(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210566971.7 (22)申请日 2022.05.24 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114722686 A (43)申请公布日 2022.07.08 (73)专利权人 中建安装集团有限公司 地址 210046 江苏省南京市栖霞区文澜路6 号 专利权人 中建五洲工程装备有限公司 (72)发明人 张朝明　徐梓豪　徐艳红　王会乾　 卓旬　李乐　吉怀军　陈晓蓉　 任洁　 (74)专利代理 机构 南京先科专利代理事务所 (普通合伙) 32285 专利代理师 何静(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 10980 0456 A,2019.0 5.24 CN 113401798 A,2021.09.17 审查员 金兆辰 (54)发明名称 一种基于有限元分析的大型设备吊耳设计 及优化方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于有限元分析的大型 设备吊耳设计及优化方法， 建立了吊装整体分析 有限元模型、 吊耳强度及局部应力细化模型， 通 过引入重力加速度放大系数调整有 限元模型质 量， 根据设备整体应力及变形大小调整确定合适 吊点位置。 本发 明基于两个模型之间的边界数据 映射， 减少了计算网格数量， 提高了计算效率及 精度； 基于强度理论计算吊耳强度， 基于路径应 力线性化理论计算细化模型中筒节薄膜应力及 表面弯曲应力， 并开展应力评定， 进而优化吊耳 尺寸。 本发 明通过有限元法对设备吊点位置进行 设计优化， 充分考虑吊耳尺寸形状差异， 较为精 确地对吊装 过程中的吊耳自身强度、 筒节局部应 力进行计算， 提高了大型设备吊耳设计精度及效 率。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114722686 B 2022.08.26 CN 114722686 B 1.一种基于有限元分析的大 型设备吊耳设计及优化方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 将设备简化为对称的旋转体， 基于设备尺寸参数信息以及材料力学参数信息， 建立大型设备吊装整体有限元模型A； 步骤2： 根据现场吊装方案确定吊点位置和吊点个数， 将 吊耳简化为集中质量点， 设置 有限元模 型A中的重力加速度的值以及方向， 采用有限元法进 行预起吊模拟， 导出集中质量 点受到的荷载反力， 荷载反力方向与重力加速度方向相反； 步骤3： 引入重力加速度放大系数， 进行有限元质量调整； 步骤4： 进行吊装过程有限元模拟， 根据有限元模型A计算得到设备整体应力云图及变 形云图， 将最大应力及最大变形与规范限值比较， 出现超限情况则重新调整吊点位置直至 满足限值； 然后导出集中质量点四周区域 沿法向投影至 设备筒身 所形成的投影面(1)， 再导 出投影面(1)四周边界上 所有的节点反力数据； 步骤5： 根据设备实际质量初步拟定设备吊耳参数化尺寸， 输入参数化建模平台， 建立 吊耳局部精细化有限元模型B； 步骤6： 将根据有限元模型A计算得到的边界的节点反力数据映射到有限元模型B的边 界中， 进行有限元模型B的数值模拟分析； 步骤7： 根据有限元模型B计算得到新的设备整体应力云图及变形云图， 分析吊耳强度 以及筒节(12)局 部应力是否满足要求， 不满足则重复步骤5、 7， 对吊耳尺寸进行重新设计， 直至满足要求； 所述步骤3中， 重力加速度放大系数通过 下式计算得到： 其中， K为重力加速度放大系数， M为实际吊装质量； N为吊点个数； Fi为集中质量点受到 的荷载反力； a为重力加速度； Kd为动荷载系数； Ku为不平衡系数； 将重力加速度乘以重力加速度放大系数后重新赋予有限元模型A， 实现有限元质量调 整； 所述步骤7中， 分析筒节(12)局部应力时， 先搜寻筒节(12)表面Tresca应力值排名前三 的三个网格节点， 由搜寻到的网格节点沿着筒节(12)厚度方向作直线， 获得三条应力分类 线； 然后再搜寻有限元模 型B上吊耳垫板(14)表 面Tresca应力值排名前三的三个网格节 点， 由搜寻到的网格节点沿着吊耳垫板(14)厚度方向作直线， 获得三条应力分类线， 共计获得 六条应力分类线； 然后导出六条应力分类线上所有网格节点的Tresca应力， 将X、 Y、 Z方向的正应力以及 剪应力这六个应力 分量分别进行应力线性化， 得到各分量的薄膜应力和弯曲应力， 再通过 第三强度理论计算大主应力、 中主应力以及 小主应力， 进而得到总的薄膜应力和弯曲应力， 据此开展应力评定； 评定标准为： 薄膜应力小于1.5倍材料许用强度， 薄膜应力加弯曲应力 小于3倍材料许用强度； 所述步骤7中， 分析吊耳强度时， 根据应力云图提取吊耳最大Tresca应力， 将其与材料 屈服强度进行比较， 最大Tresca应力大于材 料屈服强度时则对吊耳尺寸进行重新设计。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114722686 B 22.根据权利要求1所述的基于有限元分析的大型设备吊耳设计及优化方法， 其特征在 于， 所述步骤6中， 根据有限元模型B边界的网格节点相对于有限元模 型A边界的网格节 点的 坐标关系建立线性内插函数， 完成有限元模型A与有限元模型B之间的节点反力数据的映 射。 3.根据权利要求1所述的基于有限元分析的大型设备吊耳设计及优化方法， 其特征在 于， 所述应力线性 化计算如下： 其中， σm为薄膜应力， σb为弯曲应力， σ 为实际应力， x为局部坐标系的X轴坐标， t为应力 分类线的长度。 4.根据权利要求3所述的基于有限元分析的大型设备吊耳设计及优化方法， 其特征在 于， 所述大主应力、 中主应力以及小 主应力对应的特 征方程如下： σ3‑J1σ2‑J2σ‑J3＝0 其中： J1＝Sx+Sy+Sz J3＝det(Sij) 式中， Sx、 Sy、 Sz分别表示X、 Y、 Z方向的正应力， Sxy、 Sxz、 Syz分别表示X、 Y、 Z方向的剪应力， J1、 J2、 J3均为特征方程公式表达中所 赋予的符号； Sij表示矩阵， 5.根据权利要求1所述的基于有限元分析的大型设备吊耳设计及优化方法， 其特征在 于， 所述投影面(1)的长和宽均等于2倍吊耳宽度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114722686 B 3