一种基于数值分析变形数据的核电装备设计方法与流程

本发明涉及核电装备技术领域，特别是涉及一种基于数值分析变形数据的核电装备设计方法。

背景技术：

随着核电能源行业的发展，对大型核岛主设备的研发需求越来越大，如三代压水堆、四代钠冷堆、铅铋堆、熔盐堆的反应堆压力容器、换料装置等。核岛主设备主要采用分析设计的方法进行研发设计，分析设计国外主要参考asmebpvc第三卷及rcc等相关标准对容器类应力评价的规定；国内数值分析过程主要遵循gb/t33582-2017机械产品结构有限元力学分析通用规则，对结构进行有限元分析计算，但数值计算软件后处理程序并无精度特性的分析评价方法。

核电装备设计过程中需要考虑精度问题。例如，核岛主设备主要由核反应堆压力容器和换料装备等组成，在研发设计阶段主要通过数值计算方法进行结构的定型。目前的通用数值计算处理软件，如ansys、marc、abaqus等，主要分析过程为：建立物理模型→建立有限元离散模型(前处理)→有限元方程的形成和求解→结果解释和显示(后处理)。其中，后处理程序的功能是对用户在前处理程序中指明需要输出的计算结果进行进一步处理和图形显示。后处理中对位移计算结果的显示方式通常包含如下几种：等值线显示、云图显示、矢量显示、路径显示、历程显示等。而在核电容器类装备研发设计过程中，设计人员需要对容器接口的安装精度特性进行定性评价。如在三代堆型华龙一号核反应堆压力容器设计过程中，需要对堆内构件的设备安装面的平面度进行评价；如四代堆型，如钠冷快堆、熔盐堆、铅铋堆等核反应堆压力容器上需要对大型轴承、换料装置、蒸汽发生器等设备安装面进行精度评价。传统的通用数值计算处理软件后处理程序中无法对设备安装面的几何形状位置误差进行分析。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种基于数值分析变形数据的核电装备设计方法，在数值计算软件中增加了精度特性分析模块程序，实现在核电装备设计过程中对核电装备精度特性的计算分析，是一种便捷的数值计算软件的后处理方法，可对研发过程中的安装面变形数据进行规定，为精度设计提供技术支撑，从而有效提高核电装备研发的效率和质量，解决了核电装备设计过程中的精度分析评价问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于数值分析变形数据的核电装备设计方法，包括以下步骤：

步骤1：对核电装备建立数值模型并进行数值计算，得到数值计算结果；

步骤2：根据核电装备设计输入，提取具有精度要求的设备安装面，并确定所述设备安装面的几何特征元素；

步骤3：定义精度评定的参考基准；

步骤4：在所述数值计算结果中进行核电装备安装面几何特征元素节点变形位移信息的提取；

步骤5：针对核电装备设备安装面的精度特性要求，确定精度评价的需求，建立精度特性评价模型；

步骤6：采用最小二乘法对变形要素进行数据拟合，进行不同时刻的拟合要素参数识别；

步骤7：根据所述精度特性评价模型计算不同时刻设备安装面的精度特性；

步骤8：判断所述精度特性是否满足结构设计的精度许用值的要求，如果所述精度特性不满足要求，则返回步骤1，对所述数值模型进行修改并重新进行数值计算；

步骤9：如果所述精度特性满足要求，则结束计算，输出计算结果并形成计算报告。

优选地，所述精度特性评价模型包括：形状精度模型、方向精度模型、位置精度模型和跳动精度模型。

优选地，所述形状精度模型包括直线度精度特征、平面度精度特性、圆度精度特性、圆柱度精度特性、线轮廓度精度特性、面轮廓度精度特性；

所述方向精度模型包括平行度精度特性、垂直度精度特性、倾斜度精度特性；

所述位置精度模型包括位置度精度特性、同心度精度特性、同轴度精度特性、对称度精度特性；

所述跳动精度模型包括圆跳动精度特性、全跳动精度特性。

优选地，步骤1包括：

步骤a：根据所述核电装备的设计输入，提取各设备安装面的精度形位公差要求，作为结构设计精度的许用值；

步骤b：根据核电装备设计输入图纸，进行几何模型建立；

步骤c：输入核电装备的材料属性，进行机械、热载荷和约束边界条件施加，确定计算单元；

步骤d：根据所述几何模型建立有限元离散模型，并进行网格的划分，形成数值模型；

步骤e：针对计算目的确定分析求解方法，在满足收敛性、计算精度和计算机资源的条件下，计算时间步长；

步骤f：对所述数值模型进行求解计算，得到不同时刻的变形计算结果；

步骤g：进行网格质量和灵敏度分析，确保网格划分的准确性。

优选地，步骤b中，几何模型进行简化，在确保关注部位有限元分析精度的前提下，兼顾按结构的棱角、小凸台、小凹槽几何模型细节特征。

优选地，步骤d中，网格划分时，粗化应力缓慢变化区域，细化应力变化急剧区域。

优选地，所述分析求解方法包括静力分析方法和动力分析方法。

本发明的优点和积极效果：

1、本发明在数值计算软件中增加精度特性分析模块程序，可对研发过程中的安装面变形数据进行规定，为精度设计提供技术支撑，从而有效提高核电装备研发的效率和质量，解决了核电装备设计过程中的精度分析问题。

2、本发明解决了传统的通用数值计算处理软件后处理程序中无法对设备安装面的几何形状位置误差进行分析的问题。

3、本发明是一种便捷的数值计算软件的后处理方法，精度特性计算分析作为核电装备设计应力分析评定的扩展，方法简单，可操作性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中核电装备设计方法流程图；

图2为本发明核电装备精度提取位置及精度分析示意图。

具体实施方式

本发明是针对传统的通用数值计算处理软件后处理程序中无法对设备安装面的几何形状位置误差进行分析而研发的一种基于数值分析变形数据的核电装备设计方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例中提供了一种基于数值分析变形数据的核电装备设计方法，核电装备设计系统包括前处理及求解模块和精度特性后处理分析模块，核电装备设计方法包括以下步骤：

步骤101：根据核电装备的设计输入，提取各设备安装面的精度形位公差要求，作为结构设计精度的许用值；

步骤102：根据核电装备设计输入图纸，进行几何模型建立；

具体实施时，几何模型应进行简化，在确保关注部位有限元分析精度的前提下，尽可能的兼顾按结构的棱角、小凸台、小凹槽等几何模型细节特征；

步骤103：输入核电装备的材料属性，进行机械、热载荷等和约束边界条件施加，选择合适的计算单元；

步骤104：根据所述几何模型建立有限元离散模型，并进行网格的划分，形成数值模型；

网格划分时，粗化应力缓慢变化区域，细化应力变化急剧区域；

步骤105：针对计算目的确定分析求解方法，在满足收敛性、计算精度和计算机资源的条件下，计算时间步长；

其中，分析求解方法包括：静力分析方法和动力分析方法；

步骤106：对所述数值模型进行求解计算，得到不同时刻的变形计算结果；

步骤107：进行网格质量和灵敏度分析，确保网格划分的准确性；

上述步骤101-107实现了对核电装备建立数值模型并进行数值计算，得到数值计算结果。

步骤108：根据核电装备设计输入，提取具有精度要求的设备安装面，并进行安装面几何特征元素的确定；

步骤109：定义精度评定的参考基准；

步骤110：在数值计算结果中进行核电装备安装面几何特征元素节点变形位移信息的提取；

步骤111：针对核电装备设备安装面的精度特性要求，确定精度评价的需求，建立精度特性评价模型；

其中，精度特性评价模型包括：形状精度模型、方向精度模型、位置精度模型和跳动精度模型。

所述形状精度模型包括直线度精度特征、平面度精度特性、圆度精度特性、圆柱度精度特性、线轮廓度精度特性、面轮廓度精度特性；

所述方向精度模型包括平行度精度特性、垂直度精度特性、倾斜度精度特性；

所述位置精度模型包括位置度精度特性、同心度精度特性、同轴度精度特性、对称度精度特性；

所述跳动精度模型包括圆跳动精度特性、全跳动精度特性。

步骤112：采用最小二乘法对变形要素进行数据拟合，进行不同时刻的拟合要素参数识别；

步骤113：根据精度特性评价模型计算不同时刻设备安装面的精度，即精度特性；

如图2所示，图中示出了精度提取位置1，实线为评价位置的实际轮廓曲线，虚线为通过最小二乘法得到的拟合轮廓，d1和d2分别为实际轮廓曲线距离拟合轮廓的两侧距离，二者的和即为精度特性。

步骤114：判断计算精度特性是否满足设计输入的要求，如果不满足要求，则返回核电装备的几何物理模型，进行修改并重新计算；

步骤115：如果满足要求，则结束计算，输入计算结果并形成计算报告。

综上所述，本发明解决了核电装备设计过程中的精度分析问题。本发明为是一种便捷的数值计算软件的后处理方法，精度特性分析方法作为核电装备设计应力分析评定的扩展，在数值计算软件中增加精度特性分析模块程序，可将研发过程中的安装面变形数据进行规定，为精度设计提供技术支撑，从而有效提高核电装备研发的效率和质量。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。