一种基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法及系统技术方案

一种基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法及系统，监测方法包括以下步骤：在管道关键位置通过传感器采集工作状态下管路实际受到的载荷数据；将传感器采集到的数据根据传感器接口进行分类存储；将传感器采集到的数据加载到CAE仿真模型上，通过真实测试数据对CAE仿真模型进行加载计算得到有限元仿真结果，利用有限元仿真结果获得管网任意位置的多物理场信息；将管网任意位置的多物理场信息进行存储并以可视化形式对数据进行展现；根据有限元仿真结果分析得到管道的健康状态，根据管道的健康状态智能报警。本发明专利技术能够实现全管网的检验，节省人工成本，保证监测效果的真实性，实现精准预测损伤部位。精准预测损伤部位。精准预测损伤部位。

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法及系统


[0001]本专利技术属于工业管道健康检测
，具体涉及一种基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法及系统。

技术介绍

[0002]工业管道在矿工企业尤其是化工能源企业中发挥着重要的作用，但是由于其特殊性使得管道很容易受到外界环境的影响，出现损伤而影响到压力管道的运营质量，严重的甚至还会造成意外，引发不可挽回的损失。
[0003]目前国内外在工业管道的安全运行方面大多采用法兰连接、沟槽管道连接以及焊接等工艺进行拼装，管道的材质大多为钢铁、陶瓷、PVC以及各种工程塑料等材质，密封材料大多采用橡胶以及各种合成橡胶来进行密封，在管道的实际应用当中，由于压力、脉冲、震动、负压、真空、急剧变形以及材质不合格的众多原因，从而导致出现泄露、破损、磨损，进而无法保持压力等各种现象，对工业生产造成了巨大损失。
[0004]工业管道健康检测技术作为一个新兴发展的研究领域，其发展时间短，目前许多应用技术还不太成熟，许多检测方法都存在着不同程度的局限性，有很多问题有待解决。目前的解决方案大多选用人工巡检、超声以及探伤仪等方式进行抽检和局部检验，通过定期更换的方式进行解决，现有的方式存在大量误报、漏检现象的发生，然而一旦管道出现故障，将会带来人员安全威胁、工业成本增加等巨大隐患。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提供一种基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法及系统，能够实现全管网的检验，检验数据为管道全运营周期数据以及预测性数据，能够节省人工成本，并且保证效果的真实性，实现精准预测损伤部位。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法，包括以下步骤：
[0008]在管道关键位置通过传感器采集工作状态下管路实际受到的载荷数据；
[0009]将传感器采集到的数据根据传感器接口进行分类存储；
[0010]将传感器采集到的数据加载到CAE仿真模型上，通过真实测试数据对CAE仿真模型进行加载计算得到有限元仿真结果，利用有限元仿真结果获得管网任意位置的多物理场信息；
[0011]将管网任意位置的多物理场信息进行存储并以可视化形式对数据进行展现；
[0012]根据有限元仿真结果分析得到管道的健康状态，根据管道的健康状态智能报警。
[0013]作为本专利技术监测方法的一种优选方案，所述管道关键位置包括管道连接处、长直管道的中部以及管道弯头位置。
[0014]作为本专利技术监测方法的一种优选方案，所述的传感器包括加速度传感器和应变传
感器，速度传感器用于测量管道内部流体运动或冲击导致的动态加速度，应变传感器用于测量管道的应变大小。
[0015]作为本专利技术监测方法的一种优选方案，所述的加速度传感器选择型号为ADXL345的超低功耗3轴加速度计，13位分辨率，测量范围为
±
16g，输出数据为16位二进制补码格式，通过3线或4线的SPI或I2C数字接口访问；
[0016]所述应变传感器的型号选择Columbia DT3625。
[0017]作为本专利技术监测方法的一种优选方案，通过ADAS3022数据采集系统将传感器采集到的数据根据传感器接口进行分类存储。
[0018]作为本专利技术监测方法的一种优选方案，所述的CAE仿真模型对管道几何模型离散化，管壁采用边界层网格，且管道长直段内的网格大小均匀。
[0019]作为本专利技术监测方法的一种优选方案，所述以可视化形式对数据进行展现包括通过虚拟仪表、虚拟曲线以及关键数值进行展现。
[0020]作为本专利技术监测方法的一种优选方案，所述根据有限元仿真结果分析得到管道的健康状态具体值：通过将传感器采集到的数据与有限元仿真结果进行大数据分析，评估管道是否会发生压力异常、振动异常、脉冲异常、负压异常、气泡异常以及堵塞异常，如评估会发生则进行报警。
[0021]第二方面，本专利技术实施例提供一种基于仿真技术的工业管道孪生健康监测系统，包括：
[0022]管道载荷数据采集模块，用于在管道关键位置通过传感器采集工作状态下管路实际受到的载荷数据；
[0023]数据分类存储模块，用于将传感器采集到的数据根据传感器接口进行分类存储；
[0024]CAE仿真模型分析模块，用于将传感器采集到的数据加载到CAE仿真模型上，通过真实测试数据对CAE仿真模型进行加载计算得到有限元仿真结果，利用有限元仿真结果获得管网任意位置的多物理场信息；
[0025]数据可视化模块，用于将管网任意位置的多物理场信息进行存储并以可视化形式对数据进行展现；
[0026]管道健康状态分析与报警模块，用于根据有限元仿真结果分析得到管道的健康状态，根据管道的健康状态智能报警。
[0027]相较于现有技术，本专利技术至少具有如下的有益效果：
[0028]第一点，本专利技术通过将传感器采集到的数据加载到CAE仿真模型上，通过真实测试数据对CAE仿真模型进行加载计算得到有限元仿真结果，利用有限元仿真结果获得管网任意位置的多物理场信息，本专利技术实现了全管网位置的检验，在任何位置皆有数据，由于基于有限元方法的CAE仿真计算将结构离散成单元，只需要加入初始条件和边界条件即能够得到任意单元和节点的物理信息。
[0029]第二点，本专利技术检验位置的检测数据为实现数字化数据，将现实世界的真是运营数据全部实现数字化真实反映，成立物理场，形成计算机镜像。本专利技术是应用检测振动、应变数据作为有限元仿真模型的输入，得到实时的有限元仿真结果，形成计算机上的虚拟模型。
[0030]第三点，本专利技术随整个管道系统运行一起监测，通过有限元仿真算法进行管路的
疲劳寿命分析，预测结构是否会发生破坏。本专利技术检验数据为全运营周期数据以及预测性数据，从而形成产品的生命周期管理。
[0031]第四点，本专利技术能够完全减掉人工成本并且保证监测效果的真实性，尤其管道内壁运输介质非常复杂的情况，可以对传感器采集到的数据进行真实反馈。
[0032]第五点，本专利技术在管道外壁即可通过仿真计算得到任何高压力运输管道在正常运行以及突然出现泄露、负压、震动及脉冲等情况下的损伤位置预警以及由于出现意外从而导致管道的其他位置的变化情况。
[0033]第六点，本专利技术无需人工计算，一次性成本投入，传感器监测数据超出正常数值范围后立刻报警，发现预测性安全问题，不会造成计划外停工停产。保证安全库存，进而形成有计划的统筹运营。
[0034]第七点，基于有限元分析方法可以计算模型的疲劳寿命，当设备即将到达使用寿命时平台报警提出更换或维修建议。因此，本专利技术能够精准预测损伤部位进行提前库存准备的有的放矢，做到精准维修。
附图说明
[0035]图1本专利技术实施例基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法流程图；
[0036]图2本专利技术实施例ADA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法，其特征在于，包括以下步骤：在管道关键位置通过传感器采集工作状态下管路实际受到的载荷数据；将传感器采集到的数据根据传感器接口进行分类存储；将传感器采集到的数据加载到CAE仿真模型上，通过真实测试数据对CAE仿真模型进行加载计算得到有限元仿真结果，利用有限元仿真结果获得管网任意位置的多物理场信息；将管网任意位置的多物理场信息进行存储并以可视化形式对数据进行展现；根据有限元仿真结果分析得到管道的健康状态，根据管道的健康状态智能报警。2.根据权利要求1所述基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法，其特征在于：所述管道关键位置包括管道连接处、长直管道的中部以及管道弯头位置。3.根据权利要求1所述基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法，其特征在于：所述的传感器包括加速度传感器和应变传感器，速度传感器用于测量管道内部流体运动或冲击导致的动态加速度，应变传感器用于测量管道的应变大小。4.根据权利要求3所述基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法，其特征在于：所述的加速度传感器选择型号为ADXL345的超低功耗3轴加速度计，13位分辨率，测量范围为
±
16g，输出数据为16位二进制补码格式，通过3线或4线的SPI或I2C数字接口访问；所述应变传感器的型号选择Columbia DT3625。5.根据权利要求1所述基于仿真技术的工业管道孪生健康监测方法，其特征在于：通过ADAS3022数据采集系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭胜华，
申请(专利权)人：陕西燕翼贻谋工业智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：