一種基于ls-dyna對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法
【專利摘要】一種基于LS?DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法，本發(fā)明涉及基于LS?DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有設(shè)計方法設(shè)計不佳，甚至是失敗以及可能遇到基礎(chǔ)材料過期、實際現(xiàn)場情況出現(xiàn)變化等問題。具體是按照以下步驟進(jìn)行的：一、把選取化工園區(qū)儲罐區(qū)約束條件定義為數(shù)值模擬的模型參數(shù)，之后生成關(guān)鍵字k文件；二、將關(guān)鍵字k文件輸入LS?DYNA軟件進(jìn)行求解得到d3plot結(jié)果文件；三、得到爆炸全程的破壞效應(yīng)值；四、得到儲罐區(qū)爆炸全程的破壞效應(yīng)值最小的布局方式，進(jìn)而得到最優(yōu)化設(shè)計方案。本發(fā)明應(yīng)用于化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化領(lǐng)域。
【專利說明】
一種基于LS-DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及基于LS-DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]儲罐區(qū)就是由一個或若干個工業(yè)儲罐組成的儲罐區(qū)域，當(dāng)發(fā)生爆炸事故時，較強(qiáng)的能量釋放或產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和氣泡脈動效用，極易對區(qū)域的人員、設(shè)備以及周邊的建筑造成破壞性的傷害。而多個儲罐組成的儲罐區(qū)發(fā)生局部爆炸所產(chǎn)生的能量和沖擊波，很可能引起災(zāi)難性的多米諾事故連鎖效應(yīng)，造成更大范圍的爆炸和損失。因此，儲罐區(qū)的布局設(shè)計要根據(jù)儲罐區(qū)儲罐的尺寸、數(shù)量、介質(zhì)類型等變化因素進(jìn)行調(diào)整，如果設(shè)計不當(dāng)造成某個環(huán)節(jié)發(fā)生故障，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，結(jié)果不堪設(shè)想。
[0003]近年來，化工行業(yè)得到長足的發(fā)展，化工園區(qū)儲罐區(qū)的設(shè)計是化工企業(yè)建設(shè)階段不可或缺的部分。國家對于化工行業(yè)儲罐區(qū)的布局設(shè)計通常會采用GB50160-2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》、GB50016-2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、GB50351-2005《儲罐區(qū)防火堤設(shè)計規(guī)范》、GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》等一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。而目前儲罐區(qū)布局設(shè)計還存在著規(guī)劃不合理、依靠現(xiàn)場經(jīng)驗、浪費(fèi)資源等問題，導(dǎo)致這些方法設(shè)計不佳，甚至是失敗的。
[0004]現(xiàn)有根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的儲罐區(qū)布局方案可能遇到基礎(chǔ)材料過期、實際現(xiàn)場情況出現(xiàn)變化等問題。目前，在化工園區(qū)儲罐區(qū)的布局設(shè)計實踐中，追求最優(yōu)化的設(shè)計是研究者不懈努力的追求和目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有設(shè)計方法設(shè)計不佳，甚至是失敗以及可能遇到基礎(chǔ)材料過期、實際現(xiàn)場情況出現(xiàn)變化等問題，而提出一種基于LS-DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法。
[0006]上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]步驟一、選取化工園區(qū)儲罐區(qū)作為數(shù)值模擬的原型，把選取化工園區(qū)儲罐區(qū)約束條件定義為數(shù)值模擬的模型參數(shù)，之后Hypermesh軟件生成關(guān)鍵字k文件，關(guān)鍵字k文件包含儲罐區(qū)參數(shù)化建模命令；
[0008]步驟二、將關(guān)鍵字k文件包含的儲罐區(qū)參數(shù)化建模命令輸入LS-DYNA軟件進(jìn)行求解，經(jīng)過數(shù)值模擬計算得到d3plot結(jié)果文件；
[0009]步驟三、利用LS-DYNA后處理器對得到的d3plot結(jié)果文件進(jìn)行后處理，得到超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，由超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，根據(jù)超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，由超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，得到化工園區(qū)儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值，爆炸全程的破壞效應(yīng)值即為目標(biāo)函數(shù)；
[0010]步驟四、調(diào)整數(shù)值模擬的模型參數(shù)值，重復(fù)步驟一至三，得到調(diào)整后的儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值;利用最優(yōu)化模型對數(shù)值模擬的模型參數(shù)和目標(biāo)函數(shù)重復(fù)進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)評價，評價仿真中儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值，直至仿真中儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值最小，全程的破壞效應(yīng)值最小時目標(biāo)函數(shù)最小;得到儲罐區(qū)爆炸全程的破壞效應(yīng)值最小的布局方式，進(jìn)而得到最優(yōu)化設(shè)計方案。
[0011]發(fā)明效果
[0012]LS-DYNA是國際上最著名的一款通用顯示動力分析軟件，它被廣泛地用來處理非線性問題，非線性結(jié)構(gòu)動力沖擊問題、流體力學(xué)問題、流固耦合問題及傳熱等問題，可以對化工園區(qū)儲罐區(qū)設(shè)計布局的復(fù)雜問題進(jìn)行模擬仿真，通過參數(shù)設(shè)置的改變對其不斷進(jìn)行修正改進(jìn)，得到最優(yōu)化的設(shè)計方案，根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化的化工園區(qū)儲罐區(qū)的布局設(shè)計，在傳統(tǒng)布局設(shè)計的基礎(chǔ)上，幫助解決規(guī)劃不合理、依靠現(xiàn)場經(jīng)驗、浪費(fèi)資源的問題，實現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)。
[0013]ANSYS軟件是一款可用來分析結(jié)構(gòu)、流體、電磁場、聲場、耦合場等的大型、通用有限元分析軟件，主要包括前處理、計算分析、后處理這三個模塊。通過數(shù)值模擬分析能夠高度還原化工園區(qū)儲罐區(qū)發(fā)生爆炸時的復(fù)雜情景，為化工園區(qū)儲罐區(qū)提供更好的布局優(yōu)化設(shè)計方法。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明中LS-DYNA仿真過程流程示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明中優(yōu)化設(shè)計流程示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明中儲罐區(qū)布局簡化模型。
【具體實施方式】
[0017]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1、圖2、圖3說明本實施方式，本實施方式的一種基于LS-DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法，具體是按照以下步驟制備的:
[0018]步驟一、選取化工園區(qū)儲罐區(qū)作為數(shù)值模擬的原型，把選取化工園區(qū)儲罐區(qū)約束條件定義為數(shù)值模擬的模型參數(shù)，之后Hypermesh軟件生成關(guān)鍵字k文件，關(guān)鍵字k文件包含儲罐區(qū)參數(shù)化建模命令；
[0019]步驟二、將關(guān)鍵字k文件包含的儲罐區(qū)參數(shù)化建模命令輸入LS-DYNA軟件進(jìn)行求解，經(jīng)過數(shù)值模擬計算得到d3plot結(jié)果文件；
[0020]步驟三、利用LS-DYNA后處理器對得到的d3plot結(jié)果文件進(jìn)行后處理，得到超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，由超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，根據(jù)超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，由超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，得到化工園區(qū)儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值，爆炸全程的破壞效應(yīng)值即為目標(biāo)函數(shù)；
[0021]步驟四、調(diào)整數(shù)值模擬的模型參數(shù)值，重復(fù)步驟一至三，得到調(diào)整后的儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值;利用最優(yōu)化模型對數(shù)值模擬的模型參數(shù)和目標(biāo)函數(shù)(優(yōu)化目標(biāo))重復(fù)進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)評價，評價仿真中儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值，直至仿真中儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值最小，全程的破壞效應(yīng)值最小時目標(biāo)函數(shù)最小;得到儲罐區(qū)爆炸全程的破壞效應(yīng)值最小的布局方式，進(jìn)而得到最優(yōu)化設(shè)計方案。
[0022]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一所述化工園區(qū)儲罐區(qū)約束條件為儲罐區(qū)尺寸、儲罐尺寸、儲罐材料、儲罐介質(zhì)、爆炸源能量、儲罐間距離及相對位置。
[0023]其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
[0024]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟三所述化工園區(qū)儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值包括化工園區(qū)儲罐區(qū)第一次爆炸時的破壞效應(yīng)值和引發(fā)二次爆炸造成的多米諾連鎖效應(yīng)的破壞效應(yīng)值。
[0025]其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一或二相同。
[0026]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟三所述LS-DYNA 后處理器為Ls-prepost。
[0027]其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0028]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟一所述選取化工園區(qū)儲罐區(qū)作為數(shù)值模擬的原型，把選取化工園區(qū)儲罐區(qū)約束條件定義為數(shù)值模擬的模型參數(shù)，具體過程為:
[0029]選取化工園區(qū)儲罐區(qū)作為數(shù)值模擬的原型，利用Hypermesh軟件的參數(shù)化建模功能把選取化工園區(qū)儲罐區(qū)約束條件定義為數(shù)值模擬的模型參數(shù)。
[0030]其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至四之一相同。
【主權(quán)項】
1.一種基于LS-DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法，其特征在于一種基于LS-DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法具體是按照以下步驟進(jìn)行的: 步驟一、選取化工園區(qū)儲罐區(qū)作為數(shù)值模擬的原型，把選取化工園區(qū)儲罐區(qū)約束條件定義為數(shù)值模擬的模型參數(shù)，之后Hypermesh軟件生成關(guān)鍵字k文件，關(guān)鍵字k文件包含儲罐區(qū)參數(shù)化建模命令； 步驟二、將關(guān)鍵字k文件包含的儲罐區(qū)參數(shù)化建模命令輸入LS-DYNA軟件進(jìn)行求解，經(jīng)過數(shù)值模擬計算得到d3plot結(jié)果文件； 步驟三、利用LS-DYNA后處理器對得到的d3plot結(jié)果文件進(jìn)行后處理，得到超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，由超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖；根據(jù)超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，由超壓-時程、等效應(yīng)力、位移數(shù)據(jù)圖，得到化工園區(qū)儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值，爆炸全程的破壞效應(yīng)值即為目標(biāo)函數(shù)； 步驟四、調(diào)整數(shù)值模擬的模型參數(shù)值，重復(fù)步驟一至三，得到調(diào)整后的儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值;利用最優(yōu)化模型對數(shù)值模擬的模型參數(shù)和目標(biāo)函數(shù)重復(fù)進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)評價，評價儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值，直至仿真中儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值最小，全程的破壞效應(yīng)值最小時目標(biāo)函數(shù)最小，得到儲罐區(qū)爆炸全程的破壞效應(yīng)值最小的布局方式，進(jìn)而得到最優(yōu)化設(shè)計方案。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LS-DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法，其特征在于步驟一所述化工園區(qū)儲罐區(qū)約束條件為儲罐區(qū)尺寸、儲罐尺寸、儲罐材料、儲罐介質(zhì)、爆炸源能量、儲罐間距離及相對位置。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于LS-DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法，其特征在于步驟三所述化工園區(qū)儲罐區(qū)在爆炸全程的破壞效應(yīng)值包括化工園區(qū)儲罐區(qū)第一次爆炸時的破壞效應(yīng)值和引發(fā)二次爆炸造成的多米諾連鎖效應(yīng)的破壞效應(yīng)值。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于LS-DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法，其特征在于步驟三所述LS-DYNA后處理器為Ls-prepost。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于LS-DYNA對化工園區(qū)儲罐區(qū)布局優(yōu)化設(shè)計的方法，其特征在于步驟一所述選取化工園區(qū)儲罐區(qū)作為數(shù)值模擬的原型，把選取化工園區(qū)儲罐區(qū)約束條件定義為數(shù)值模擬的模型參數(shù)，具體過程為: 選取化工園區(qū)儲罐區(qū)作為數(shù)值模擬的原型，利用Hypermesh軟件的參數(shù)化建模功能把選取化工園區(qū)儲罐區(qū)約束條件定義為數(shù)值模擬的模型參數(shù)。
【文檔編號】G06F17/50GK105844002SQ201610161494
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】蔣永清, 王嘉冰, 孫超, 孫大偉, 張秋楠, 張帥, 李儀宣, 孫鑫
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)