造周期。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例中船舶排气管弯头处支架结构示意图；

图2为本申请实施例中船舶排气管支架多维一体化快速优化方法流程图；

图3为本申请实施例中船舶排气管弯头处支架受力变形示意图；

图4为本申请实施例中船舶排气管弯头处支架优化示意图。

附图标记：1、膨胀节；2、弯头；3、支架；4、吊架。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

鉴于当前CATIA(Computer Aided Three-dim ensional InteractiveApplication计算机辅助三维交互应用)三维建模软件平台已逐步打通CAD(ComputerAided Design计算机辅助设计)与CAE(Computer Aided Engineering计算机辅助工程)模块限制，本申请实施例采用CATIA软件对船舶高温排气管支架进行仿真；排气管弯头处受力恶劣且易发生损坏，弯头2处支架结构常采用附图1所示，在弯头2中间位置设置支架3，本申请实施例针对工作条件恶劣的弯头处进行受力分析与说明，其他位置受力分析较弯头处简单，且分析过程基本一致，船舶高温排气管弯头支架多维一体化快速优化方法同样适用于其他位置支架，在此不再赘述船舶高温排气管其他位置支架多维一体化快速优化方法。

参考附图2，船舶高温排气管弯头支架多维一体化快速优化方法，包括以下步骤：

S1:由CATIA软件中原始参数经简单计算获取仿真所需参数，其中仿真所需参数包括管内介质工作压力p，膨胀节有效截面积A，膨胀节伸缩量ΔL，膨胀节刚度C，管道材质，管道附件重量，保温材质等；

S2:采用批处理或其他脚本语言利用仿真所需参数自动求解排气管支点处受力F；

具体求解方法如式(1)所示：

F

式(1)中，F

F

F

F

F

式(1)中力的方向可根据求解过程单独判断；

其中不平衡内压力F

F

式(2)中，p：管内介质工作压力，barg；

A：膨胀节有效截面积，mm；

膨胀节反弹力F

F

式(3)中，ΔL：膨胀节伸缩量，mm；

C：膨胀节刚度，N/mm；

重力载荷F

F

式(4)中，M：管道、管道附件、保温结构等总质量，kg；

g：重力加速度，m/s2；

需要说明的是，气体管路重力计算通常可忽略管内介质重力影响。

摩擦力F

F

式(5)中，F

a

S3:从CATIA软件模型库中调用支架结构、选取初始支架板材厚度B，初始支架板材厚度选取范围为10mm≤B＜16mm，为了尽可能减少支架板材重量，初始板材后端选为10mm。

S4:采用批处理或其他脚本语言将步骤S2中获得的受力F结果加载至排气管支架几何模型中；

S5:在CATIA软件中将排气管支架几何模型进行网格划分，完成基于外加力学边界条件的有限元求解；

S6:对有限元计算结果进行自动获取并判断：

(i)若仿真结果的全局最大应力值σ

(ii)若仿真结果的全局最大应力值σ

S7:对板材厚度B进行自动获取并判断：

(i)若板材厚度B小于板材厚度最大值B

(ii)若板材厚度B大于或等于板材厚度最大值B

S8:将排气管支架结构输出至船舶高温排气管三维模型中，并将仿真结果的全局最大应力值σ

另外，本发明实施例中还提供一种计算机存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法。

在一种实施方案中，存储介质包括：ROM(Read-Only Memory只读存储器)、RAM(Random Access Memory随机存取存取器)、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例中还提供一种计算机设备，包括存储器及处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法。

在一种实施方案中，存储器包括：ROM(Read-Only Memory只读存储器)、RAM(Random Access Memory随机存取存取器)、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。处理器与所述存储器相连，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述恒流充电中电池微短路判断终端执行上述的恒流充电中电池微短路判断方法。

处理器包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件

本发明在降低排气管支架重量，提高主机排气系统安全性，提高大型远洋船舶运行经济性等方面具有巨大优势。本发明能够在设计阶段，针对排气管支架结构设计参数，充分利用计算机辅助设计功能，耦合一维求解过程和三维有限元仿真分析等多维计算方法，求解及仿真结果能够从原理层面获取船东、船检认可；同时，本发明在CATIA平台完成CAD建模和CAE一体化仿真分析，利用批处理和脚本语言等方法，省去重复建模或模型导入、导出等冗余步骤，显著降低排气管支架结构设计与优化时间；此外，本发明从多维度层面充分考虑多参数对支架结构的影响，明显提高了支架设计的安全性和可靠性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。