本發(fā)明涉及一種核電站管道分析自動化前后處理平臺，主要應用于cap系列三代核電站管道力學計算的前處理和后處理過程。

背景技術：

cap系列三代非能動壓水核電站中大概有700多個核級及非核級管道包需要進行力學分析。管道力學分析計算需要編寫fre有限元模型文件代碼，采用pipestress軟件進行計算。主要過程：首先根據(jù)布置管道軸測(iso)圖建立初步幾何模型。iso圖中不但包含管道，還包含大量如法蘭、穿墻件、閥門、三通等管部件及其標準信息，而這些管部件建模所需的具體物理參數(shù)需要手工到規(guī)范中查取，其過程中有多次重復勞動耗費大量人工時且極易出錯；再有，管線運行工況(溫度和壓力)信息、截面保溫層信息，管道材料信息需分別通過pipestress的oper卡、cros卡、matl卡等與幾何模型中的管線逐個進行匹配，但是由于每個管道包的管線數(shù)量，運行工況，材料信息和截面信息眾多，所以手工匹配易出錯；再有，需要根據(jù)生成的幾何模型的標高信息和抗震類別信息將地震載荷以及熱脹、地震、地震二次項等單工況和組合工況手工添加在幾何模型的最前面。通過以上步驟生成可提交pipestress計算的fre文本文件。完成計算后，需要手工填寫包含各類管部件接管節(jié)點、工況等信息的ppi文件，用以提取最終各個管部件的載荷，并與上游專業(yè)提供的許用值進行比較評價，對于評價不通過的需要修改模型重新計算，評價完全通過后需要手工編制管道力學報，需要強調的是管道包力學分析所有的設計輸入、計算輸出的文件及大量的結果載荷表格都要手工編寫在報告中，工作量大，且難免人因差錯。另外，在管道力學分析中，由于閥門的設計和實際加工制造產(chǎn)品存在偏差，因此閥門的升版和變更較頻繁，而某型號閥門可能會出現(xiàn)在不同系統(tǒng)的很多個管道包中，所以若某一型號閥門升版，對應的管道包均需要升版計算，工作量也很大。除了閥門外，其它各類上游專業(yè)輸入信息也會在設計-改進-設計過程中不可避免的出現(xiàn)多次升版的現(xiàn)象，導致作為最下游的管道力學分析工作量顯著增加。

綜上所述，管道力學分析專業(yè)作為核電站管道設計的最下游專業(yè)，其上游有提供管道軸測圖的布置專業(yè)，提供管道運行溫度和壓力的系統(tǒng)專業(yè)，提供地震載荷的結構專業(yè)，提供閥門信息的設備專業(yè)等，決定了力學專業(yè)的接口眾多，而在數(shù)據(jù)傳輸過程中自動化程度低，最終導致在管道設計-改進-設計的過程中出現(xiàn)大量管道計算工作，編制和校審人員都要花費大量時間去重復簡單的工作，效率極低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種核電站管道自動化分析前后處理平臺。

本發(fā)明提供一種核電站管道自動化分析前后處理平臺，其通過局域網(wǎng)及專門的數(shù)據(jù)庫服務器實現(xiàn)平臺連接和數(shù)據(jù)交換，且通過管道力學分析生成算文件、自動提取結果并編制報告以及支撐前后處理過程所需的數(shù)據(jù)參數(shù)。

優(yōu)選地，所述管道力學分析流程包括為前處理部分、后處理部分、數(shù)據(jù)庫部分以及核心開發(fā)程序，所述前處理部分用于生成算文件，所述后處理部分用于自動提取結果并編制報告，所述數(shù)據(jù)庫部分用于支撐前后處理過程所需的數(shù)據(jù)參數(shù)。

優(yōu)選地，首先所述前處理平臺依據(jù)數(shù)據(jù)更新幾何模型中管部件信息，并通過調整模型尺寸，保證部件尺寸正確和模型整體尺寸不變；管部件信息可直接到數(shù)據(jù)庫的規(guī)范中查??；非標準件尺寸信息來自于設備和貫穿件信息非標準件數(shù)據(jù)庫，貫穿件需要計算并輸入剛度，在調整尺寸的同時也需要根據(jù)相應的參數(shù)信息建立相應的貫穿件模型；與管部件信息更新類似，前處理平臺將管線等級、材料、截面、運行溫度和壓力信息與初步幾何模型中管線信息自動匹配，以上各項功能均可在前處理界面中僅需點擊相應選項即可自動匹配；。

優(yōu)選地，然后前處理平臺會根據(jù)上述生成模型中連接設備、支撐等物項的生根位置，自動根據(jù)響應譜數(shù)據(jù)庫匹配相應的響應譜文件，最終自動生成管道計算所需響應譜。

優(yōu)選地，最后前處理平臺通過工況生成功能，自動生成地震、重力、熱脹、地震、管道破裂以及閥門開關沖擊單工況載荷，然后基于cap系列管道設計準則，自動組合單工況載荷形成組合工況。

優(yōu)選地，前處理過程中用到的數(shù)據(jù)信息傳遞一少部分來自于界面輸入，另一部分來自于數(shù)據(jù)庫，通過前處理平臺處理后初步幾何文件轉換為可直接提交pipestress計算的fre有限元模型文件。

優(yōu)選地，計算后的結果文件包括：單工況結果文件(.prl)和組合工況結果文件(.prc)、command文件以及restart文件，結合這些文件后處理平臺可進行結果后處理；依次點擊“提取信息”及“生成ppi”選項，后處理平臺自動識別并提取部件單元節(jié)點信息，然后再對各工況結果進行組合，自動生成對應管部件節(jié)點和工況信息的控制文件(.ppi)，點擊后處理界面中的“運行postr”即可輸出對應管部件的ppo文件；后處理平臺可自動解析ppo文件；后處理平臺會將解讀出的各個管部件的結果與數(shù)據(jù)庫中許用載荷對比，供后續(xù)的載荷評價和報告編制；同樣，后處理平臺也可解讀出prl、prc文件中的：節(jié)點位移、單元應力以及最大應力，供后續(xù)評價和報告編制；鑒于prl，prc文件因op、eq、坐標系等選項不同使得格式多變，后處理平臺采用枚舉的方法來解析；通過文字替換word模板中某些固定的標識符，文字和標識符以xml格式保存，tag屬性為標識，節(jié)點內容為替換文字，考慮管道等級的選項，結合后處理平臺解讀的prl/prc、ppo文件結果信息，實現(xiàn)報告自動編制。

優(yōu)選地，后處理過程中生成的閥門以及設備接管載荷統(tǒng)計報表均可保存在數(shù)據(jù)庫中，方便項目統(tǒng)計。

優(yōu)選地，還包括數(shù)據(jù)庫模塊，用于支撐前后處理過程中數(shù)據(jù)存儲和傳輸；所述數(shù)據(jù)庫模塊分為結構化數(shù)據(jù)庫和非結構化數(shù)據(jù)庫，所述結構化數(shù)據(jù)庫用于管理規(guī)范相關的標準件的信息儲存，所述非結構化用于會基于項目的變化而變化的非標準件的存儲，數(shù)據(jù)庫中設置了權限和操作日記錄志功能，使得數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的準確性和可追溯性得到保證。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的核電站管道自動化分析前后處理平臺，基于c++語言開發(fā)的用于管道力學計算的自動化前后處理平臺，設計了人性化的操作界面和完備的數(shù)據(jù)庫。其中數(shù)據(jù)庫作為前后處理平臺的數(shù)據(jù)支撐，涵蓋了所有的標準件如法蘭，螺帽，管道和非標準件參數(shù)信息，也包含了管道工藝參數(shù)、材料、地震載荷等非標準件信息。前處理平臺可以識別出初步幾何模型中的法蘭、閥門、貫穿件、螺帽等管部件信息，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫模塊獲取相應參數(shù)，再將物理參數(shù)信息更新；也可以識別出幾何模型中管線信息，并結合數(shù)據(jù)庫中信息，自動匹配管線的截面信息、管線運行工況及材料參數(shù)，并自動添加載荷工況、匹配地震載荷輸入等，自動生成可提交求解計算的管道分析有限元模型fre文件，后處理平臺可依據(jù)fre文件自動后處理、評價結果并可自動編制完整的管道力學分析報告，實現(xiàn)分析報告一鍵式完成功能。本發(fā)明實現(xiàn)了整個核電站管道力學計算前后處理的自動化，顯著提高了管道分析的效率和質量。

2、本發(fā)明提供的核電站管道自動化分析前后處理平臺，實現(xiàn)cap系列三代核電廠管道應力分析前后處理過程的自動化，使得人工干預最小化，產(chǎn)品質量最優(yōu)化，計算效率最高化。

附圖說明

圖1符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的平臺c/s架構圖

圖2符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的管道力學分析流程圖

圖3符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的結合數(shù)據(jù)庫的管部件模型更新

圖4符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的熱工況數(shù)據(jù)格式

圖5符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的前處理界面的基本設置

圖6符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的響應譜匹配流程圖

圖7符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的載荷工況生成流程圖

圖8符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的后處理流程

圖9符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的后處理界面

圖10符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的ppo文件后處理

圖11符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的prl/prc文件解析

圖12符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的報告編制模板

圖13符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的閥門批量升版設計流程

圖14符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的閥門批量升版操作界面

圖15符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的結構化數(shù)據(jù)庫

圖16符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的非結構化數(shù)據(jù)庫

圖17符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的導入前預設置界面

圖18符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的導入后預設置界面

圖19符合本發(fā)明優(yōu)選實施例的工況生成設置

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

本發(fā)明采用c++語言編制，適用于windows系列操作系統(tǒng)，采用c/s工作架構，參照圖1，通過局域網(wǎng)及專門的數(shù)據(jù)庫服務器實現(xiàn)平臺連接和數(shù)據(jù)交換。管道力學分析流程如圖2所示，其中虛線框內為前處理部分，用于生成算文件，點劃線框內為后處理部分，用于自動提取結果并編制報告，其中橢圓框內為數(shù)據(jù)庫部分，用于支撐前后處理過程所需的數(shù)據(jù)參數(shù)，方形框內為本發(fā)明的核心開發(fā)程序。

首先前處理平臺依據(jù)數(shù)據(jù)更新幾何模型中管部件信息，并通過調整模型尺寸，保證部件尺寸正確和模型整體尺寸不變，其設計流程如圖3所示。管部件信息如法蘭、螺帽等標準件，可直接到數(shù)據(jù)庫的規(guī)范中查??；閥門、貫穿件等非標準件尺寸信息來自于設備和貫穿件信息非標準件數(shù)據(jù)庫，特別的是貫穿件需要計算并輸入剛度，所以在調整尺寸的同時也需要根據(jù)相應的參數(shù)信息建立相應的貫穿件模型。與管部件信息更新類似，前處理平臺會將管線等級、材料、截面、運行溫度和壓力信息(如圖4)與初步幾何模型中管線信息自動匹配，以上各項功能均可在前處理界面中僅需點擊相應選項即可自動匹配，界面設置參照5。然后，前處理平臺會根據(jù)上述生成模型中連接設備、支撐等物項的生根位置，自動根據(jù)響應譜數(shù)據(jù)庫匹配相應的響應譜文件，最終自動生成管道計算所需響應譜。響應譜匹配生成的流程如圖6所示。最后，前處理平臺通過工況生成功能，自動生成地震、重力、熱脹、地震、管道破裂、閥門開關沖擊等單工況載荷，然后基于cap系列管道設計準則，自動組合單工況載荷形成組合工況，設計流程如圖7。

以上前處理過程中用到的數(shù)據(jù)信息傳遞一少部分來自于界面輸入，大部分來自于數(shù)據(jù)庫，通過前處理平臺處理后初步幾何文件轉換為可直接提交pipestress計算的fre有限元模型文件。計算后的結果文件包括：單工況結果文件(.prl)和組合工況結果文件(.prc)、command文件，restart文件等，結合這些文件后處理平臺可進行結果后處理，后處理的流程參照圖8，后處理平臺界面參照圖9。依次點擊“提取信息”及“生成ppi”選項，后處理平臺自動識別并提取部件(包括：閥門、設備接管、法蘭、穿墻件)單元節(jié)點信息，然后再對各工況結果進行組合，自動生成對應管部件節(jié)點和工況信息的控制文件(.ppi)，點擊后處理界面中的“運行postr”即可輸出對應管部件的ppo文件。后處理平臺可自動解析ppo文件，解析過程設計參照圖10。后處理平臺會將解讀出的各個管部件的結果與數(shù)據(jù)庫中許用載荷對比，供后續(xù)的載荷評價和報告編制。同樣，后處理平臺也可解讀出prl、prc文件中的：節(jié)點位移、單元應力、最大應力等，供后續(xù)評價和報告編制。鑒于prl，prc文件因op、eq、坐標系等選項不同使得格式多變，后處理平臺采用枚舉的方法來解析，具體處理流程參照圖11。通過文字替換word模板中某些固定的標識符，參照圖12，文字和標識符以xml格式保存，tag屬性為標識，節(jié)點內容為替換文字，另外還考慮了管道等級的選項，結合后處理平臺解讀的prl/prc、ppo文件結果信息，實現(xiàn)報告自動編制。此外，后處理過程中生成的閥門、設備接管載荷等統(tǒng)計報表均可保存在數(shù)據(jù)庫中，方便項目統(tǒng)計。

本發(fā)明開發(fā)了閥門批量升版技術以解決閥門升版帶來的工作，其主要設計思路是根據(jù)當前閥門數(shù)據(jù)版本和目標數(shù)據(jù)版本，閥門結構關鍵點的位置坐標，通過坐標變換，實現(xiàn)閥門的升版。具體的設計流程參照圖16，平臺操作界面參照圖17。

本發(fā)明中的數(shù)據(jù)庫模塊用于支撐前后處理過程中數(shù)據(jù)存儲和傳輸。數(shù)據(jù)庫模塊分為結構化數(shù)據(jù)庫和非結構化數(shù)據(jù)庫，結構化數(shù)據(jù)庫主要用于管理規(guī)范相關的標準件的信息儲存，非結構化的主要用于會基于項目的變化而變化的非標準件的存儲，數(shù)據(jù)庫中設置了權限和操作日記錄志功能，使得數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的準確性和可追溯性得到保證，數(shù)據(jù)存儲和設計流程可參照圖15和圖16。

綜上所述，本發(fā)明的主要研究內容包括：

1)本發(fā)明提供了自動添加單工況和組合工況載荷，如自重、熱脹、動力載荷和地震載荷等的方法；自動匹配管線等級、管線運行溫度壓力、管線材料和截面的功能；自動添加和調整包含管部件法蘭、閥門、貫穿件、螺帽等管部件信息的幾何模型；

2)本發(fā)明提供了自動讀取各個管部件的載荷，并進行自動評價的算法，也提供了分析報告自動編制的功能；

3)本發(fā)明提供了閥門批量升版的功能；

4)本發(fā)明提供了實現(xiàn)前處理平臺各項功能的界面設計；

5)本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)庫模塊建立了完備的數(shù)據(jù)庫，并具備數(shù)據(jù)的維護以及權限管理功能，是前后自動化處理平臺強大的數(shù)據(jù)支撐。

步驟一、參照圖5，在前處理界面點擊“導入前預設置”，參照圖17選擇相應的項目名稱、各種管部件的數(shù)據(jù)庫版本以及轉換方式等，然后將初步幾何模型導入，再進行“導入后預設置”，參照圖18對生成計算文件的編號、精度等進行設置，再一次點擊“截面管理”、“材料管理”、“熱脹工況管理”，“響應譜生成”等，并點擊“工況生成”參照圖6，填入管道包的基本載荷信息后保存，通過以上操作后的計算文件中信息已經(jīng)自動更新：包含完備的幾何信息代碼即管道標準件、支撐、貫穿件、法蘭、閥門模型的建立，以及管道截面的定義、管道等級的定義、管道材料的定義；包含完備的載荷信息代碼即各管線運行溫度和壓力定義、自重、熱脹、地震和特殊載荷工況水力、風雪及沉降載荷工況的單工況和組合工況的定義。通過以上操作后已經(jīng)完成計算流程圖2中虛框內全部的前處理內容，通過點擊前處理界面中“提交計算”提交pipestress進行計算。

步驟二、結合計算結果，參照圖9后處理界面，依次選擇單元類型、選擇fre文件，點擊“提取信息”，“運行postr”、“讀取結果”、“導出結果”，后處理平臺自動解析管部件在各工況下的應力和位移、自動提取并結合數(shù)據(jù)許用值自動評價，通過選擇導入“prl/prc”，后處理平臺會完成管道應力的提取和評價，若評價通過，基于后處理界面導入管道應力再選擇“生成報告”即可一鍵將計算結果和計算過程中相關的設計輸入填入報告模板，并生成最終的word版本分析報告，另外后處理平臺也可匯總結果，分類統(tǒng)計各個部件的結果信息，生成統(tǒng)計報表。對于評價不通過的管道需要修改管道布置重新計算。通過以上操作后就完成了計算流程圖2中點劃線內的全部的后處理內容。

步驟三、本發(fā)明設計了批量閥門數(shù)據(jù)升版功能，參照圖17選擇當前閥門數(shù)據(jù)版本和目標閥門數(shù)據(jù)版本，導入需要升版的fre，點擊“閥門統(tǒng)計”、點擊“批量升版”，批量升版模塊可自動識別閥門的方向、閥桿朝向等信息，并完成閥門數(shù)據(jù)的升版工作，更新fre文件中的代碼。

本發(fā)明在三代核電站管道力學分析中實施后，首先節(jié)約了人力成本：按照一個管道包平均10張管道立(iso)圖計算，原來手工完成fre文件、手工后處理結果文件、手工編制報告需要花費2個工作日，應用本發(fā)明后整個過程共需2個小時，至少將工作效率提高了8倍；另外，本發(fā)明的數(shù)據(jù)庫模塊能夠為分析模型提供標準化的數(shù)據(jù)信息支持，實現(xiàn)了建立標準化形式的計算模型，顯著提高文件質量，降低成本人力成本，帶來客觀的經(jīng)濟效益。

與現(xiàn)有技術相比，本實施例具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的核電站管道自動化分析前后處理平臺，基于c++語言開發(fā)的用于管道力學計算的自動化前后處理平臺，設計了人性化的操作界面和完備的數(shù)據(jù)庫。其中數(shù)據(jù)庫作為前后處理平臺的數(shù)據(jù)支撐，涵蓋了所有的標準件如法蘭，螺帽，管道和非標準件參數(shù)信息，也包含了管道工藝參數(shù)、材料、地震載荷等非標準件信息。前處理平臺可以識別出初步幾何模型中的法蘭、閥門、貫穿件、螺帽等管部件信息，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫模塊獲取相應參數(shù)，再將物理參數(shù)信息更新；也可以識別出幾何模型中管線信息，并結合數(shù)據(jù)庫中信息，自動匹配管線的截面信息、管線運行工況及材料參數(shù)，并自動添加載荷工況、匹配地震載荷輸入等，自動生成可提交求解計算的管道分析有限元模型fre文件，后處理平臺可依據(jù)fre文件自動后處理、評價結果并可自動編制完整的管道力學分析報告，實現(xiàn)分析報告一鍵式完成功能。本發(fā)明實現(xiàn)了整個核電站管道力學計算前后處理的自動化，顯著提高了管道分析的效率和質量。

2、本發(fā)明提供的核電站管道自動化分析前后處理平臺，實現(xiàn)cap系列三代核電廠管道應力分析前后處理過程的自動化，使得人工干預最小化，產(chǎn)品質量最優(yōu)化，計算效率最高化。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統(tǒng)而言，由于與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

本領域技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應認為超出本發(fā)明的范圍。

顯然，本領域的技術人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內。