專利名稱：一種確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)復(fù)雜多管嘴設(shè)備接管載荷組合方式進(jìn)行力學(xué)計(jì)算分析的方法， 具體涉及一種確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
在對(duì)多管嘴(儲(chǔ)罐)設(shè)備進(jìn)行力學(xué)計(jì)算分析時(shí)，由于設(shè)備上管嘴數(shù)量多、空間位置復(fù)雜以及接管載荷的方向不確定性，導(dǎo)致了接管載荷組合方式的多樣性。而管嘴對(duì)應(yīng)的接管載荷組合方式能顯著地改變基礎(chǔ)作用力的數(shù)值(又稱基礎(chǔ)載荷，是土建的重要設(shè)計(jì)參數(shù))。如果不能完整地考慮接管載荷各種組合方式對(duì)基礎(chǔ)的不利影響，將很難得到最不利組合對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)載荷值，從而導(dǎo)致土建基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不安全。因此需要研究設(shè)備接管載荷組合方式對(duì)基礎(chǔ)載荷的影響。
通常，基礎(chǔ)載荷在設(shè)備支撐的幾何中心處給出，在三維直角坐標(biāo)系中由三個(gè)力分量和三個(gè)矩分量來表示。通過理論力學(xué)中力的平移定理，可以考慮各接管的接管載荷組合方式對(duì)基礎(chǔ)載荷的各種不利影響。通過公式計(jì)算可以得到使三個(gè)力分量和三個(gè)矩分量分別達(dá)到最大/最小的接管載荷組合方式。由于接管載荷中的剪力和彎矩實(shí)際作用方向的任意性，因此存在多種接管載荷組合方式。如果對(duì)每種組合方式都進(jìn)行有限元計(jì)算是非常耗時(shí)的工作，所以實(shí)際計(jì)算中都是盡可能的選擇一些危險(xiǎn)組合方式進(jìn)行有限元計(jì)算。然而，如何選擇最危險(xiǎn)的組合方式目前還沒有系統(tǒng)的研究。
近年來，有些研究者基于以上理論提出了一種考慮接管載荷對(duì)基礎(chǔ)載荷影響的方法，該方法只考慮剪力和彎矩的三種可能作用方向，即剪力和彎矩只作用在事先定義局部坐標(biāo)系的X、Y和與X、Y夾角45°的三個(gè)方向。此方法雖然提高了分析效率，但是很難保證找到的接管組合方式是最危險(xiǎn)的加載方式，這取決于如何選擇局部坐標(biāo)系。
此外，也有一些研究者采用在互相垂直的兩個(gè)方向上(即局部坐標(biāo)系的X和Y軸) 同時(shí)施加剪力和彎矩的方法考慮接管載荷對(duì)基礎(chǔ)載荷的影響。然而，相互垂直的兩個(gè)方向如何選擇(亦即局部坐標(biāo)系如何選擇)也沒有得到有效解決。
概括而言，目前采用的分析方法主要存在以下不足
1)剪力和彎矩只在三個(gè)可能方向施加或在兩個(gè)垂直方向同時(shí)施加，如果局部坐標(biāo)系選擇的不合適，很難保證找到對(duì)基礎(chǔ)載荷最為不利的接管組合，從而導(dǎo)致不保守的結(jié)果， 對(duì)設(shè)備的安全設(shè)計(jì)不利。而對(duì)于局部坐標(biāo)系的選取方式，已有的方法沒有給出有效的解決方案。
2)分析接管載荷采用公式算法，需要人工推導(dǎo)計(jì)算。特別是對(duì)于有多個(gè)復(fù)雜空間管嘴的設(shè)備而言，實(shí)際分析過程非常耗時(shí)，且很容易出錯(cuò)。因此人工分析接管載荷對(duì)基礎(chǔ)載荷的影響是一項(xiàng)過程復(fù)雜，效率低且出錯(cuò)率高的繁瑣工作。而接管載荷的分析工作又是設(shè)備計(jì)算中必不可少的一項(xiàng)，幾乎所有的設(shè)備計(jì)算都或多或少的考慮接管載荷組合的影響， 因此該項(xiàng)工作也是影響日常力學(xué)計(jì)算效率的一個(gè)重要因素。
3)通過繁瑣的分析工作得到對(duì)基礎(chǔ)載荷最為不利的接管載荷組合后，自檢過程和校審者的進(jìn)一步審查過程，同樣需要重復(fù)分析各個(gè)組合方式的準(zhǔn)確性，這無(wú)疑又重復(fù)了上述復(fù)雜過程，亦會(huì)耗掉大量的時(shí)間和精力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種考慮多管嘴設(shè)備接管載荷各種可能組合方式得到設(shè)備基礎(chǔ)載荷的快速優(yōu)化方法，該方法更全面地考慮了接管載荷組合方式對(duì)基礎(chǔ)載荷的影響，優(yōu)化出的接管載荷組合方式更為準(zhǔn)確。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，包括如下步驟
(1)確定設(shè)備的管嘴數(shù)量N，以及各個(gè)管嘴對(duì)應(yīng)的接管載荷數(shù)值，包括軸力P、剪力 V、彎矩Mb和扭矩Mt ；
(2)確定管嘴i的接管處定義的局部坐標(biāo)系與總體坐標(biāo)系之間的相對(duì)方位，其中， i = 1，2，3，... N;局部坐標(biāo)系先繞其X軸旋轉(zhuǎn)角度Φ，再繞其Y軸旋轉(zhuǎn)角度θ后便可以與總體坐標(biāo)系一致；其中總體坐標(biāo)系的定義沒有具體要求，采用設(shè)備建模時(shí)的整體坐標(biāo)系即可；
(3)根據(jù)管嘴i對(duì)應(yīng)的接管載荷數(shù)值，在局部坐標(biāo)系下施加接管載荷，接管載荷的軸力P和扭矩Mt均分別在坐標(biāo)軸正方向和負(fù)方向加載，剪力V和彎矩Mb的作用方向在360 度范圍內(nèi)分步考慮，對(duì)于剪力V和彎矩Mb的每一個(gè)加載角度，存在四種載荷組，即軸力和扭矩同正、一正一負(fù)，一負(fù)一正和同負(fù)四種情況；
(4)利用理論力學(xué)理論，將局部坐標(biāo)系下施加的各接管載荷的組合所對(duì)應(yīng)的力系變換到總體坐標(biāo)系下，得到該力系在總體坐標(biāo)系下的各個(gè)分量，所述的各接管載荷的組合包括軸力P、剪力V、彎矩Mb和扭矩Mt ；
(5)比較接管載荷的軸力P、剪力V、彎矩Mb和扭矩Mt在總體坐標(biāo)系下的六個(gè)分量的大小，找出在該角度下，作用到地基上的基礎(chǔ)載荷六個(gè)分量的最大值、最小值以及相應(yīng)的接管載荷作用方向，并保存數(shù)據(jù)；
(6)將局部坐標(biāo)系繞其Z軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度Δ α，改變角度后首先判斷局部坐標(biāo)系是否回到初始位置，如果是則進(jìn)入步驟(7)，否則重復(fù)步驟(3) 步驟(5)；
(7)判斷i是否等于N，如果是則進(jìn)入步驟(8)，否則，令i = i+Ι并返回步驟O)；
(8)將已保存的各個(gè)管嘴載荷產(chǎn)生的基礎(chǔ)載荷分量的最大值、最小值分別求和，得到基礎(chǔ)載荷的最大值、最小值及相應(yīng)的接管載荷加載方式，并輸出最后結(jié)果。
進(jìn)一步，如上所述的確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，其中，步驟O)中所述的管嘴i的接管處定義的局部坐標(biāo)系是以接管端面的中心為原點(diǎn)，X軸和Y軸位于接管端面上，Z軸沿著接管的軸向。
進(jìn)一步，如上所述的確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，其中，步驟中將局部坐標(biāo)系下施加的各接管載荷的組合所對(duì)應(yīng)的力系變換到總體坐標(biāo)系下的方法是
1)計(jì)算接管載荷點(diǎn)與基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)在總體坐標(biāo)系下三個(gè)坐標(biāo)值的差值，將這三個(gè)差值作為力臂；
2)得到所施加的接管載荷在局部坐標(biāo)系下的各個(gè)分量，記為FX0/FY0/FZ0/MX0/ ΜΥ0/ΜΖ0，其中FX0/FY0/FZ0為接管載荷在總體坐標(biāo)系X/Y/Z三個(gè)坐標(biāo)方向的力分量，MXO/ΜΥ0/ΜΖ0為三個(gè)坐標(biāo)方向的力矩分量；
3)局部坐標(biāo)系繞其X軸旋轉(zhuǎn)角度Φ后得到1號(hào)中間坐標(biāo)系，接管載荷對(duì)應(yīng)的力系FX0/FY0/FZ0/MX0/MY0/MZ0相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)到1號(hào)中間坐標(biāo)系下，在1號(hào)中間坐標(biāo)系下的分量分別記為 FXl/FYl/FZl/MXl/MYl/MZl ；
4)1號(hào)中間坐標(biāo)系繞其Y軸旋轉(zhuǎn)角度θ后得到2號(hào)中間坐標(biāo)系，力系FX1/FY1/ FZ1/MX1/MY1/MZ1相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)到2號(hào)中間坐標(biāo)系下，在2號(hào)中間坐標(biāo)系下的分量分別記為 FX2/FY2/FZ2/MX2/MY2/MZ2 ；
5)根據(jù)步驟1)中得到的力臂將2號(hào)中間坐標(biāo)系下作用的力系FX2/FY2/FZ2/MX2/ ΜΥ2/ΜΖ2平移到基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)，得到的分量分別記為FX3/FY3/FZ3/MX3/MY3/MZ3。
更進(jìn)一步，如上所述的確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，其中，步驟1)中所述的基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)為總體坐標(biāo)系原點(diǎn)。
進(jìn)一步，如上所述的確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，其中，步驟(6)中所述的角度Δ α的取值為Γ。
本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明第一次提出在接管橫截面所在平面的360°范圍內(nèi)逐個(gè)角度施加剪力和彎矩，同時(shí)考慮到施加載荷的正負(fù)，最終從所有的可能組合中優(yōu)化出使得基礎(chǔ)載荷各分量最大/最小的接管組合。具體應(yīng)用時(shí)只需輸入每個(gè)接管的方位參數(shù)和接管載荷數(shù)值，程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化出對(duì)基礎(chǔ)載荷最為不利的接管組合方式。例如， 對(duì)于一個(gè)具有5 6個(gè)接管的設(shè)備，假設(shè)存在1 2個(gè)空間接管，其他的為平面接管。如果只考慮在局部坐標(biāo)系的X、Y和45°三個(gè)方向施加剪力和彎矩，對(duì)于一個(gè)熟練的人而言，采用公式計(jì)算大概需要6 15小時(shí)方能找出基礎(chǔ)載荷最大/最小值對(duì)應(yīng)的接管組合；而如果采用本發(fā)明的方法則只需要0. 5分鐘便可以得到優(yōu)化后的接管組合，并且采用本發(fā)明得到的結(jié)果比手算更加準(zhǔn)確(緣于樣本范圍的擴(kuò)大，由三個(gè)角度內(nèi)搜索變?yōu)椤?60/Δ α ”個(gè)角度內(nèi)搜索)。本發(fā)明優(yōu)化出的接管載荷組合更為可靠，同時(shí)利用程序自動(dòng)優(yōu)化，簡(jiǎn)便易操作，且具有高效率、低錯(cuò)誤率的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明所提供的確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法流程圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中的多管嘴設(shè)備示意圖3為設(shè)備整體坐標(biāo)系和接管的局部坐標(biāo)系之間關(guān)系的示意圖4為局部坐標(biāo)系和1號(hào)及2號(hào)坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)變換示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
本發(fā)明所提供的確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法的流程如圖1所示，包括如下操作和計(jì)算內(nèi)容
1、確定管嘴數(shù)N和各個(gè)接管載荷(用局部坐標(biāo)表示管嘴)
根據(jù)設(shè)備圖紙確定設(shè)備的管嘴數(shù)目，記為N ；并根據(jù)要求得到各個(gè)管嘴的具體接管載荷數(shù)值，包括軸力P，剪力V，彎矩Mb和扭矩Mt。以圖2為例，本設(shè)備含有9個(gè)接管，即 N = 9，以及每個(gè)接管的具體接管載荷數(shù)值，這些載荷數(shù)值同N—起作為下一步計(jì)算的條件。
2、對(duì)第i(i = 1，2，3. . . 9)個(gè)接管進(jìn)行如下操作
2. 1確定接管處定義的局部坐標(biāo)系與總體坐標(biāo)系之間的相對(duì)方位
根據(jù)管嘴的方位定義局部坐標(biāo)系，以接管端面中心為原點(diǎn)，X軸和Y軸位于接管端面上，Z軸沿著接管軸向。同時(shí)定義總體坐標(biāo)系，總體坐標(biāo)系的定義沒有具體要求，采用設(shè)備建模時(shí)的整體坐標(biāo)系即可。如圖3所示，定義總體坐標(biāo)系(O-XYZ)和局部坐標(biāo)系(0’-Xyz)， 并將總體坐標(biāo)系原點(diǎn)取為基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)。因此，圖3中兩個(gè)坐標(biāo)系原點(diǎn)確定的矢量00’ 即為接管載荷的力臂矢量。這樣，局部坐標(biāo)系和總體坐標(biāo)系之間的相對(duì)位置就確定了，假設(shè)局部坐標(biāo)系先繞其X旋轉(zhuǎn)角度Φ，再繞其Y軸旋轉(zhuǎn)角度θ后便可以與總體坐標(biāo)系一致。以圖2為例，對(duì)于每個(gè)接管都可以確定出角度Φ,和= 1，2，3...9)。這些角度都是程序的輸入?yún)?shù)。
2. 2施加接管載荷
根據(jù)管嘴i對(duì)應(yīng)的接管載荷數(shù)值，在局部坐標(biāo)系下施加接管載荷，包括軸力P，剪力V，彎矩Mb和扭矩Mt。施加時(shí)，由于各個(gè)載荷都存在坐標(biāo)軸正方向和負(fù)方向加載的可能， 所以存在多個(gè)組合方式。接管載荷的軸力P和扭矩Mt存在正反兩個(gè)方向，剪力V和彎矩Mb 需要分步考慮，它們的作用方向要在360度范圍考慮。因此對(duì)于剪力和彎矩的每一個(gè)加載角度，由于軸力P和扭矩Mt的方向不確定性，存在四種載荷組合，即軸力和扭矩同正、一正一負(fù)，一負(fù)一正和同負(fù)四種情況。
2. 3計(jì)算等效力系
將步驟2. 2中局部坐標(biāo)系下各接管載荷組合(包括軸力P、剪力V、彎矩Mb和扭矩 Mt)所對(duì)應(yīng)的力系分別變換到總體坐標(biāo)系下，得到這些力系在總體坐標(biāo)系下的分量，保存相應(yīng)數(shù)據(jù)。力系變換過程中根據(jù)局部坐標(biāo)與總體坐標(biāo)之間的相對(duì)關(guān)系，即角度Φ和Θ，分步對(duì)力系進(jìn)行等效，具體步驟為
1)計(jì)算接管載荷點(diǎn)與基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)在總體坐標(biāo)系下三個(gè)坐標(biāo)值的差值，將這三個(gè)差值作為力臂，具體方法如下
求出接管i載荷作用點(diǎn)與基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)之間的距離(即圖3中的00’的長(zhǎng)度)， 然后將該距離投影到總體坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸上，從而得到載荷轉(zhuǎn)移計(jì)算時(shí)所需的力臂值；
2)在接管所在局部坐標(biāo)系下施加管嘴載荷(例圖3中的局部坐標(biāo)系0’-Xyz)，得出局部坐標(biāo)系下的各個(gè)分量，記為FX0/FY0/FZ0/MX0/MY0/MZ0，該分量即為接管載荷(包括軸力、剪力、彎矩和扭矩)在圖4中(a)坐標(biāo)系下的分量值；
3)局部坐標(biāo)系繞其X軸旋轉(zhuǎn)角度Φ后得到1號(hào)中間坐標(biāo)系(即圖4中的(b)坐標(biāo)系)，接管載荷對(duì)應(yīng)的力系‘FX0/FY0/FZ0/MX0/MY0/MZ0’相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)到1號(hào)中間坐標(biāo)系下，在該坐標(biāo)系下的分量分別記為FX1/FY1/FZ1/MX1/MY1/MZ1，即接管載荷在圖4中(b)坐標(biāo)系下的分量；
4)1號(hào)中間坐標(biāo)系繞其Y軸旋轉(zhuǎn)角度θ后得到2號(hào)中間坐標(biāo)系(即圖4中的(c) 坐標(biāo)系)，力系‘FX1/FY1/FZ1/M/X1/MY1/MZ1，相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)到2號(hào)中間坐標(biāo)系下，在該坐標(biāo)系下的分量分別記為FX2/FY2/FZ2/MX2/MY2/MZ2，即接管載荷在圖4中(c)坐標(biāo)系下的分量。至此，接管載荷作用點(diǎn)為接管點(diǎn)，而方向與總體坐標(biāo)方向一致；
5)根據(jù)步驟3)中的載荷和步驟1)中的力臂將2號(hào)中間坐標(biāo)系下作用的力系‘FX2/FY2/FZ2/MX2/MY2/MZ2，平移到基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)，得到的分量分別記為FX3/FY3/FZ3/ MX3/MY3/MZ3。此時(shí)的值已經(jīng)是總體坐標(biāo)下的結(jié)果。
2. 4比較同一加載角度下的數(shù)據(jù)
針對(duì)剪力和彎矩同一加載角度前提下，軸力P和扭矩Mt都存在沿著Z軸正方向和負(fù)方向加載的可能，因此存在四種組合方式。在每一種組合方式中，都可以按照上述步驟將接管載荷等效到基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)上，在總體坐標(biāo)系下，這些等效后的載荷存在六個(gè)分量， 即FX3/FY3/FZ3/MX3/MY3/MZ3。然后，在剪力和彎矩的該加載角度下，判斷出使得FX3、FY3、 FZ3、MX3、MY3和MZ3分別取最大值、最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的接管載荷作用方向，并保存結(jié)果。
2. 5改變加載角度
將局部坐標(biāo)系繞其Z軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)微小角度Δ α (例如Δ α = Γ，則計(jì)算精度為 1° )，此時(shí)局部坐標(biāo)系的X軸與其初始位置的夾角α = Δα =1°。(若是改變?chǔ)谴魏螅?貝Ij α = η · Δ α = η° )，
1)改變角度后首先判斷局部坐標(biāo)系是否回到初始位置，即α = 360°，則計(jì)算中止，
2)否則重復(fù)2. 2 2. 5，每重復(fù)一次都對(duì)步驟2. 4中基礎(chǔ)載荷六個(gè)分量的最大值、 最小值進(jìn)行比較，將最大值、最小值及相應(yīng)的角度α (接管載荷加載方向)進(jìn)行保存，其他數(shù)據(jù)則舍棄。
到此，完成了一個(gè)管嘴基礎(chǔ)載荷的計(jì)算，并保留了計(jì)算得到的此管嘴載荷可能產(chǎn)生最大(包括最小)基礎(chǔ)載荷的作用方向和基礎(chǔ)載荷值。
3、判斷是否對(duì)所有的接管均已完成
如果i = N，證明對(duì)所有接管完成以上步驟，否則，令i = i+Ι，并返回步驟2。
4、基礎(chǔ)載荷分量求和
將步驟2. 5中得到的使得基礎(chǔ)載荷六個(gè)分量分別取最大值/最小值對(duì)應(yīng)的各個(gè)管嘴載荷的作用方式進(jìn)行組合。例如，要使得基礎(chǔ)載荷的分量FX3取最大值，每個(gè)接管都對(duì)應(yīng)一種加載方式，且都分別對(duì)應(yīng)一個(gè)FX3的值，將這些值相加得到的就是各個(gè)接管同時(shí)作用產(chǎn)生的基礎(chǔ)載荷分量FX3的最大值，而加載方式就是步驟2. 5中保存的各個(gè)接管載荷的作用方式；同理，可以求出各個(gè)接管同時(shí)作用產(chǎn)生的基礎(chǔ)載荷其他分量的最大值/最小值，最后輸出結(jié)果。以此載荷設(shè)計(jì)的設(shè)備基礎(chǔ)將是安全的。此外，此計(jì)算結(jié)果輸出可以采用適于計(jì)算機(jī)程序處理的格式輸出，(如APDL語(yǔ)言格式，完全支持FORTRAN格式，以6F15. 3形式輸出，而后采用APDL語(yǔ)言以F15. 3的形式直接讀入到ANSYS的數(shù)組中，方便利用ANSYS程序直接進(jìn)行加載)，接下來可以用計(jì)算機(jī)軟件直接讀取進(jìn)行后續(xù)的設(shè)備計(jì)算。
經(jīng)過以上各步驟，已經(jīng)找到了對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)載荷六個(gè)分量分別最大、最小的接管載荷組合，進(jìn)一步就可以將這些接管載荷組合用于設(shè)備的強(qiáng)度計(jì)算和抗震計(jì)算。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，包括如下步驟(1)確定設(shè)備的管嘴數(shù)量N，以及各個(gè)管嘴對(duì)應(yīng)的接管載荷數(shù)值，包括軸力P、剪力V、彎矩Mb和扭矩Mt ；(2)確定管嘴i的接管處定義的局部坐標(biāo)系與總體坐標(biāo)系之間的相對(duì)方位，其中，i= 1，2，3，... N;局部坐標(biāo)系先繞其X軸旋轉(zhuǎn)角度Φ，再繞其Y軸旋轉(zhuǎn)角度θ后便可以與總體坐標(biāo)系一致；(3)根據(jù)管嘴i對(duì)應(yīng)的接管載荷數(shù)值，在局部坐標(biāo)系下施加接管載荷，接管載荷的軸力 P和扭矩Mt均分別在坐標(biāo)軸正方向和負(fù)方向加載，剪力V和彎矩Mb的作用方向在360度范圍內(nèi)分步考慮，對(duì)于剪力V和彎矩Mb的每一個(gè)加載角度，存在四種載荷組，即軸力和扭矩同正、一正一負(fù)，一負(fù)一正和同負(fù)四種情況；(4)利用理論力學(xué)理論，將局部坐標(biāo)系下施加的各接管載荷的組合所對(duì)應(yīng)的力系變換到總體坐標(biāo)系下，得到該力系在總體坐標(biāo)系下的各個(gè)分量，所述的各接管載荷的組合包括軸力P、剪力V、彎矩Mb和扭矩Mt ；(5)比較接管載荷的軸力P、剪力V、彎矩Mb和扭矩Mt在總體坐標(biāo)系下的六個(gè)分量的大小，找出在該角度下，作用到地基上的基礎(chǔ)載荷六個(gè)分量的最大值、最小值以及相應(yīng)的接管載荷作用方向，并保存數(shù)據(jù)；(6)將局部坐標(biāo)系繞其Z軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度△α，改變角度后首先判斷局部坐標(biāo)系是否回到初始位置，如果是則進(jìn)入步驟(7)，否則重復(fù)步驟(3) 步驟(5)；(7)判斷i是否等于N，如果是則進(jìn)入步驟(8)，否則，令i= i+1并返回步驟O)；(8)將已保存的各個(gè)管嘴載荷產(chǎn)生的基礎(chǔ)載荷分量的最大值、最小值分別求和，得到基礎(chǔ)載荷的最大值、最小值及相應(yīng)的接管載荷加載方式，并輸出最后結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，其特征在于步驟(2) 中所述的管嘴i的接管處定義的局部坐標(biāo)系是以接管端面的中心為原點(diǎn)，X軸和Y軸位于接管端面上，Z軸沿著接管的軸向設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，其特征在于步驟 (4)中將局部坐標(biāo)系下施加的各接管載荷的組合所對(duì)應(yīng)的力系變換到總體坐標(biāo)系下的方法是1)計(jì)算接管載荷點(diǎn)與基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)在總體坐標(biāo)系下三個(gè)坐標(biāo)值的差值，將這三個(gè)差值作為力臂；2)得到所施加的接管載荷在局部坐標(biāo)系下的各個(gè)分量，記為FX0/FY0/FZ0/MX0/MY0/ ΜΖ0，其中FX0/FY0/FZ0為接管載荷在總體坐標(biāo)系X/Y/Z三個(gè)坐標(biāo)方向的力分量，ΜΧ0/ΜΥ0/ MZO為三個(gè)坐標(biāo)方向的力矩分量；3)局部坐標(biāo)系繞其X軸旋轉(zhuǎn)角度Φ后得到1號(hào)中間坐標(biāo)系，接管載荷對(duì)應(yīng)的力系FXO/ FY0/FZ0/MX0/MY0/MZ0相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)到1號(hào)中間坐標(biāo)系下，在1號(hào)中間坐標(biāo)系下的分量分別記為 FXl/FYl/FZl/MXl/MYl/MZl ；4)1號(hào)中間坐標(biāo)系繞其Y軸旋轉(zhuǎn)角度θ后得到2號(hào)中間坐標(biāo)系，力系FX1/FY1/FZ1/ ΜΧ1/ΜΥ1/ΜΖ1相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)到2號(hào)中間坐標(biāo)系下，在2號(hào)中間坐標(biāo)系下的分量分別記為FX2/ FY2/FZ2/MX2/MY2/MZ2 ；5)根據(jù)步驟1)中得到的力臂將2號(hào)中間坐標(biāo)系下作用的力系FX2/FY2/FZ2/MX2/MY2/MZ2平移到基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)，得到的分量分別記為FX3/FY3/FZ3/MX3/MY3/MZ3。
4.如權(quán)利要求3所述的確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，其特征在于步驟1)中所述的基礎(chǔ)載荷參考點(diǎn)為總體坐標(biāo)系原點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，其特征在于步驟 (6)中所述的角度Δ α的取值為1°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定多管嘴設(shè)備基礎(chǔ)載荷的優(yōu)化方法，屬于設(shè)備的力學(xué)計(jì)算分析技術(shù)領(lǐng)域。該方法在多管嘴設(shè)備的各接管橫截面所在平面的360°范圍內(nèi)逐個(gè)角度施加剪力和彎矩，同時(shí)考慮到施加載荷的正負(fù)，最終從所有的可能組合中優(yōu)化出使得基礎(chǔ)載荷各分量最大、最小的接管組合。本發(fā)明優(yōu)化出的接管載荷組合更為可靠，同時(shí)利用程序自動(dòng)優(yōu)化，簡(jiǎn)便易操作，且具有高效率、低錯(cuò)誤率的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102521492SQ20111039286
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者余順利, 劉嘉一, 劉樹斌, 張雙旺, 楊林民, 王春明, 王艷蘋, 胡雯婷, 鄭修鵬 申請(qǐng)人:中國(guó)核電工程有限公司