一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法及系统

本发明属于数据处理、数据优化的领域，具体涉及一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法及系统。

背景技术：

1、石化压力容器的三维模型设计需要满足对耐高压力的应力的要求标准，在三维模型上一般会认为应力就是单位面积上的载荷，而应力和载荷之间的关系以往可表示为应力与载荷呈正相关关系且应力与受力面积呈负相关关系。但是，在引入了同截面垂直的称为正应力或法向应力后，发现有些材料在工作时，其所受的外力不随时间而变化，这时其内部的应力大小不变，称为静应力，还有一些材料，其所受的外力随时间呈周期性变化，这时内部的应力也随时间呈周期性变化，称为交变应力。另外，在应力随着外力的增加而增长的过程中，材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大。对于组织均匀的脆性材料，应力集中将大大降低构件的强度，这需要通过材料的力学试验来测定。其中，基于材料性质可能会对三维模型上受到的力造成的载荷产生的极小变形，在进行有限元分析时，需要计算每个载荷步骤中的应力和应变张量，以评估结构在不同载荷下的性能。这首先需要建立结构的有限元模型，将结构划分为多个小单元，然后对每个小单元进行力学建模。在每个载荷步骤中，需要计算每个小单元的受力情况，以确定其应力和应变张量。在进行有限元分析之前，需要确定结构所受的载荷和边界条件。载荷可以是外部施加的力或压力，边界条件可以是结构的支撑或约束。根据每个小单元的几何形状和受力情况，可以通过数学公式计算出每个小单元的应变张量，应变张量描述了材料在受力下的形变情况。根据每个小单元的材料性质和应变张量，可以通过材料本身的力学性质计算出每个小单元的应力张量，而应力张量描述了材料在受力下的应力情况。应变与物体内部粒子的相对移位相关，这种相对移位被称作形变，它不包含物体由于做平移、旋转的刚体运动而带来的位置改变。可以使用不同的数学模型区分小应变与大应变情况，分别为极小应变理论（infinitesimal straintheory）与有限应变理论（finite / large strain theory）。在实际中极小应变的计算方式有很多种，常用的有柯西(cauthy)应变和格林(green)应变等。石化压力容器，一般在设计过程中已经将容器的三位轮廓整体上设计得比较浑圆了，例如设计成柱体等，但是柱体的底部衔接边缘或者容器的各部件组装衔接部分区域还是不可避免地存在较为锐利的棱角边等，这些细微之处常常不可监测地积聚了应力集中的风险隐患，尤其是在实际工业的使用容器设计模板中、以及那些生产造价成本较低的实用性容器中这种情况是难以避免的，往往带来安全的隐患，在三维模型上进行优化可以从模板上根源性解决问题，方便后续大规模生产应用。

2、石化压力容器在工业生产中广泛应用，需要承受高压和复杂的应力条件。传统的设计和优化方法中，经验设计法主要基于工程师的经验和行业标准进行设计。这种方法依赖于工程师的经验，难以量化和标准化，存在较大的不确定性和安全隐患。解析方法利用经典力学理论，通过解析解来计算容器的应力分布，但解析方法仅适用于简单几何形状的容器，无法应对复杂的三维结构。有限元分析（fea）采用有限元法对容器进行数值模拟，计算应力和应变分布。不过，传统有限元分析在应力集中区域的计算精度不足，且计算量大，效率低。由于网格划分不够优化，可能导致计算结果不够精确。而材料试验法通过力学试验测定材料在不同应力条件下的表现来指导设计，然而，试验成本高，周期长，且试验结果具有一定的离散性，难以全面覆盖所有使用条件。例如在公开号为cn101498384b的专利文献中所述预应力钢管传统方法在识别和处理应力集中区域时效果不佳，容易导致容器在高应力集中区域发生疲劳和断裂。以及在公开号为cn109919916b的专利文献中所述的一种壁面切应力优化方法，需要大量的计算和试验时间，难以快速响应设计和优化需求。难以同时考虑应力分布、材料成本和制造工艺，导致设计方案在综合性能上存在不足。由于网格划分不够优化，传统有限元分析方法在应力集中区域的计算精度不足，影响设计的可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明提供了一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法及系统，可以建立三维模型并进行网格划分；确定载荷和边界条件；计算应力和应变张量；采用自适应网格划分技术动态调整网格密度；通过正序和反序分解量计算边标点的应力载荷向量，评估载压结合风险量；根据各条边中边标点的风险量差值，识别并优化存在应力风险的边。最后，对高风险边进行圆角边缘处理。

3、为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法，所述方法包括以下步骤：

4、获取石化压力容器的三维模型，标记出所述的三维模型上的边并标记出每条边上的坐标点作为边标点；

5、对所述的三维模型设置多个不同的载荷步骤，获取每条边上的边标点对应各个载荷步骤的应力值；

6、其中，所述多个不同的载荷步骤为从非零载荷起步再逐步多次递增的若干个载荷值；

7、以每个边标点对应各个载荷步骤的应力值组成该边标点的应力载荷向量，对每个边标点的应力载荷向量分别沿着载荷步骤的递增方向的正序和反序进行分解得到正序载压分解量和反序载压分解量；

8、分别对每条边上的边标点的正序载压分解量和反序载压分解量进行缩合，得到载压结合风险量；

9、分别在每一条边内，根据其中各边标点的正序载压分解量和反序载压分解量对每个边标点进行比较，并结合该条边内各边标点的载压结合风险量进行再次比较，得出所述的三维模型中存在应力风险的边，对所述的三维模型中存在应力风险的边进行圆角边缘处理。

10、进一步地，其中，在所述多个不同的载荷步骤中，起步的载荷非零，且各表标点对应的起步的载荷保持一致，各表标点对应的载荷步骤的递增亦保持一致。

11、进一步地，其中，石化压力容器的三维模型由多个不同的坐标点组成，所述的三维模型能用于表示石化压力容器的点、线和面的三维几何特征。

12、进一步地，分别在每一条边内，根据其中各边标点的正序载压分解量和反序载压分解量对每个边标点进行比较，并结合该条边内各边标点的载压结合风险量进行再次比较，得出所述的三维模型中存在应力风险的边，具体为：

13、在每一条边内将各边标点的正序载压分解量和反序载压分解量进行结合得到各边标点的双序载压结合量；

14、并在每一条边内，计算每一个边标点的双序载压结合量相对于其余的各边标点的双序载压结合量之间的余弦相似度的平均值，作为该边标点的边标点相似度，并计算每一个边标点的双序载压结合量相对于其余的各边标点的双序载压结合量之间的欧氏距离的平均值，作为该边标点的边标点距离度；

15、在每一条边内，结合每一个边标点的边标点相似度和边标点距离度的数值得到该边标点的局部对比风险量，其中，所述局部对比风险量为能用于计量一条边内各边标点对比于其余的边标点的风险敏感程度的数值；

16、在每一条边内，计算每个边标点的载压结合风险量与的局部对比风险量的差距，作为该边标点的风险量差值；

17、根据各条边中边标点的风险量差值，得出所述的三维模型中存在应力风险的边。

18、在每一条边内，根据各边标点的正序载压分解量和反序载压分解量进行比较，结合载压结合风险量，识别三维模型中存在应力风险的边。通过正序和反序分解量来量化边标点在不同载荷方向上的应力分布，有助于识别应力集中区域，用于量化边标点之间的相似性和距离，可以提供对局部应力分布的定量分析。结合相似度和距离度，得到边标点的风险量，可以更好地定量衡量每个标点的应力敏感程度，有利于准确识别三维模型中应力风险较大的边，提高应力分析的精度和可靠性，减少应力集中引发的结构故障。

19、进一步地，其中，以每个边标点对应各个载荷步骤的应力值组成该边标点的应力载荷向量，对每个边标点的应力载荷向量分别沿着载荷步骤的递增方向的正序和反序进行分解得到正序载压分解量和反序载压分解量，具体为：

20、对于每个边标点，将该边标点的对应各个载荷步骤的应力值组成的数组作为该边标点的应力载荷向量，其中，将边标点的应力载荷向量分别沿着载荷步骤的递增方向的正序进行分解得到正序载压分解量，具体可为：

21、在应力载荷向量中遍历，如果当前维度的前一个维度不为空，则对所述当前维度的应力值，计算在所述当前维度之前的各维度的应力值中的最大值作为所述当前维度的正序应力起始峰值，以所述当前维度的应力值相比于所述当前维度的正序应力起始峰值得到的比值作为当前维度的正序载压分解值，由此计算所述应力载荷向量中的除首个维度外的各维度的正序载压分解值，并以除首个维度外的各维度的正序载压分解值组成的数组作为所述正序载压分解量；

22、其中，对每个边标点的应力载荷向量分别沿着载荷步骤的递增方向的反序进行分解得到反序载压分解量，具体为：

23、在应力载荷向量中遍历，如果当前维度的后一个维度不为空，则对所述当前维度的应力值，计算在所述当前维度之后的各维度的应力值中的最大值作为所述当前维度的后序应力起始峰值，以所述当前维度的应力值相比于所述当前维度的反序应力起始峰值得到的比值作为当前维度的反序载压分解值，由此计算所述应力载荷向量中的除首个维度外的各维度的反序载压分解值，并以除首个维度外的各维度的反序载压分解值组成的数组作为所述反序载压分解量。

24、计算边标点的应力载荷向量，并分别沿正序和反序分解得到载压分解量。其中，应力载荷向量表示边标点在不同载荷步骤下的应力分布，而正序和反序分解通过在载荷步骤的不同方向进行分解，得到正序和反序载压分解量，提供对应力变化趋势的双重视角分析。提供一种双向分解方法，准确量化边标点在不同载荷方向上的应力。通过双向分析提高应力分解的准确性和全面性，为后续的风险分析提供可靠数据。

25、进一步地，其中，分别对每条边上的边标点的正序载压分解量和反序载压分解量进行缩合，得到载压结合风险量，具体为：

26、分别对每条边上的各个边标点的正序载压分解量和反序载压分解量，计算该边标点的正序载压分解量和反序载压分解量之间的余弦相似度作为该边标点的正反序载压分解量相似度，并计算该边标点的正序载压分解量和反序载压分解量之间的欧几里得距离作为该边标点的正反序载压分解量距离；

27、结合边标点的正反序载压分解量相似度和正反序载压分解量距离的数值得到该边标点的载压结合风险量。

28、计算每条边上边标点的正序载压分解量和反序载压分解量的相似度和距离，并结合这些数值得到载压结合风险量，有助于量化正序和反序载压分解量之间的关系，揭示应力变化的内在模式。其中，载压结合风险量结合相似度和距离，综合评估边标点的应力风险，提供全面的风险评估指标。可以帮助定量衡量边标点的应力风险，增强风险评估的准确性和全面性。

29、进一步地，其中，根据各条边中边标点的风险量差值，得出所述的三维模型中存在应力风险的边，具体为：

30、根据各条边中边标点的风险量差值，分别对各条边进行圆角边缘处理，其中，若一条边中各边标点的风险量差值大于阈值，则判断该条边在压力条件下的存在应力风险越，对所述的三维模型中存在应力风险越的边进行圆角边缘处理，所述阈值为根据对各边标点的风险量差值进行统计所得到的数值。

31、根据各条边中边标点的风险量差值，对存在应力风险的边进行圆角边缘处理。其中，风险量差值可以量化每个边标点的风险程度，用于识别高风险区域；圆角边缘处理通过对高风险边进行圆角处理，减小应力集中，优化结构设计。这样通过结构优化，降低应力集中区域的风险。从而提高结构的抗应力集中能力，减少材料疲劳和断裂的风险，提升整体安全性和可靠性。

32、本发明还提供了一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化系统，所述一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法中的步骤以此控制，所述一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、手机、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

33、三维标识单元，用于获取石化压力容器的三维模型，标记出所述的三维模型上的边并标记出每条边上的坐标点作为边标点；

34、应力载荷单元，用于对所述的三维模型设置多个不同的载荷步骤，获取每条边上的边标点对应各个载荷步骤的应力值；

35、数据分解单元，用于以每个边标点对应各个载荷步骤的应力值组成该边标点的应力载荷向量，对每个边标点的应力载荷向量分别沿着载荷步骤的递增方向的正序和反序进行分解得到正序载压分解量和反序载压分解量；

36、数据缩合单元，用于分别对每条边上的边标点的正序载压分解量和反序载压分解量进行缩合，得到载压结合风险量；

37、优化处理单元，用于分别在每一条边内，根据其中各边标点的正序载压分解量和反序载压分解量对每个边标点进行比较，并结合该条边内各边标点的载压结合风险量进行再次比较，得出所述的三维模型中存在应力风险的边，对所述的三维模型中存在应力风险的边进行圆角边缘处理。

38、本发明的有益效果为：本发明提供了一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法及系统，以每个边标点对应各个载荷步骤的应力值组成该边标点的应力载荷向量，对每个边标点的应力载荷向量分别沿着载荷步骤方向进行分解得到正序载压分解量和反序载压分解量；对每条边上的边标点的正序载压分解量和反序载压分解量进行缩合得到载压结合风险量；在每一条边内，根据各边标点的正序载压分解量和反序载压分解量进行比较，结合载压结合风险量，识别三维模型中存在应力风险的边，对存在应力风险的边进行圆角边缘处理。有利于降低石化压力容器的三维模型设计中应力集中引发的材料疲劳和断裂风险的概率，有助于快速简便地识别出三维模型中存在应力集中风险的边缘。

技术特征：

1.一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法，其特征在于，其中，在所述多个不同的载荷步骤中，起步的载荷非零，且各表标点对应的起步的载荷保持一致，各表标点对应的载荷步骤的递增亦保持一致。

3.根据权利要求1所述的一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法，其特征在于，其中，石化压力容器的三维模型由多个不同的坐标点组成，所述的三维模型能用于表示石化压力容器的点、线和面的三维几何特征。

4.根据权利要求1所述的一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法，其特征在于，分别在每一条边内，根据其中各边标点的正序载压分解量和反序载压分解量对每个边标点进行比较，并结合该条边内各边标点的载压结合风险量进行再次比较，得出所述的三维模型中存在应力风险的边，具体为：

5.根据权利要求4所述的一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法，其特征在于，其中，以每个边标点对应各个载荷步骤的应力值组成该边标点的应力载荷向量，对每个边标点的应力载荷向量分别沿着载荷步骤的递增方向的正序和反序进行分解得到正序载压分解量和反序载压分解量，具体为：

6.根据权利要求4所述的一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法，其特征在于，其中，分别对每条边上的边标点的正序载压分解量和反序载压分解量进行缩合，得到载压结合风险量，具体为：

7.根据权利要求4至6中任一项所述的一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法，其特征在于，其中，根据各条边中边标点的风险量差值，得出所述的三维模型中存在应力风险的边，具体为：

8.一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化系统，其特征在于，所述一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化系统运行于桌上型计算机、笔记本电脑或云端数据中心的任一计算设备中，所述计算设备包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任一项所述的一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法中的步骤。

技术总结
本发明提供了一种耐高压石化容器的抗应力集中数据优化方法及系统，属于数据优化领域，以边标点对应各个载荷步骤的应力值组成该边标点的应力载荷向量，对每个边标点的应力载荷向量分别沿着载荷步骤方向进行分解得到正序载压分解量和反序载压分解量；对每条边上的边标点的正序载压分解量和反序载压分解量进行缩合得到载压结合风险量；在每一条边内，根据各边标点的正序载压分解量和反序载压分解量进行比较，结合载压结合风险量，识别三维模型中存在应力风险的边，对存在应力风险的边进行圆角边缘处理。有利于降低石化压力容器的三维模型设计中应力集中引发材料疲劳和断裂风险的概率，有助于快速简便地识别出三维模型中存在应力集中风险的边缘。

技术研发人员：李卫,吴刚,何文林,陈思如,夏小群
受保护的技术使用者：岭南师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23