本發(fā)明涉及核電工程設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種核電廠支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

CAD(即Computer Aided Design，計算機輔助設(shè)計)和CAE(即Computer Aided Engineering，計算機輔助工程)軟件是以數(shù)字化技術(shù)為核心的核電項目工程中必不可少的輔助工具。CAD軟件用于產(chǎn)品設(shè)計，CAE軟件用于對產(chǎn)品的性能進行分析和仿真優(yōu)化。在核電產(chǎn)品的設(shè)計過程中，需要對設(shè)計專業(yè)建立的CAD模型進行有限元分析以驗證其機械性能。為了避免在CAE軟件中重新建模，傳統(tǒng)的CAD/CAE集成方法就是將CAD模型直接導(dǎo)入到CAE軟件中。然而，使用這種傳統(tǒng)的CAD/CAE集成方法進行有限元分析還必須有以下前提：CAD軟件的輸出接口和CAE軟件的輸入接口必須兼容，即有共同的幾何模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，目前應(yīng)用比較廣泛的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)有STEP、IGES、DXF、STL等。

而一旦CAD和CAE軟件接口不兼容，則無法進行CAD/CAE的集成應(yīng)用。例如，在AP1000核電項目的工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析過程中，PDMS(即Plant Design Management System，工廠設(shè)計管理系統(tǒng))軟件用于工程鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計，GT STRUDL(以下簡稱GTS)軟件用于對工程鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行仿真分析。然而PDMS是一款對外輸出接口很少的設(shè)計軟件，僅支持輸出RVM格式和批處理文件，無法輸出GTS軟件能識別的數(shù)據(jù)格式(例如DXF、CIS/2、STAAD-Pro等)，只能根據(jù)設(shè)計圖紙在GTS軟件中手動建立有限元模型，不僅在建模質(zhì)量上存在較大的隱患，而且分析效率低下，在進度上也難以滿足項目的要求。

同時，在傳統(tǒng)的CAD/CAE集成方法(見圖1)中，即便CAD和CAE軟件擁有共同的幾何模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，但由于CAD和CAE軟件在拓?fù)錁?biāo)識和幾何元素定義方面并不完全一致，在不同系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換模型時會出現(xiàn)拓?fù)潢P(guān)系逼近和幾何元素重構(gòu)。這樣往往會產(chǎn)生模型信息的丟失和冗余，需要耗費大量精力在具有強大有限元前處理功能的軟件中修復(fù)模型。即便如此，CAD模型仍不能直接用于有限元分析，還必須事先手動進行幾何特征的簡化、網(wǎng)格的劃分、材料和截面屬性的定義、約束和載荷的施加等一系列的前處理。此外，如果發(fā)生設(shè)計變更，CAD模型的一點微小變動都可能會導(dǎo)致有限元分析的前處理工作重新進行。

因此，有必要提供一種新的支撐鋼結(jié)構(gòu)，尤其是核電工程支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成方法和系統(tǒng)，以此來解決傳統(tǒng)CAD/CAE集成方法中軟件接口兼容性的問題，使得即使在CAD/CAE軟件的接口不兼容的情況下仍然可以實現(xiàn)CAD/CAE的集成，實現(xiàn)CAD/CAE模型的零失真轉(zhuǎn)換，極大地提高工程分析驗證環(huán)節(jié)的工作效率和質(zhì)量水平。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種支撐鋼結(jié)構(gòu)，尤其是核電廠支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成方法方法和系統(tǒng)，以此來解決傳統(tǒng)CAD/CAE集成方法中軟件接口兼容性的問題，實現(xiàn)CAD/CAE模型零失真轉(zhuǎn)換，降低核電廠支撐鋼結(jié)構(gòu)有限元建模過程中的人因錯誤風(fēng)險，保證了支撐鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的質(zhì)量，提高支撐鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的效率。

本發(fā)明就上述技術(shù)問題而提出的技術(shù)方案如下：

一方面，提供一種核電廠支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成方法，包括：

S1、支撐鋼結(jié)構(gòu)CAD模型生成：通過CAD系統(tǒng)生成支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型；

S2、CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換：通過CAD/CAE集成工具搜索所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型數(shù)據(jù)，將所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能被CAE系統(tǒng)識別的命令流，并將所述命令流輸出至所述CAE系統(tǒng)預(yù)留的有限元模型轉(zhuǎn)換接口；

S3、CAE模型輸出：所述CAE系統(tǒng)通過預(yù)留的有限元模型轉(zhuǎn)換接口接收所述CAD/CAE集成工具自動生成的所述命令流，并根據(jù)所述命令流在所述CAE系統(tǒng)中重構(gòu)所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAE有限元模型并輸出。

優(yōu)選的，步驟S2中，所述CAD/CAE集成工具的生成步驟包括：

S201、建立能被所述CAE系統(tǒng)識別的國產(chǎn)型材材料數(shù)據(jù)庫；

S202、通過對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的屬性進行識別和分析，并在所述CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)部件的關(guān)鍵特征信息以及邏輯點的載荷信息進行提取；

S203、確定所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型到CAE有限元模型的拓?fù)滢D(zhuǎn)換關(guān)系，確定空間異面直線相交與其公垂線交點坐標(biāo)求解的算法、各種部件加載點的判斷識別方法及其坐標(biāo)點求解的算法；

S204、對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)進行載荷信息分析，自動生成所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的載荷數(shù)據(jù)，并施加到相應(yīng)的單元以及節(jié)點上，同時對所述載荷數(shù)據(jù)進行組合，用于對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)進行評定；

S205、基于S201-S204中獲得的數(shù)據(jù)資料，利用所述CAD系統(tǒng)的內(nèi)置語言開發(fā)所述CAD/CAE集成工具。

優(yōu)選的，步驟S1中，所述能被CAE系統(tǒng)識別的命令流為網(wǎng)格數(shù)據(jù)；所述網(wǎng)格數(shù)據(jù)包括：節(jié)點信息、約束信息、單元信息、加載信息以及載荷組合信息。

優(yōu)選的，所述CAD系統(tǒng)為PDMS軟件，利用所述PDMS軟件內(nèi)置的PML語言在所述PDMS軟件的/STRUCTURE數(shù)據(jù)庫中對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特征信息以及邏輯點的載荷信息進行提取；利用所述PDMS軟件內(nèi)置的PML語言開發(fā)所述CAD/CAE集成工具。

優(yōu)選的，步驟S2中，所述CAD/CAE集成工具包括：

添加模塊，用于將所述CAD模型添加到顯示界面并進行顯示；

清除模塊，用于將所述CAD模型從所述顯示界面中清除；

長度顯示模塊，用于顯示所選中的CAD模型中的結(jié)構(gòu)部件的長度；

規(guī)格顯示模塊，用于顯示所選中的CAD模型中的結(jié)構(gòu)部件的規(guī)格；

誤差測量模塊，用于測量所述CAD模型中兩相鄰結(jié)構(gòu)部件的幾何模型誤差；

命令流導(dǎo)出模塊，用于將選中的支架名導(dǎo)入到列表框進行顯示，且當(dāng)列表框中顯示至少一個支架名時導(dǎo)出所述列表框中所有支架的命令流至命令流顯示模塊和txt文件；

命令流顯示模塊,顯示上述命令流導(dǎo)出模塊導(dǎo)出的命令流；

校核模塊，用于將所述CAE有限元模型的節(jié)點號和/或加載點和/或載荷信息顯示在所述CAD模型中，便于對其進行校核或?qū)⑵鋸乃鯟AD模型中清除。

另一方面，還提供一種核電廠支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成系統(tǒng)，包括：

CAD系統(tǒng)，用于生成支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型；

CAD/CAE集成工具，其集成在所述CAD系統(tǒng)中，用于搜索所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型數(shù)據(jù)，將所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能被CAE系統(tǒng)識別的命令流，并將所述命令流輸出；

CAE系統(tǒng)，其預(yù)留有有限元模型轉(zhuǎn)換接口，用于接收所述CAD/CAE集成工具輸出的所述命令流，并根據(jù)所述命令流重構(gòu)所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAE有限元模型并輸出。

優(yōu)選的，所述CAD/CAE集成工具的生成步驟包括：

S201、建立能被所述CAE系統(tǒng)識別的國產(chǎn)型材材料數(shù)據(jù)庫；

S202、通過對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的屬性進行識別和分析，并在所述CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)部件的關(guān)鍵特征信息以及邏輯點的載荷信息進行提??；

S203、確定所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型到CAE有限元模型的拓?fù)滢D(zhuǎn)換關(guān)系，確定空間異面直線相交與其公垂線交點坐標(biāo)求解的算法、各種部件加載點的判斷識別方法及其坐標(biāo)點求解的算法；

S204、對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)進行載荷信息分析，自動生成所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的載荷數(shù)據(jù)，并施加到相應(yīng)的單元以及節(jié)點上，同時對所述載荷數(shù)據(jù)進行組合，用于對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)進行評定；

S205、基于S201-S204中獲得的數(shù)據(jù)資料，利用所述CAD系統(tǒng)的內(nèi)置語言開發(fā)所述CAD/CAE集成工具。

優(yōu)選的，所述能被CAE系統(tǒng)識別的命令流為網(wǎng)格數(shù)據(jù)；所述網(wǎng)格數(shù)據(jù)包括：節(jié)點信息、約束信息、單元信息、加載信息以及載荷組合信息。

優(yōu)選的，所述CAD系統(tǒng)為PDMS軟件，利用所述PDMS軟件內(nèi)置的PML語言在所述PDMS軟件的/STRUCTURE數(shù)據(jù)庫中對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特征信息以及邏輯點的載荷信息進行提?。焕盟鯬DMS軟件內(nèi)置的PML語言開發(fā)所述CAD/CAE集成工具。

優(yōu)選的，所述CAD/CAE集成工具包括：

添加模塊，用于將所述CAD模型添加到顯示界面并進行顯示；

清除模塊，用于將所述CAD模型從所述顯示界面中清除；

長度顯示模塊，用于顯示所選中的CAD模型中的結(jié)構(gòu)部件的長度；

規(guī)格顯示模塊，用于顯示所選中的CAD模型中的結(jié)構(gòu)部件的規(guī)格；

誤差測量模塊，用于測量所述CAD模型中兩相鄰結(jié)構(gòu)部件的幾何模型誤差；

命令流導(dǎo)出模塊，用于將選中的支架名導(dǎo)入到列表框進行顯示，且當(dāng)列表框中顯示至少一個支架名時導(dǎo)出所述列表框中所有支架的命令流至命令流顯示模塊和txt文件；

命令流顯示模塊,顯示上述命令流導(dǎo)出模塊導(dǎo)出的命令流。

校核模塊，用于將所述CAE有限元模型的節(jié)點號和/或加載點和/或載荷信息顯示在所述CAD模型中，并對其進行校核或?qū)⑵鋸乃鯟AD模型中清除。

本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下技術(shù)效果：

1)省去了傳統(tǒng)CAD/CAE集成方法中有限元模型修復(fù)和一系列前處理環(huán)節(jié)；

2)解決了傳統(tǒng)CAD/CAE集成方法中軟件接口兼容性的問題；

3)實現(xiàn)了PDMS和GTS兩款軟件的無縫集成，填補了目前市場上PDMS和GTS集成工具的空白；

4)與傳統(tǒng)CAD/CAE集成方法相比，實現(xiàn)了真正意義上的CAD/CAE模型零失真轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換前后不存在任何信息的丟失和錯誤，降低了支撐鋼結(jié)構(gòu)有限元建模過程中的人因錯誤風(fēng)險，保證了支撐鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的質(zhì)量；

5)提高了支撐鋼結(jié)構(gòu)分析的效率：將支撐鋼結(jié)構(gòu)的有限元模型由傳統(tǒng)的手動建模變?yōu)樽詣咏?，并且大幅降低了后續(xù)校核、審批等環(huán)節(jié)的工作量和工作強度；

6)在保障核電工程項目的支撐鋼結(jié)構(gòu)分析工作順利進行的同時，減少了支撐鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的人力投入，取得了良好的經(jīng)濟效益。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的CAD/CAE集成的流程圖；

圖2是實施例一中CAD/CAE集成方法的流程圖；

圖3是實施例一中CAD/CAE集成工具的開發(fā)步驟流程圖；

圖4是實施例一中對CAD模型的關(guān)鍵特征信息進行提取的界面示意圖；

圖5是實施例一中提取支架載荷的界面示意圖；

圖6是實施例一中示出了對加載點進行識別的界面示意圖；

圖7是實施例一中CAD/CAE集成工具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是實施例一中GTS Creator的界面圖；

圖9是實施例一中GTS Creator的“Add”和“Remove”按鈕功能示意圖；

圖10是實施例一中GTS Creator的“Len”和“Spref”按鈕功能示意圖；

圖11是實施例一中的空間異面直線相交示意圖；

圖12是實施例一中GTS Creator的“Intersection”界面功能示意圖；

圖13是實施例一中GTS Creator的“Support List”界面功能示意圖；

圖14是實施例一中的GTS命令流界面示意圖；

圖15是實施例一中GTS圖形界面示意圖；

圖16是實施例一中GTS Creator的“Load Check”界面功能示意圖；

圖17是實施例一中的GTS軟件中的鋼結(jié)構(gòu)粱單元模型示意圖；

圖18是實施例一中GTS Creator的“Joints”按鈕功能示意圖；

圖19是實施例一中GTS Creator的校核載荷功能示意圖；

圖20是實施例二中CAD/CAE集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的CAD/CAE集成系統(tǒng)以及方法中的缺陷，提供了一種支撐鋼結(jié)構(gòu)，尤其是核電廠支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成方法和系統(tǒng)，以此來解決傳統(tǒng)CAD/CAE集成方法中軟件接口兼容性的問題，實現(xiàn)CAD/CAE模型零失真轉(zhuǎn)換，降低核電廠支撐鋼結(jié)構(gòu)有限元建模過程中的人因錯誤風(fēng)險，保證了支撐鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的質(zhì)量，提高支撐鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的效率。其核心思想是：通過提取CAD模型中的關(guān)鍵特征信息，對CAD模型進行拓?fù)渥儞Q，并自動生成CAE軟件能識別的數(shù)據(jù)格式，最終在CAE軟件中快速重構(gòu)有限元模型。在掌握這種新的CAD/CAE集成方法的基礎(chǔ)上，利用PML開發(fā)了支撐鋼結(jié)構(gòu)CAD/CAE集成工具，實現(xiàn)CAD/CAE模型零失真轉(zhuǎn)換。

實施例一：

如圖2所示，本發(fā)明中的核電廠支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成方法包括如下步驟：

S1、支撐鋼結(jié)構(gòu)CAD模型生成：通過CAD系統(tǒng)生成支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型；

S2、CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換：通過CAD/CAE集成工具搜索所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型數(shù)據(jù)，將所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能被CAE系統(tǒng)識別的命令流，并將所述命令流輸出至所述CAE系統(tǒng)預(yù)留的有限元模型轉(zhuǎn)換接口；優(yōu)選的，所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型數(shù)據(jù)為網(wǎng)格數(shù)據(jù)；所述網(wǎng)格數(shù)據(jù)包括：節(jié)點信息、約束信息、單元信息、加載信息以及載荷組合信息，其中，所述單元信息包括材料及其機械性能信息；

S3、CAE模型輸出：所述CAE系統(tǒng)通過預(yù)留的有限元模型轉(zhuǎn)換接口接收所述CAD/CAE集成工具自動生成的所述命令流，并根據(jù)所述命令流在所述CAE系統(tǒng)中重構(gòu)所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAE有限元模型并輸出。

本實施例中，所述CAD/CAE集成工具命名為GTS Creator；所述CAD系統(tǒng)為PDMS軟件，所述CAE系統(tǒng)為GT STRUDL軟件。

進一步的，圖3示出了所述GTS Creator的具體開發(fā)步驟，其包括：

S201、建立能被所述CAE系統(tǒng)識別的國產(chǎn)型材材料數(shù)據(jù)庫；其建立方式主要有以下步驟：

(1)梳理常用的各種國產(chǎn)型材。

鋼結(jié)構(gòu)分析軟件GTS中自帶材料數(shù)據(jù)庫為美國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)，為了保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性以及國產(chǎn)化的需要，必須建立國產(chǎn)型鋼材料數(shù)據(jù)庫。根據(jù)陸豐核電項目工程文件《AFG-GX-P1-507管道支撐準(zhǔn)則指導(dǎo)文件(分包要求)》中的技術(shù)要求，國產(chǎn)型鋼類型主要包括的H型鋼、矩形鋼管、角鋼、槽鋼等。

(2)利用逆向反求方法，開發(fā)常用國產(chǎn)型材的材料數(shù)據(jù)庫。

為了保證開發(fā)的國產(chǎn)型鋼材料數(shù)據(jù)庫能被GT STRUDL識別，采用逆向反求方法開發(fā)材料數(shù)據(jù)庫，即在軟件中建立自定義的型鋼材料數(shù)據(jù)庫并導(dǎo)出，再根據(jù)國標(biāo)文件《GBT 11263-2005熱軋H型鋼和剖分T型鋼》、《GBT 7062008熱軋型鋼》、《GB-T 3094-2000冷拔異型鋼管》中規(guī)定的具體參數(shù)修正導(dǎo)出材料數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，而對于國標(biāo)中未作規(guī)定但是GTS軟件又需要定義的參數(shù)，則需要根據(jù)力學(xué)公式計算后手動校正對應(yīng)的參數(shù)。

S202、通過對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的屬性進行識別和分析，并在所述CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)(SCTN)的關(guān)鍵特征信息以及邏輯點的載荷信息進行提取；為后續(xù)自動生成有限元模型的節(jié)點、單元、約束、載荷等信息作準(zhǔn)備；其中，所述CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫為PDMS軟件的/STRUCTURE數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中具備所述各種屬性(即/STRUCTURE數(shù)據(jù)庫中的“Attributes”)，其包括：Type,Name,Spref,Bangle,Gtype，Cutlength，Posstart和Posend等，該數(shù)據(jù)庫功能強大、具有簡單但具有邏輯性的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，其對應(yīng)著大量的固有屬性，若固有屬性不夠用或者不適用時，還可添加自定義屬性。

以下以風(fēng)管支架4063-SH-VAS163為例來說明利用PDMS軟件內(nèi)置的PML對CAD模型的關(guān)鍵特征信息進行提取的步驟：

如圖4所示，根據(jù)列表框中的支架名，通過循環(huán)程序?qū)υ撝Ъ苊滤袖摻Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特征信息進行遍歷提取，并存儲在數(shù)組中，便于后續(xù)調(diào)用和進行解析幾何計算，關(guān)鍵特征信息提取部分代碼(該代碼集成在所述CAD/CAE集成工具的命令流導(dǎo)出模塊中，該命令流導(dǎo)出模塊參見圖9)如下：

do！i from 1to！count by 1(！count變量用于統(tǒng)計列表框中的支架數(shù))

！stru＝'/'+！supname[$！i](依次讀取每個支架名)

var！allsctn coll all sctn for$！stru(將每個支架的所有鋼結(jié)構(gòu)存儲在變量！allsctn中，并挨個遍歷，讀取關(guān)鍵特征信息。)

Var！col11Eval Type for all from！allsctn

Var！col12Eval Name for all from！allsctn

Var！col13Eval Spref for all from！allsctn

Var！col14Eval Bangle for all from！allsctn

Var！col15Eval Gtype for all from！allsctn

Var！col16Eval Cutlength for all from！allsctn

Var！col17Eval Posstart in world for all from！allsctn

Var！col18Eval Posend wrt world for all from！allsctn

。。。

(將讀取的信息存入數(shù)組，便于后續(xù)調(diào)用或計算)

do！nt indices！col11

！col1.append(！col11[$！nt])

！col2.append(！col12[$！nt])

！col3.append(！col13[$！nt])

！col4.append(！col14[$！nt])

！col5.append(！col15[$！nt])

！col6.append(！col16[$！nt])

！col7.append(！col17[$！nt])

！col8.append(！col18[$！nt])

。。。

enddo

Enddo

以下仍然以風(fēng)管支架4063-SH-VAS163為例來說明對支架加載點進行識別的步驟：

如圖5所示，根據(jù)列表框中的支架名查找對應(yīng)邏輯點(見圖5中的小球，其坐標(biāo)位移風(fēng)管的正中，即圍繞風(fēng)管的4根相鄰角鋼所圍成的長方形的中心，支架所承擔(dān)的風(fēng)管載荷便存儲在邏輯點4063-SH-VAS163/DATUM的:MDSLoad屬性中)，并在邏輯點中提取載荷信息。

邏輯點的命名規(guī)則如下：

1.當(dāng)風(fēng)管支架中只有1個邏輯點時，該邏輯點的命名為“支架名”+“/DATUM”；

2.當(dāng)風(fēng)管支架中超過1個邏輯點時，第2個及其以后的邏輯點命名為支架名”+“.序號”。

S203、梳理CAD模型和CAE模型的差異性，確定所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型到CAE有限元模型的拓?fù)滢D(zhuǎn)換關(guān)系，例如，支撐鋼結(jié)構(gòu)中的各個型鋼(SCTN)之間的連接方式主要有兩種：一種是T字型端接；另一種是十字型搭接，要對兩者的結(jié)構(gòu)模型進行拓?fù)浞治?，確定其拓?fù)滢D(zhuǎn)換關(guān)系，此外，對于某些特殊的模型結(jié)構(gòu)，如POSS和POSE屬性的特征點位于角鋼截面直角處的角鋼結(jié)構(gòu)，從有限元模型的角度來看，兩角鋼的交叉點之間無需建剛體單元，因此需要單獨考慮。其次，無論哪種類型的連接，都需要解決一個共同的難題：空間異面直線交叉點的坐標(biāo)求解，因為即使對于T字型端接，考慮到CAD模型有時會出現(xiàn)誤差，兩條型鋼的形心線并不一定會共面，因此，需要確定空間異面直線相交與其公垂線交點坐標(biāo)求解的算法；

例如，若要計算如圖11所示的空間異面直線與其公垂線交點坐標(biāo)，其求解算法如下：

已知空間4點，點A、B構(gòu)成直線L1,點C、D構(gòu)成直線L2,求L2上點P,使P到L1的距離最短，相應(yīng)點的坐標(biāo)分別為：

A(Xa，Ya，Za)，B(Xb，Yb，Zb),，C(Xc，Yc，Zc)，D(Xd，Yd，Zd)

1)求出直線L1，L2的方程

L1的方程：

L2的方程：

2)求出公垂線方向向量

記為(E，F(xiàn)，G)

3)令直線L1和公垂線確定的平面記為β，求解如下：

令：

H＝X_b-X_a I＝Y(jié)_b-Y_a J＝Z_b-Z_a

K＝X_d-X_c L＝Y(jié)_d-Y_c M＝Z_d-Z_c

N＝H*I*L-I²*K-J²*K+H*J*M

O＝H²*L-H*I*K-I*J*M+J²*L

P＝H*J*K-H²*M-I²*M+I*J*L

Q＝-X_a*N+Y_a*O-Z_a*P

則方程為：

N*x-O*y+P*z+Q＝0

4)求平面與直線L2的公共解，即點P的坐標(biāo)

令：

則點P的坐標(biāo)值為：

x＝K*k+X_c

y＝L*k+Y_c

z＝M*k+Z_c

點Q的坐標(biāo)值同理可求。

同時，還需要確定各種部件(如各種支架)加載點的判斷識別方法及其坐標(biāo)點求解的算法，例如，各種支架加載點的識別需要結(jié)合支架的具體類型來判斷，其坐標(biāo)點求解的算法參考點到直線的投影點坐標(biāo)求解方法。圖6示出了對加載點，即圖5中的邏輯點到風(fēng)管周圍4根型鋼的投影點進行識別的過程：

1.求出邏輯點到該支架所有鋼結(jié)構(gòu)的投影點坐標(biāo)；

2.排除投影點沒有落在鋼結(jié)構(gòu)上的鋼結(jié)構(gòu)(即投影點落在該鋼結(jié)構(gòu)的延長線上)；

3.求出邏輯點到所有滿足條件2的鋼結(jié)構(gòu)的投影距離并按升序排序；

4.如果排序在前4的投影距離小于50mm(因為風(fēng)管支架鋼結(jié)構(gòu)的最小規(guī)格為50x50x7)，則前4根型鋼的投影點為加載點；

5.如果排序在前4的投影距離大于50mm，則前2根型鋼的投影點為加載點，從第3根型鋼開始判斷。第3根型鋼的方向向量如果與第1根型鋼的向量垂直(為了防止幾何模型出現(xiàn)誤差導(dǎo)致誤判，兩向量的夾角大于85小于95度即認(rèn)為滿足條件)，則第3根型鋼的投影點為加載點；如果不垂直，則判斷第4根型鋼，依次類推，直到找到滿足條件的4根型鋼為止。

根據(jù)上面的加載點識別規(guī)則，邏輯點到該支架所有鋼結(jié)構(gòu)的投影距離最小的型鋼如圖6所示，其中L1＝L2<L3<L4＝L5(后續(xù)省略)。根據(jù)上述第5條判定規(guī)則，第3條型鋼由于與第一條型鋼的方向向量不垂直，被程序自動排除，因此程序最后產(chǎn)生的4個加載點為邏輯點到型鋼1、2、4、5的投影點(如果已經(jīng)識別4個加載點，則程序自動跳出循環(huán)，不再識別下一個加載點)。

其中，所述風(fēng)管支架的加載點識別部分代碼如下：

--處理風(fēng)管載荷節(jié)點數(shù)據(jù)

if(！at GT 0)then

do！ai to！at

！loadrd1[$！ai]＝！loadrd[$！ai]

！loadrd1[$！ai].Sort()

--統(tǒng)計風(fēng)管加載點數(shù)量，超過4，則停止尋找加載點。

！lnum＝0

--！loadrd1[$！ai]＝！loadrd[$！ai].SortedIndices()

！k＝！loadrd1[$！ai].size()

--對于簡單的風(fēng)管支架(4根或3根型鋼)

--復(fù)雜的風(fēng)管支架(超過4根型鋼)

--搜索符合條件的加載點

else

--如果投影距離最小的4根型鋼相差小于50，則輸出前4。

--如果投影距離最小的4根型鋼相差大于50，則輸出前2。

--如果投影距離最小的第3/4根型鋼與前兩根型鋼垂直，則輸出3/4或4/5。

--如果前4有2根符合條件(即3/4不符合判斷條件)，則輸出5/6。

--搜索符合條件的加載點

enddo

endif

--處理風(fēng)管載荷節(jié)點數(shù)據(jù)

S204、對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)進行載荷信息分析，自動生成所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的載荷數(shù)據(jù)，并施加到相應(yīng)的單元以及節(jié)點上，同時對所述載荷數(shù)據(jù)進行組合，用于對所述支撐鋼結(jié)構(gòu)進行評定。

在用等效靜力法對支撐鋼結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析時，主要考慮三種載荷：靜載(即自重)、活載和地震載荷。在這三種載荷中，活載為定值，地震載荷為支撐鋼結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量及其附加集中質(zhì)量乘以地震加速度計算而來(工藝管道支架的地震載荷來自管道力學(xué)分析報告)，因此只要計算出支撐鋼結(jié)構(gòu)的靜載荷即可。

以下列舉幾種支撐結(jié)構(gòu)的載荷計算方法：

(1)分析風(fēng)管支架載荷的計算方法。

根據(jù)風(fēng)管支架兩端風(fēng)管的長度、截面尺寸、保溫信息以及其它支撐物項的信息計算出風(fēng)管的靜載荷，存入與風(fēng)管支架關(guān)聯(lián)的支架邏輯點的屬性中。在進行風(fēng)管支架的有限元分析時，需要讀入相應(yīng)邏輯點的載荷信息，平均施加到風(fēng)管支架有限元模型相應(yīng)的節(jié)點上。

(2)分析電纜橋架支架載荷的計算方法。

電纜橋架支架所承擔(dān)的靜載荷根據(jù)橋架內(nèi)電纜的線密度(由電纜的電壓等級和托盤寬度決定)、到相鄰支架的等效長度、防火材料的重量等計算出來，再根據(jù)橋架在支架上的位置施加在有限元模型相應(yīng)的單元和節(jié)點上。

(3)分析工藝管道支架載荷的計算方法。

工藝管道支架所承擔(dān)的載荷來自管道反力，因此需要根據(jù)支架編碼在管道力學(xué)分析結(jié)果中搜索對應(yīng)支架的載荷，經(jīng)過計算分析后，施加在相應(yīng)的節(jié)點上。

S205、基于S201-S204中獲得的數(shù)據(jù)資料，利用所述CAD系統(tǒng)的內(nèi)置語言開發(fā)所述CAD/CAE集成工具。

通過前期步驟S201-204一系列的準(zhǔn)備工作，包括國產(chǎn)型鋼材料數(shù)據(jù)庫的開發(fā)，支撐鋼結(jié)構(gòu)的特征信息分析、模型拓?fù)潢P(guān)系分析以及載荷信息分析即可獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)資料，然后便可進行CAD/CAE集成軟件的開發(fā)。因為PML語言是PDMS內(nèi)置的開發(fā)語言，可很方便地利用PML對PDMS進行二次開發(fā)，實現(xiàn)與PDMS的無縫連接，其具有豐富而且功能強大的函數(shù)、對象及其方法，并且很容易創(chuàng)建與PDMS風(fēng)格一致的用戶界面，因此本實施例中利用所述CAD系統(tǒng)的內(nèi)置的PML語言開發(fā)所述GTS Creator軟件，自行定制擴展功能，彌補PDMS軟件輸出接口少的不足。

進一步的，還包括S206、對所述CAD/CAE集成工具進行測試。為了驗證自主開發(fā)的GTS Creator的正確性與可靠性，本實施例中還要對生成的所述CAD/CAE集成工具進行測試。具體的，分別采用白盒測試法和黑盒測試法對軟件進行驗證。

白盒法測試通過逐行檢查代碼，對程序內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)進行嚴(yán)密驗證，并在程序源代碼中多處設(shè)立檢查點，以確定程序的實際運行狀態(tài)與預(yù)期狀態(tài)是否一致。同時，根據(jù)軟件設(shè)計說明書中定義的功能設(shè)計不同的測試用例，對代碼的邏輯路徑進行了全覆蓋測試。經(jīng)過白盒法測試驗證，PML源代碼邏輯結(jié)構(gòu)合理，實際運行狀態(tài)與預(yù)期狀態(tài)一致。

黑盒法測試通過選取不同類型的工藝管道支架、風(fēng)管支架、電纜橋架支架和聯(lián)合支架對GTS Creator進行了大量的實例測試。經(jīng)過黑盒法測試驗證，軟件完全實現(xiàn)了預(yù)期功能。

測試結(jié)果表明，GTS Creator的正確性與可靠性不僅完全滿足核電項目支撐鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的要求，而且GTS Creator的分析效率遠(yuǎn)高于手動分析。

圖7進一步示出了所述CAD/CAE集成工具，即GTS Creator的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8示出了GTS Creator的用戶界面，其包括：

1)“Add”按鈕，即添加模塊，用于將所述CAD模型添加到顯示界面并進行顯示；例如選中圖9左邊樹形窗口中的支架名，點擊“Add”，變可將該支架添加到右邊窗口中并居中顯示。

2)“Remove”按鈕，如圖9所示，即清除模塊，用于將所述CAD模型從所述顯示界面中清除；例如，點擊“Remove”，將圖9右邊窗口中顯示的所有支架從窗口中清除。

3)“Len”按鈕，即長度顯示模塊，用于顯示所選中的CAD模型中的結(jié)構(gòu)部件的長度；例如，選中圖10左邊樹形窗口中支架的鋼結(jié)構(gòu)，點擊“Len”，將在Command Window中顯示選中鋼結(jié)構(gòu)的長度(見圖10)，用于填寫GTS命令流中的LY和LZ值：

LY2.180MEM 64

LZ 2.180MEM 64

4)“Spref”按鈕，即規(guī)格顯示模塊，用于顯示所選中的CAD模型中的結(jié)構(gòu)部件的規(guī)格；例如，選中圖10左邊樹形窗口中支架的鋼結(jié)構(gòu)，Command Window中顯示選中鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)格(見圖10)，用于編制分析報告時填寫鋼結(jié)構(gòu)規(guī)格和校核、批準(zhǔn)報告時檢查模型。

5)“Intersection”界面，即誤差測量模塊，用于測量所述CAD模型中兩相鄰結(jié)構(gòu)部件的幾何模型誤差；例如選中左邊樹形窗口中的的鋼結(jié)構(gòu)，點擊“L1”按鈕，選中另外一根鋼結(jié)構(gòu)，點擊“L2”按鈕，然后點擊“Cal”按鈕，將輸出這兩根角鋼的公垂線(見圖11中的線段PQ)的長度和其交叉點(見圖11中P點和Q點)的坐標(biāo)值。該功能平時不用，只是在CAD模型誤差比較大的時候采用，主要用于測量兩相鄰鋼結(jié)構(gòu)的幾何模型誤差，用于填寫Max Tolerance(見圖12)，防止在點擊“Export”按鈕輸出GTS命令流時，產(chǎn)生鋼結(jié)構(gòu)的誤連接(Max Tolerance過大)或漏連接(Max Tolerance過小)。如果CAD模型沒有幾何誤差或者誤差小于5mm，Max Tolerance采用默認(rèn)值5mm就可以輸出正確的CAE模型。

6)“Support List”界面，即支架名列表模塊，其具體包括：

6.1)“Name”按鈕，即支架名導(dǎo)入模塊，用于將選中的支架名導(dǎo)入到列表框進行顯示，例如，選中圖13中左邊樹形窗口中的的支架名，點擊“Name”按鈕，將支架名直接導(dǎo)入到按鈕右邊的列表框中進行顯示，主要用于導(dǎo)出單個支架時候用，可以省去手動輸入支架名的麻煩。

6.2)“Export”按鈕，即命令流導(dǎo)出模塊，用于當(dāng)所述列表框中顯示至少一個支架名時導(dǎo)出所有支架的命令流至命令流顯示模塊和txt文件，例如，如圖13所示，當(dāng)按鈕右邊的文本框不為空(即至少有1個支架名)時，導(dǎo)出支架的GTS命令流輸出至按鈕下方的GTS Codes，即命令流顯示模塊的文本框中進行顯示，同時自動彈出GTS命令流文件(txt格式)，需要說明的是，Export按鈕既可以輸出一個支架的GTS命令流，也可以同時輸出多個支架(例如聯(lián)合支架)的GTS命令流，GTS命令流文件始終以第1個支架名命名(見圖13)。將GTS命令流復(fù)制并粘貼到GTS軟件的Command欄或用GTS軟件中的FILE->OPEN菜單打開生成的txt文件(見圖14a，14b)，即可快速重構(gòu)CAE模型(見圖15)。

所述GTS重構(gòu)CAE模型的原理如下：點擊Export按鈕后，程序通過循環(huán)依次讀取右邊列表框中所添加的支架名，并且遍歷每個支架下所有鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特征信息并存儲在相應(yīng)的數(shù)組中，并對存儲的數(shù)據(jù)進行分析計算，例如節(jié)點和單元信息的生成：讀取鋼結(jié)構(gòu)首尾兩個形心的坐標(biāo)，通過這兩個坐標(biāo)建立鋼結(jié)構(gòu)的直線方程，并對每兩根鋼結(jié)構(gòu)進行解析幾何計算，來判斷兩根鋼結(jié)構(gòu)是否進行相交，如果相交就要判斷其連接類型并求出交叉點的坐標(biāo)，并對這些交叉點到對應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)的POSS點(POSITION START的縮寫，即起始點)的距離進行排序并依次連接排序后的節(jié)點生成單元；如果不排序，則生成的單元有可能重疊，在進行有限元分析時其輸出的計算結(jié)果將是錯誤的，以此來生成CAE模型所需要的網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

7)“Load Check”界面，即校核模塊，其具體包括：

7.1)“Joints”按鈕，用于將所述CAE有限元模型的節(jié)點號顯示在所述CAD模型中，例如，在“Support List”界面完成數(shù)據(jù)輸出后，切換到“Load Check”界面(見圖16)。當(dāng)按鈕上方的文本框空白時，點擊“Joints”按鈕，則會將生成的GTS模型的節(jié)點號顯示在PDMS模型中，方便查找對應(yīng)支架的節(jié)點號。

GTS軟件的優(yōu)點是具有十分強大的計算分析功能，雖然它也提供了查找節(jié)點號的的功能，但是大部分CAE軟件(特別是GTS)的三維顯示功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有CAD軟件強大，特別是CAE模型，如鋼結(jié)構(gòu)粱單元模型比較復(fù)雜時(見圖17)，很難查找某些節(jié)點。

當(dāng)按鈕上方的文本框輸入想要查找的節(jié)點號時，點擊“Joints”按鈕，則會將GTS模型對應(yīng)的節(jié)點號顯示在PDMS模型中(見圖18)。

7.2)校核載荷功能模塊，用于將所述CAE有限元模型的加載點或載荷信息顯示在所述CAD模型中，例如，點擊列表框中的某個支架名時，會在PDMS模型中顯示該支架的加載點和載荷信息，并同時在下方的文本框中顯示詳細(xì)的載荷信息(見圖19)，在不打開GTS模型的情況下就能很方便校核載荷信息。

7.3)“Clear”按鈕，如圖19所示，用于將所述CAE有限元模型的節(jié)點號、加載點或載荷信息顯從所述CAD模型中清除，例如，點擊“Clear”按鈕，則會CAD模型中顯示節(jié)點號和載荷信息清除。

實施例二：

圖20示出了本發(fā)明核電廠支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括：

CAD系統(tǒng)，用于生成支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型；

CAD/CAE集成工具，其集成在所述CAD系統(tǒng)中，用于搜索所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD模型數(shù)據(jù)，將所述工程設(shè)計結(jié)構(gòu)的CAD模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能被CAE系統(tǒng)識別的命令流，并將所述命令流輸出；

CAE系統(tǒng)，其預(yù)留有有限元模型轉(zhuǎn)換接口，用于接收所述CAD/CAE集成工具輸出的所述命令流，并根據(jù)所述命令流重構(gòu)所述支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAE有限元模型并輸出。

優(yōu)選的，所述CAE系統(tǒng)中包括知識庫，所述知識庫是所述CAE系統(tǒng)中集成的計算分析方面的專業(yè)知識，其包括有限元理論和算法、相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等?；谒鲋R庫的內(nèi)容，所述CAE系統(tǒng)可以對CAE模型進行求解和評定。例如GTS中集成了大量的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，在執(zhí)行下面的評定命令流時所述CAE系統(tǒng)會自動找到相應(yīng)規(guī)范中對應(yīng)的公式來對鋼結(jié)構(gòu)進行評定。

GTS評定命令流包括：

PARAMETERS

CODE AISI89ALL MEMBERS

LOAD LIST 100TO 110

CHECK CODE ALL MEMBERS

此外，CAD系統(tǒng)、CAE系統(tǒng)、CAD/CAE集成工具的開發(fā)步驟、CAD/CAE集成工具的結(jié)構(gòu)組成以及作用均與實施例一相同，在此不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明中的核電廠支撐鋼結(jié)構(gòu)的CAD/CAE集成方法和系統(tǒng)可通過提取CAD模型中的關(guān)鍵特征信息，對CAD模型進行拓?fù)渥儞Q，并自動生成CAE軟件能識別的數(shù)據(jù)格式，最終在CAE軟件中快速重構(gòu)有限元模型。在掌握這種新的CAD/CAE集成方法的基礎(chǔ)上，利用PML開發(fā)了支撐鋼結(jié)構(gòu)CAD/CAE集成工具，實現(xiàn)了真正意義上的CAD/CAE模型零失真轉(zhuǎn)換。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質(zhì)中，上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。