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技术

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。缩短了船舶建造周期。缩短了船舶建造周期。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及船舶设计领域，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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的技术,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。

技术实现思路

[0004]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。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：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：
[0006]S1:由原始参数经简单计算获取仿真所需参数；
[0007]S2:利用仿真所需参数自动求解排气管支点处受力；
[0008]S3:从模型库中调用支架结构、选取初始支架板材厚度B；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]S6:对有限元计算结果进行自动获取并判断：
[0012](i)若仿真结果的全局最大应力值σ
max
小于材料屈服极限[σ
s
]，即σ
max
<[σ
s
]，则板材厚度B符合支架设计受力要求，进入步骤S8；
[0013](ii)若仿真结果的全局最大应力值σ
max
大于等于材料屈服极限[σ
s
]，即v
max
≥[σ
s
]，支架可能发生变形，进入步骤S7；
[0014]S7:对板材厚度B进行自动获取并判断：
[0015](i)若板材厚度B小于板材厚度最大值B
max
，即B<B
max
，则将支架板材加厚1mm，进入步骤5；
[0016](ii)若板材厚度B大于或等于板材厚度最大值B
max
，即B≥16mm，则由设计人员对支架结构布置进行调整优化，以保证计算结果满足σ
max
≥[σ
s
]，进入步骤5；
[0017]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
max
作为参数说明附至船舶高温排气管几何模型中。
[0018]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。
[0019]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：
[0020]F＝F
p
+F
s
+F
w
+F
f
ꢀꢀꢀꢀꢀ
公式一
[0021]其中：F：支点处受力，N；
[0022]F
p
：不平衡内压力，N；
[0023]F
s
：膨胀节反弹力，N；
[0024]F
w
：重力载荷，N；
[0025]F
f
：摩擦力，N。
[0026]在一种实施方案中，公式一中不平衡内压力F
p
的求解公式如公式二所示：
[0027]F
p
＝0.1
×
p
×
A公式二其中，p：管内介质工作压力，barg；
[0028]A：膨胀节有效截面积，mm；
[0029]公式一中膨胀节反弹力F
s
的求解公式如公式三所示：
[0030]F
s
＝ΔL
×
C公式三其中，ΔL：膨胀节伸缩量，mm；
[0031]C：膨胀节刚度，N/mm；
[0032]公式一中重力载荷F
w
的求解公式如公式四所示：
[0033]F
w
＝M
×
g公式四
[0034]其中，M：管道、管道附件及保温结构的总质量，kg；
[0035]g：重力加速度，m/s2；
[0036]公式一中摩擦力F
f
的求解公式如公式五所示：
[0037]F
f
＝F
N
×
a
f
公式五
[0038]其中，F
N
：排气管道径向受力，水平布置时等效为重力载荷，N；
[0039]a
f
：摩擦系数，0.1
‑
0.3。
[0040]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。
[0041]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
max
为16mm。
[0042]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。
Application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(Computer Aided 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中间位置设置支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法，其特征在于，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
max
小于材料屈服极限[σ
s
]，即σ
max
<[σ
s
]，则板材厚度B符合支架设计受力要求，进入步骤S8；(ii)若仿真结果的全局最大应力值σ
max
大于等于材料屈服极限[σ
s
]，即σ
max
≥[σ
s
]，支架可能发生变形，进入步骤S7；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
max
，即B<B
max
，则将支架板材加厚1mm，进入步骤5；(ii)若板材厚度B大于或等于板材厚度最大值B
max
，即B≥16mm，则由设计人员对支架结构布置进行调整优化，以保证计算结果满足σ
max
≥[σ
s
]，进入步骤5；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
max
作为参数说明附至船舶高温排气管几何模型中。2.根据权利要求1所述船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述船舶高温排气管支架多维一体化快速优化方法，其特征在于: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
p
+F
s
+F
w
+F
f
公式一其中：F：支点处受力，N；F
p
：不平衡内压力，N；F
s
：膨胀节反弹力，N；F
w
：重力载荷，N；F
f

【专利技术属性】
技术研发人员：罗亚萍，卞修涛，陈庆华，董三国，杨公安，杨洪福，杨勇，倪云祥，章睿鹏，楼荷妍，
申请(专利权)人：江南造船集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：