基于Python的换流阀抗震分析Abaqus参数化建模方法及存储介质技术

本发明专利技术涉及有限元建模和数值仿真技术领域，公开了一种基于Python的换流阀抗震分析Abaqus参数化建模方法及存储介质，本方法包括以下步骤：步骤一：根据实际工程确定换流阀的尺寸、材料及其力学性能参数，同时确定所需采用的抗震分析方法；步骤二：通过Python脚本程序写入相应的建模信息，搭建有限元模型的基本结构；步骤三：运行步骤二中的Python脚本程序，在交互式对话框中输入步骤一中所确定的参数；步骤四：Abaqus软件读取步骤三中输入的参数，通过Python程序自动生成相应的有限元模型，并根据需要进行反应谱或地震波时程分析。本方法能针对不同参数尺寸的换流阀进行快速自动建模，极大地提高了建模效率和准确性，方便对各类换流阀进行抗震分析。类换流阀进行抗震分析。类换流阀进行抗震分析。

【技术实现步骤摘要】
基于Python的换流阀抗震分析Abaqus参数化建模方法及存储介质


[0001]本专利技术涉及有限元建模和数值仿真
，具体涉及一种基于Python的换流阀抗震分析Abaqus参数化建模方法及存储介质。

技术介绍

[0002]特高压输电是世界上最先进的输电方式。中国幅员辽阔，人口众多，大多数人口集中在经济发达的中部及东部沿海地区，经济生活需要消耗大量能源，尤其需要充足的电力供应，而中国用于发电的煤炭及水能资源集中分布于华北、西北及西南地区，如煤炭储量丰富的山西、陕西、宁夏、新疆部分地区，以及水能资源丰富的西南地区(雅砻江、金沙江、澜沧江、雅鲁藏布江等)。电力供给与需求间的地区不平衡问题尤为突出。特高压直流输电能够很好地解决我国能源分布不平衡的问题，它是解决高电压、大容量、远距离送电和电网互联的一个重要手段。直流输电将交流电通过换流器变换成直流电，然后通过直流输电线路送至受电端并通过换流器变成交流电，最终注入交流电网。相对交流输电来说，直流输电具有输送灵活、损耗小、能够节约输电走廊、能够实现快速控制等优点。特高压直流输电具备点对点、超远距离、大容量送电能力，主要定位于我国西南大水电基地和西北大煤电基地的超远距离、超大容量外送。
[0003]换流阀是特高压直流输电中的核心电气设备，其抗震性能也直接影响到整个换流站的安全运行。不同的换流阀厂家在设计、生产中，其结构有所不同，但大体均可分为悬吊绝缘子、顶屏蔽层、底屏蔽层、层间绝缘子、晶闸管阀模块、水管和避雷器几个部分。对换流阀的抗震分析离不开有限元仿真技术，Abaqus是一套功能强大的基于有限单元法的工程模拟软件，它可以解决从简单的线性分析到复杂的非线性模拟等各种问题。Abaqus具有十分丰富的单元库，可以模拟几乎任意实际形状。Abaqus也具有相当丰富的材料模型库，可以模拟大多数典型工程材料的性能，包括金属、陶瓷和复合材料等。
[0004]在常规建模程序中，需通过可视化界面进行操作，这种建模方式需耗费大量时间，过程冗杂，还容易因为偶然的操作失误而导致整个模型带错运行，且这种错误不易被发现。采用参数化建模所有的步骤均通过程序进行，修改模型仅需添加或修改代码，程序语言的可重用性很好地解决了这一问题。同时，对于不同厂家生产的换流阀塔，其外形尺寸有所不同，若采用可视化界面，修改模型几何尺寸的工作量很大，操作繁琐，时间和人工成本均较高，且很容易产生差错。参数化建模仅需修改关键几何参数后再次运行程序即可，其中重复性的操作(如各层阀模块间相同的连接等)可采用循环语句得以实现，这极大地提高了建模的效率和模型的准确性。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种基于Python的换流阀抗震分析Abaqus参数化建模方法及存储介质，本方法能针对不同参数尺寸的换流阀
进行快速自动建模，极大地提高了建模效率和准确性，方便对各类换流阀进行抗震分析。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种基于Python的换流阀抗震分析Abaqus参数化建模方法，包括：
[0008]步骤一：根据实际工程情况确定使用的换流阀的参数信息，同时确定需要采用的抗震分析方法；
[0009]步骤二：通过编写Python脚本程序搭建有限元模型所需的建模信息，继而搭建出代码形式的有限元模型的基本结构；
[0010]步骤三：运行步骤二中的Python脚本程序，并向Python脚本程序输入步骤一中确定的换流阀参数信息；
[0011]步骤四：采用Abaqus软件读取步骤三中输入的换流阀参数信息，通过Python脚本程序自动生成相应的有限元模型，并结合抗震分析方法对有限元模型进行抗震分析。
[0012]其中，步骤二是实现换流阀参数化建模的核心步骤，步骤二中的Python脚本程序中包含了有限元模型中关于换流阀的所有信息，步骤二将换流阀的部件、材料、截面、属性、装配、分析步、相互作用、荷载、网格和作业等内容信息均集合到了Python脚本程序中，从而使得在步骤四中能够自动生成相应的有限元模型。
[0013]进一步的，所述步骤二中调用“from abaqus import”函数编写Python脚本程序，且除特定输入参数代码外，程序中的内容用户不得随意更改。
[0014]进一步的，所述步骤二包括：采用Python脚本程序编写有限元模型中的部件模块、材料模块、截面模块、属性模块、装配模块、分析步模块、相互作用模块、荷载模块、网格模块和作业模块；
[0015]其中，在所述部件模块中，建立换流阀的各个部件，各个部件具体包括：底/顶屏蔽层、阀塔水管、悬吊绝缘子、避雷器、层间绝缘子、层内阀组模块、层间阀模块连接杆以及阀塔顶部吊梁；
[0016]在所述材料模块中，建立换流阀各个部件所采用的材料，并定义相应的力学性能参数，其中，材料包括：铝合金ZL101A、钢材Q235B、悬吊绝缘子复合材料、PVDF水管、层间绝缘子材料和避雷器瓷套管材料；
[0017]在所述截面模块中，建立换流阀各个部件对应的截面，并将这些截面赋予给对应的换流阀部件；其中，截面包括：底/顶屏蔽层工字钢截面、水管圆截面、悬吊绝缘子及层间绝缘子圆截面、避雷器圆管截面、阀塔吊梁圆截面；
[0018]在所述属性模块中，添加集中质点，用于模拟换流阀内部阀模块的质量；
[0019]在所述装配模块中，通过导入不同部件，并挪动其几何位置，建立出换流阀的整体几何模型；
[0020]在所述分析步模块中，建立静力分析步、频谱分析步及反应谱或时程分析计算分析步；
[0021]在所述相互作用模块中，建立换流阀各部件之间的连接；其中，连接包括：悬吊绝缘子与顶屏蔽层间的铰接、顶屏蔽层与层间绝缘子间的连接、层间绝缘子与阀模块及底屏蔽层间的连接、以及换流阀塔与避雷器及水管间的连接；
[0022]在所述荷载模块中，添加重力荷载和风荷载，并设置边界条件；
[0023]在所述网格模块中，对各个部件划分网格单元；
[0024]在所述作业模块中，建立作业分析，设定最大内存和并行处理器个数。
[0025]进一步的，所述步骤三中，采用交互式对话框的形式向Python脚本程序输入步骤一中确定的换流阀参数信息，从而能够很方便地修改换流阀相关信息，无需在建模过程中修改程序代码。
[0026]进一步的，所述抗震分析方法包括振型分解反应谱法和地震波时程分析法。
[0027]第二方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述第一方面所述的方法。
[0028]与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
[0029](1)用户在建立换流阀模型的过程中，无需依赖第三方软件(如CAD等)，即可完成具有复杂结构的换流阀建模工作，从而降低了建模过程对Abaqus以外的软件的依赖性；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于Python的换流阀抗震分析Abaqus参数化建模方法及存储介质，其特征在于，包括：步骤一：根据实际工程情况确定使用的换流阀的参数信息，同时确定需要采用的抗震分析方法；步骤二：通过编写Python脚本程序搭建有限元模型所需的建模信息，继而搭建出代码形式的有限元模型的基本结构；步骤三：运行步骤二中的Python脚本程序，并向Python脚本程序输入步骤一中确定的换流阀参数信息；步骤四：采用Abaqus软件读取步骤三中输入的换流阀参数信息，通过Python脚本程序自动生成相应的有限元模型，并结合抗震分析方法对有限元模型进行抗震分析。2.根据权利要求1所述的基于Python的换流阀抗震分析Abaqus参数化建模方法及存储介质，其特征在于，所述步骤二中调用“from abaqus import”函数编写Python脚本程序。3.根据权利要求1或2所述的基于Python的换流阀抗震分析Abaqus参数化建模方法及存储介质，其特征在于，所述步骤二包括：采用Python脚本程序编写有限元模型中的部件模块、材料模块、截面模块、属性模块、装配模块、分析步模块、相互作用模块、荷载模块、网格模块和作业模块；其中，在所述部件模块中，建立换流阀的各个部件；在所述材料模块中，建立换流阀各个部件所采用的材料，并定义相应的力学性能参数；在所述截面模块中，建立换流阀各个部件对应的截面，并将这些截面赋予给对应的换流阀部件；在所述属性模块中，添加集中质点，用于模拟换流阀内部阀模块的质量；在所述装配模块中，通过导入不同部件，并挪动其几何位置，建立出换流阀的整体几何模型；在所述分析步模块中，建立静力分析步、频谱分析步及反应谱或时程分析计算分析步；在所述相互作用模块中，建立换流阀各部件之间的连接；在所述荷载模块中，添加重力荷载和风荷载，并设置边界条件；在所述网格模块中，对各个部件划分网格单元；在所述作业模块中，建立作业分析，设定最大内存和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸣萧，胡晓，高元，余波，吴怡敏，梁明，杨关，张朋朋，冯千秀，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：