应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法和系统与流程

本发明涉及数字电网，具体而言，涉及一种应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法和系统。

背景技术：

1、电网线路发展至今，积累了极其庞大的电网存量市场，存量线路运行时间在5~70年区间，其耐久性能成为了制约线路运行的一个关键要素，也成为了电网线路数字化评估及加固的关键要点，最终实现其全寿命周期的数字化运维加固。

2、但目前整个领域内，还未有一套可以实现角钢构件本体随机腐蚀损伤模拟的方法和系统，每次对构件随机腐蚀损伤的研究均需要通过试验等方式进行，这种方式耗时耗力，经济性和时效性较差，无法实现构件随机腐蚀损伤的参数化设计及分析，进而实现其全寿命周期的耐久性参数化设计。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。

2、为此，本发明第一方面提供了一种应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法。

3、本发明第二方面提供了一种应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析系统。

4、本发明提供的一种应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法，包括：

5、获取角钢构件的基本参数，所述基本参数包括角钢构件地理位置、几何信息、荷载信息和运行年限；

6、根据角钢构件的几何信息建立角钢构件初始模型；

7、实时获取角钢构件所在地理位置的大气腐蚀性等级；

8、根据角钢构件所在地理位置的大气腐蚀性等级确定角钢构件钢本体层腐蚀的综合平均腐蚀速率；

9、根据所述综合平均腐蚀速率确定角钢构件的均匀腐蚀深度、点腐蚀坑深和点腐蚀的随机布种数量；并在设定范围内，随机选取每个点腐蚀的坑径；

10、根据确定的均匀腐蚀深度、点腐蚀坑深、点腐蚀的随机布种数量和点腐蚀坑径在所述初始模型上进行随机腐蚀损伤布种，获取腐蚀损伤模型；

11、根据角钢构件的基本参数对所述腐蚀损伤模型进行六面体网格划分、非线性材料属性定义与附属以及约束荷载信息施加，并进行随机腐蚀损伤的非线性分析，其中，将随着时间的变化参数量限定为腐蚀的深度，进而得到不同年限下的角钢构件腐蚀损伤受力性能。

12、根据本发明上述技术方案的应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析系统，还可以具有以下附加技术特征：

13、在上述技术方案中，所述大气腐蚀性等级包括按照iso 9223标准划分而成的 c1等级、c2等级、c3等级、c4等级、c5等级和cx等级。

14、在上述技术方案中，所述根据角钢构件所在地理位置的大气腐蚀性等级确定角钢构件钢本体层腐蚀的综合平均腐蚀速率，包括：

15、大气腐蚀性等级为c1等级时，所述综合平均腐蚀速率取值为0.3μm/年；

16、大气腐蚀性等级为c2等级时，所述综合平均腐蚀速率取值为0.6μm/年；

17、大气腐蚀性等级为c3等级时，所述综合平均腐蚀速率取值为12.0μm/年；

18、大气腐蚀性等级为c4等级时，所述综合平均腐蚀速率取值为19.2μm/年；

19、大气腐蚀性等级为c5等级时，所述综合平均腐蚀速率取值为47.9μm/年；

20、大气腐蚀性等级为cx等级时，所述综合平均腐蚀速率取值为167.7μm/年。

21、在上述技术方案中，所述根据所述综合平均腐蚀速率确定角钢构件的均匀腐蚀深度、点腐蚀坑深和点腐蚀的随机布种数量，包括：

22、确定角钢构件的均匀腐蚀深度：

23、

24、确定角钢构件的点腐蚀坑深：

25、

26、确定点腐蚀的随机布种数量：

27、

28、

29、其中，表示均匀腐蚀深度；表示综合平均腐蚀速率；表示运行时间，单位为年；表示点腐蚀坑深；表示点腐蚀的随机布种数量；int（）表示向下取整函数；表示角钢构件的有效表面积；表示角钢构件的肢宽；表示角钢构件的肢厚；表示角钢构件的有效长度，取两端约束节点间的距离。

30、在上述技术方案中，所述点腐蚀的坑径的设定范围为10~15mm。

31、在上述技术方案中，所述根据确定的均匀腐蚀深度、点腐蚀坑深、点腐蚀的随机布种数量和点腐蚀坑径在所述初始模型上进行随机腐蚀损伤布种，获取腐蚀损伤模型包括：

32、按照均匀腐蚀布种原则在初始模型上进行均匀腐蚀的布种，其中，所述均匀腐蚀的设置面积应至少在所处表面宽度方向上覆盖角钢构件；

33、按照点腐蚀布种原则在初始模型上进行点腐蚀的布种，其中，同一平面内任意两个点腐蚀之间不存在范围重叠；

34、其中，采用随机布尔运算和局部坐标体系实现随机腐蚀损伤的几何布种。

35、在上述技术方案中，所述均匀腐蚀布种原则包括：以计算得到均匀腐蚀深度作为均匀腐蚀的腐蚀深度，随机出现在角钢构件的随机肢面上，均匀腐蚀的形状为矩形，宽度取角钢构件对应肢面的肢宽，长度取rand（0，l）；

36、其中，角钢构件的肢面包括第一外表面、第二外表面、第一内表面和第二内表面，所述第一外表面和第二外表面的宽度与角钢构件的肢宽相等，所述第一内表面和第二内表面的宽度等于角钢构件的肢宽与肢厚的差值；rand（）表示随机函数。

37、在上述技术方案中，所述点腐蚀布种原则包括：以计算得到的点腐蚀坑深和点腐蚀的随机布种数量作为点腐蚀布种时的深度和数量；点腐蚀的位置随机出现在角钢的随机肢面上；对于任意两个位于相同肢面的点腐蚀，基于该肢面建立坐标系，两个点腐蚀的中心位置k1和k2需满足：

38、

39、其中，（x1,y1）为k1在所述坐标系的坐标，（x2,y2）为k2在所述坐标系的坐标，为k1代表的点腐蚀的坑径，为k2代表的点腐蚀的坑径，max()表示最大值函数；

40、以及，点腐蚀的外边界不能超出所在肢面。

41、本发明提供的一种应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析系统，应用于如上述技术方案中任一项所述的方法，所述系统包括：

42、基本参数库，用于存储角钢构件基本参数，所述基本参数包括角钢构件地理位置、几何信息、荷载信息和运行年限；

43、建模模块，根据角钢构件的基本参数构建初始模型；

44、大气污染环境库，用于自动读取最新版本的电网所在区域的大气腐蚀性等级；

45、腐蚀参数计算模块，分别与基本参数库和大气污染环境库相连，用于根据角钢构件的地理位置读取大气污染环境库，得到角钢构件所在区域的大气腐蚀性等级，进而根据大气腐蚀性等级得到角钢构件钢本体层腐蚀的综合平均腐蚀速率；并根据综合平均腐蚀速率确定角钢构件的腐蚀参数，所述腐蚀参数包括：均匀腐蚀深度、点腐蚀坑深和点腐蚀的随机布种数量，以及在设定范围内随机选取每个点腐蚀的坑径；

46、随机腐蚀损伤布种模块，与腐蚀参数计算模块相连，按照均匀腐蚀布种原则和点腐蚀布种原则，调用数值分析平台的随机布尔运算和局部坐标体系基于腐蚀参数对所述初始模型进行随机腐蚀损伤的几何布种获取腐蚀模型；

47、随机腐蚀损伤非线性分析模块，对于所述腐蚀模型进行六面体网格划分、非线性材料属性定义与附属以及约束荷载信息施加；调用数值分析平台，采用几何大变形分析方法，开展时间t下的随机腐蚀损伤的非线性分析，在角钢构件的全寿命周期范围内，当随机布种的位置确定后，数值分析随着时间的变化参数量限定为腐蚀的深度，得到不同年限下的角钢构件腐蚀损伤受力性能。

48、在上述技术方案中，该系统还包括：

49、展示界面，采用应力云图、应变云图和变形云图中的至少一种形式对不同年限下的角钢构件腐蚀损伤受力性能分析结果进行展示，并根据其受力性能偏离规范允许值的程度采用不同的颜色进行区分。

50、综上所述，由于采用了上述技术特征，本发明的有益效果是：

51、采用本发明构件随机腐蚀损伤模拟分析方法和系统，可以科学有效的模拟角钢构件的腐蚀情况，根据实际运行地理位置对角钢构件的腐蚀程度进行区分，贴合真实运行场景，获取更加准确的模拟结果；同时区别于传统需要进行试验进行构件随机腐蚀损伤模拟的方式，效率更高，而且可以实现角钢构件全寿命周期的耐久性参数化设计及分析，结合数字化电网建设理念，保障线路安全稳定运行。

52、本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法，其特征在于，所述大气腐蚀性等级包括按照iso 9223标准划分而成的 c1等级、c2等级、c3等级、c4等级、c5等级和cx等级。

3.根据权利要求2所述的应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法，其特征在于，所述根据角钢构件所在地理位置的大气腐蚀性等级确定角钢构件钢本体层腐蚀的综合平均腐蚀速率，包括：

4.根据权利要求3所述的应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法，其特征在于，所述根据所述综合平均腐蚀速率确定角钢构件的均匀腐蚀深度、点腐蚀坑深和点腐蚀的随机布种数量，包括：

5.根据权利要求3所述的应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法，其特征在于，所述点腐蚀的坑径的设定范围为10~15mm。

6.根据权利要求4所述的应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法，其特征在于，所述根据确定的均匀腐蚀深度、点腐蚀坑深、点腐蚀的随机布种数量和点腐蚀坑径在所述初始模型上进行随机腐蚀损伤布种，获取腐蚀损伤模型包括：

7.根据权利要求6所述的应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法，其特征在于，所述均匀腐蚀布种原则包括：以计算得到均匀腐蚀深度作为均匀腐蚀的腐蚀深度，随机出现在角钢构件的随机肢面上，均匀腐蚀的形状为矩形，宽度取角钢构件对应肢面的肢宽，长度取rand（0，l）；

8.根据权利要求6所述的应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法，其特征在于，所述点腐蚀布种原则包括：以计算得到的点腐蚀坑深和点腐蚀的随机布种数量作为点腐蚀布种时的深度和数量；点腐蚀的位置随机出现在角钢的随机肢面上；对于任意两个位于相同肢面的点腐蚀，基于该肢面建立坐标系，两个点腐蚀的中心位置k1和k2需满足：

9.一种应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析系统，其特征在于，应用于如权利要求1-8中任一项所述的方法，所述系统包括：

10.根据权利要求9所述的应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析系统，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明提供了一种应用于数字电网的构件随机腐蚀损伤模拟分析方法和系统，涉及数字电网技术领域，方法包括：获取角钢构件的基本参数；建立初始模型；根据其所在位置的大气腐蚀性等级确定综合平均腐蚀速率，进而确定均匀腐蚀深度、点腐蚀坑深和点腐蚀的随机布种数量；在初始模型上进行随机腐蚀损伤布种，获取腐蚀损伤模型；对腐蚀损伤模型施加荷载进行随机腐蚀损伤的非线性分析，得到不同年限下的角钢构件腐蚀损伤受力性能。系统包括：基本参数库、建模模块、大气污染环境库、腐蚀参数计算模块、随机腐蚀损伤布种模块和随机腐蚀损伤非线性分析模块。本发明可以高效实现角钢构件全寿命周期的耐久性参数化设计及分析，保障线路安全稳定运行。

技术研发人员：黄兴,何松洋,黎亮,刘翔云,陈强,郑勇,韩大刚,吴怡敏,马海云,胡全,梁明,何勇,蒲凡,李钟,龚涛,王梦杰,李林,汤欢,刘洪昌,辜良雨,王波,张杨宾,刘进通,余斌,董碧霞,罗海力,邓儒杰,曾竞骢,冯启桐
受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5