[发明专利]复杂载荷下核电站一回路管路支架布置的智能设计方法

说明书

本发明公开了一种复杂载荷下核电站一回路管路支架布置的智能设计方法，包括以下步骤：构建复杂载荷下带支架管路的有限元模型；计算带支架管路在不同荷载环境下的最大应力比之和以及管路阀门加速度；构建管路支架位置与最大应力比之和和以及管路阀门加速度的样本库用于神经网络训练；构建带支架管路在不同荷载环境下的最大应力比之和以及管路阀门加速度最小的目标函数；通过神经网络与多目标遗传算法联立初步确定确定初始最优管路支架排布位置；通过多目标遗传算法、初始最优管路支架排布位置以及步骤4构建的目标函数实现对带支架管路的有限元模型的支架排布的智能设计。本发明克服了传统管路优化仅仅依靠工程师经验手动调控的缺点，在达到工程需求的同时减少时间成本。

技术领域

本发明属于核电反应堆管路设计技术领域，具体涉及复杂载荷下核电站一回路管路支架布置的智能设计方法。

背景技术

管路系统是保障大型动力装置如核电站正常工作的重要屏障，是实现动力转换的必要能量传输路径。管道系统作为动力装置设计的重要组成部分，与动力装置性能、可靠性、生命周期及经济成本直接相关。考虑到管路共振、应力超限是管道变形和破坏主要诱因，因此，对于动力系统管路系统设计，力学性能校核承担着安全性和可靠性评价的重要角色。

当前核电站一回路管路系统的工程设计中，管道支架的布置依照先初始布局设计再力学校核的思路，采用人工规划的方法实施。由设计人员依靠个人经验手工完成管道支架的位置、形式的初步确定，然后对系统管道进行相应的力学计算，以此来检验其设计是否符合设计规范要求。如果结果不满足力学的要求，则需修改支架排布设计直至满足应力要求，从而完成管道完整性和安全性评估。对于这种不断人工迭代优化来完善管道支架布置的设计方法，每一步迭代设计都需要设计人员通过有限元分析进行管道的应力校核和评定，存在劳动强度大，设计周期长，成本高的诸多缺点。因此，摒弃迭代设计重复有限元校核的指导思想，发展新的力学建模方法，实时、高效、准确的评估管道复杂载荷下力学响应是解决管路系统设计诸多不足的可行技术途径。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种复杂载荷下核电站一回路管路支架布置的智能设计方法，通过构建以最大应力比之和、阀门加速度值为参数的优化目标，进而建立复杂载荷下管路支架布局智能设计模型，并用神经网络与多目标遗传算法联立优化复杂载荷下管路支架的布局，实现管路支架布置的智能设计，使管路支架布置方案更科学、更合理、更低成本。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

复杂载荷下核电站一回路管路支架布置的智能设计方法，包括以下步骤：

步骤1：根据工程设计文件，构建复杂载荷下带支架管路的有限元模型。将管路等间距划分节点，并对节点位置进行编号用于确定节点位置信息。管路支架布置在管路节点位置处(阀门，三通管，弯管附近不布置支架)；

步骤2：计算带支架管路在不同荷载环境下的最大应力比之和以及管路阀门加速度；

步骤3：构建支架位置信息-最大应力比之和以及管路阀门加速度样本库，用于训练神经网络；具体步骤如下：

步骤1)：使用拉丁超立方随机抽样法对管路支架排布位置进行一定数量的随机选取；

步骤2)：对随机选取的样本点即管路支架的排布位置采用有限元软件进行计算，获得每个样本点所对应的响应即最大应力比之和以及管路阀门加速度，构建支架位置信息-最大应力比之和以及管路阀门加速度样本库；

步骤3)：使用样本库对神经网络进行训练测试；

步骤4：构建带支架管路在不同荷载环境下的最大应力比之和以及管路阀门加速度最小的目标函数；

步骤5：通过神经网络与多目标遗传算法联立，确定初始最优管路支架排布位置；