基于Python与Ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法

基于python与ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法
技术领域：
：：1.本发明涉及评估方法
技术领域：
：，具体涉及一种基于python与ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法。
背景技术：
：：2.ansys有限元分析已经在埋地管道的科研领域取得了广泛的应用，但是在实际工程实践中，存在建模过程繁琐、分析效率低等不足，每当改变某一参数时，就需要重新建模、划分网格、加载及后处理，非常不利于工程实践的使用。因此，本发明对ansys进行二次开发，旨在提供给用户操作简单分析高效的软件。3.管线作为工农业生产运输和城市发展的基础，埋地管线主要应用于给排水、输油、供气和供热系统中。而地基塌陷是引起埋地管线破坏的重要原因之一，因此分析埋地悬空管道的安全问题是一项十分重要的课题，且管土接触问题较为复杂，本发明通过建立三维管土非线性接触模型分析埋地悬空管道应力、位移规律，为工程人员判断管道是否失效提供了强有力依据。4.悬空管道的悬空长度分为：基于应力失效准则的安全悬空长度和基于应变失效准则的极限悬空长度，本发明通过对管道极值应力随悬空长度的变化规律进行分析，建立悬空管道工程的安全评价体系，为工程人员判断管道安全状态提供了依据，并对模拟所得数据进行整理分析，为埋地管道智能化检测提供了数据支撑。5.近些年随着互联网的快速发展，数字化技术在土木工程领域中得到了大幅度发展，如：计算机辅助设计(cad)、信息化施工、智能化建筑、智能化交通、仿真系统等方面。本发明在土木数字化应用方面起到了很好的实例性示范作用，为土木数字化发展提供了新思路。技术实现要素：6.本发明的目的在于提高ansys有限元模拟分析效率，为长输油气悬空管道分析提供新的方式方法，建立长输油气悬空管道安全评价体系，旨在助力土木数字化发展。7.为了解决
背景技术：
：所存在的问题，本发明是采用如下技术方案：步骤如下：8.步骤1、启动ansys软件，采用apdl(ansysparameterdesignlanguage)建立参数化三维管土非线性接触模型；9.步骤2、启动python程序，采用pyqt5编制buriedpipelinev.1.0.0(悬空管道可视化安全分析系统界面)；10.步骤3、利用计算机语言将buriedpipeline软件界面输入所需的计算参数转化为apdl语言；11.步骤4、buriedpipeline后台调用ansys批处理程序完成悬空管道在不同工况荷载下的的应力计算；12.步骤5、将ansys计算结果返回给buriedpipeline，并进一步完成悬空管道的安全评估工作；13.步骤6、最后在利用nsis(nullsoftscriptableinstallsystem)完成本软件的打包与发布。14.所述的步骤1中采用apdl(ansysparameterdesignlanguage)建立参数化三维管土非线性接触模型具体为：管体本构模型采用理想三折线弹塑性模型，土体本构模型采用mc模型(莫尔-库伦模型)，管土接触采用面面接触，接触面算法采用增强的拉格朗日算法，接触表面的相互作用模式为标准接触，张开时法向压力是0。15.所述的步骤2中采用pyqt5编制buriedpipeline(悬空管道可视化安全分析系统界面)，具体分为程序安装、主菜单、参数化、结果显示、安全评估、软件操作帮助、打印报告等6个界面，程序安装界面用于满足用户的安装需求，主菜单界面包括文件、软件设置、打印文件、软件帮助，参数化界面用于用户对于不同工况参数的输入，结果显示界面主要分为文本数据结果输出及应力、应变、位移云图等可视化输出，安全评估界面为管道工程风险等级的安全评价，软件操作帮助界面用于指导新用户操作使用buriedpipeline，打印报告界面用于不同工况下的悬空管道非线性分析后报告生成。16.所述的所述步骤3中将buriedpipeline软件界面输入所需的计算参数转化为apdl语言具体为：利用python语言，将用户在buriedpipeline界面输入的参数与ansys命令流的参数变量对应起来,实现buriedpipeline与ansys之间的数据传递。17.所述的步骤4中buriedpipeline后台调用ansys批处理程序的方法为：首先打开apdlproductlauncher,其次，设置证书方式为batch模式，同时设置工作目录，以及批处理宏文件所在的文件夹以及求解信息输出文件夹，这里建议都放在一个目录中，设置完毕后，点击tools》displaycommandline,则会出现批处理计算的命令，利用os模块的system函数直接调用上述批处理命令即可运行，并进行批处理计算。18.所述的步骤5中将ansys计算结果返回给buriedpipeline，并进一步完成悬空管道的安全评估具体为：首先将ansys结果保存到工作目录下，然后通过python调取文本数据结果以及各种应力、应变、位移云图结果，再通过buriedpipeline进行结果分析对悬空管道的工程安全等级进行评估。19.所述的步骤6中将利用nsis(nullsoftscriptableinstallsystem)完成本软件的打包与发布，nullsoft为封装安装文件用工具，可以用其脚本语言自定安装的流程，实现了buriedpipeline安装、卸载、系统设置等功能。20.本发明的有益效果：21.1.解决ansys建模过程繁琐、分析效率低等不足，提供给用户操作简单且高效的buriedpipeline分析软件。22.2.管土相互作用问题复杂，本发明建立的三维管土非线性接触模型，为研究埋地管线的塌陷问题提供了一种新方法。23.3.基于应力失效准则的安全悬空长度和基于应变失效准则的极限悬空长度，建立了基于悬空长度为评价指标的塌陷埋地管道的安全评价体系，从而实现智能化评估。附图说明：24.图1是本发明流程图；25.图2是本发明安全评估流程图；26.图3是本发明软件程序展示图。具体实施方式：27.参照各图，本发明具体采用如下实施方式：步骤如下：28.步骤1、启动ansys软件，采用apdl(ansysparameterdesignlanguage)建立参数化三维管土非线性接触模型；29.步骤2、启动python程序，采用pyqt5编制buriedpipelinev.1.0.0(悬空管道可视化安全分析系统界面)；30.步骤3、利用计算机语言将buriedpipeline软件界面输入所需的计算参数转化为apdl语言；31.步骤4、buriedpipeline后台调用ansys批处理程序完成悬空管道在不同工况荷载下的的应力计算；32.步骤5、将ansys计算结果返回给buriedpipeline，并进一步完成悬空管道的安全评估工作；33.步骤6、最后在利用nsis(nullsoftscriptableinstallsystem)完成本软件的打包与发布。34.所述的步骤1中采用apdl(ansysparameterdesignlanguage)建立参数化三维管土非线性接触模型具体为：管体本构模型采用理想三折线弹塑性模型，土体本构模型采用mc模型(莫尔-库伦模型)，管土接触采用面面接触，接触面算法采用增强的拉格朗日算法，接触表面的相互作用模式为标准接触，张开时法向压力是0。mc模型关键apdl命令流如下：35./prep736.mp,ex,1,2e937.mp,nuxy,1,0.238.phi＝30！内摩擦角39.c＝8.7e6！粘聚力40.psi＝15！剪胀角41.phir＝20！残余内摩擦角42.cr＝0.8*c！残余粘聚力43.sigt＝3e6！抗拉强度44.sigtr＝0.8*sigt！残余抗拉强度45.tb,mc,1,,,base！定义基本参数46.tbdata,1,phi,c,psi,phir,cr47.tb,mc,1,,,rcut！定义抗拉强度48.tbdata,1,sigt,sigtr49.tb,mc,1,,,rsc！定义抗拉屈服与剪切屈服是否关联50.tbdata,1,051.管土接触apdl关键命令流：52.keyopt,etmax+2,2,0！接触算法：增强拉格朗日算法。53.keyopt,etmax+2,4,0！接触探测点位置：高斯积分点。54.keyopt,etmax+2,5,4！cnof/icont自动调整：自动icont。55.keyopt,etmax+2,9,2！初始侵入或间隙影响：包含初始几何侵入或间隙及偏移，但考虑渐变效应。56.keyopt,etmax+2,10,2！接触刚度更新：在每个迭代步基于下层单元目前的平均应力进行更新！但在整个求解过程中实际弹性滑移始终不超过最大允许极限。57.所述的步骤2中采用pyqt5编制buriedpipeline(悬空管道可视化安全分析系统界面)，具体分为程序安装、主菜单、参数化、结果显示、安全评估、软件操作帮助、打印报告等6个界面，程序安装界面用于满足用户的安装需求，主菜单界面包括文件、软件设置、打印文件、软件帮助，参数化界面用于用户对于不同工况参数的输入，结果显示界面主要分为文本数据结果输出及应力、应变、位移云图等可视化输出，安全评估界面为管道工程风险等级的安全评价，软件操作帮助界面用于指导新用户操作使用buriedpipeline，打印报告界面用于不同工况下的悬空管道非线性分析后报告生成。58.所述的所述步骤3中将buriedpipeline软件界面输入所需的计算参数转化为apdl语言具体为：利用python语言，将用户在buriedpipeline界面输入的参数与ansys命令流的参数变量对应起来,实现buriedpipeline与ansys之间的数据传递。59.步骤3中将buriedpipeline软件界面输入所需的计算参数转化为apdl语言具体为：利用python语言，将用户在buriedpipeline界面输入的参数与ansys命令流的参数变量对应起来，实现buriedpipeline与ansys之间的数据传递。python关键代码如下：60.#建模参数的修改61.iffilea＝＝'jianmo.mac':62.self.change(filea,'zc＝-40','zc＝'+ll)63.self.change(filea,'zb＝-15','zb＝'+ll1)64.self.change(filea,'rw＝0.46','rw＝'+mm)65.#静力计算文件的修改66.iffilea＝＝'staticcalucation.mac':67.self.change(filea,'resume,mynet,db','resume,'+projectname+',db')68.所述的步骤4中buriedpipeline后台调用ansys批处理程序的方法为：首先打开apdlproductlauncher,其次，设置证书方式为batch模式，同时设置工作目录，以及批处理宏文件所在的文件夹以及求解信息输出文件夹，这里建议都放在一个目录中，设置完毕后，点击tools》displaycommandline,则会出现批处理计算的命令，利用os模块的system函数直接调用上述批处理命令即可运行，并进行批处理计算。批处理命令：69."d:\ansys19.0\ansysinc\v190\ansys\bin\winx64\mapdl.exe"-pansys-np2-1ch-dir"d:\ansys3"-j"ty01"-sread-len-us-b-i"d:\ansys3\ty01.mac"-o"d:\ansys3\file.out"[0070]-p后面的内容表示所选择证书类型[0071]-dir后面的内容表示工作目录[0072]-j后面的内容表示工作文件名称[0073]-s表示模式为read[0074]-l后面的内容表示语言环境[0075]-j后面的内容表示输入文件的地址及具体文件宏文件名[0076]-0后面的内容表示信息输出的文件夹地址[0077]获取上述批处理命令后，即形成了一个批次文件，直接按下键盘win+r输入cmd，打开windows窗口，直接输入上述批次命令，也可运行，在指定的工作目录下即可看到相应的产生文件，例如db文件，rst文件等。[0078]所述的步骤5中将ansys计算结果返回给buriedpipeline，并进一步完成悬空管道的安全评估具体为：首先将ansys结果保存到工作目录下，然后通过python调取文本数据结果以及各种应力、应变、位移云图结果，再通过buriedpipeline进行结果分析对悬空管道的工程安全等级进行评估。[0079]所述步骤5中将ansys计算结果返回给buriedpipeline，并进一步完成悬空管道的安全评估具体为：首先将ansys结果保存到工作目录下，然后通过python调取文本数据结果以及各种应力、应变、位移等结果，再通过buriedpipeline进行结果分析对悬空管道的工程安全等级进行评估。[0080]关键apdl命令流：[0081][0082][0083]所述的步骤6中将利用nsis(nullsoftscriptableinstallsystem)完成本软件的打包与发布，nullsoft为封装安装文件用工具，可以用其脚本语言自定安装的流程，实现了buriedpipeline安装、卸载、系统设置等功能。[0084]综上所述，本基于python与ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法，解决ansys建模过程繁琐、分析效率低等不足，提供给用户操作简单且高效的buriedpipeline分析软件；管土相互作用问题复杂，本发明建立的三维管土非线性接触模型，为研究埋地管线的塌陷问题提供了一种新方法；基于应力失效准则的安全悬空长度和基于应变失效准则的极限悬空长度，建立了基于悬空长度为评价指标的塌陷埋地管道的安全评价体系，从而实现智能化评估。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种基于python与ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法，其特征在于：步骤如下：步骤1、启动ansys软件，采用apdl(ansys parameter design language)建立参数化三维管土非线性接触模型；步骤2、启动python程序，采用pyqt5编制buried pipeline v.1.0.0(悬空管道可视化安全分析系统界面)；步骤3、利用计算机语言将buried pipeline软件界面输入所需的计算参数转化为apdl语言；步骤4、buried pipeline后台调用ansys批处理程序完成悬空管道在不同工况荷载下的的应力计算；步骤5、将ansys计算结果返回给buried pipeline，并进一步完成悬空管道的安全评估工作；步骤6、最后在利用nsis(nullsoft scriptable install system)完成本软件的打包与发布。2.根据权利要求1所述的一种基于python与ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法，其特征在于：所述的步骤1中采用apdl(ansys parameter design language)建立参数化三维管土非线性接触模型具体为：管体本构模型采用理想三折线弹塑性模型，土体本构模型采用mc模型(莫尔-库伦模型)，管土接触采用面面接触，接触面算法采用增强的拉格朗日算法，接触表面的相互作用模式为标准接触，张开时法向压力是0。3.根据权利要求1所述的一种基于python与ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法，其特征在于：所述的步骤2中采用pyqt5编制buried pipeline(悬空管道可视化安全分析系统界面)，具体分为程序安装、主菜单、参数化、结果显示、安全评估、软件操作帮助、打印报告等6个界面，程序安装界面用于满足用户的安装需求，主菜单界面包括文件、软件设置、打印文件、软件帮助，参数化界面用于用户对于不同工况参数的输入，结果显示界面主要分为文本数据结果输出及应力、应变、位移云图等可视化输出，安全评估界面为管道工程风险等级的安全评价，软件操作帮助界面用于指导新用户操作使用buried pipeline，打印报告界面用于不同工况下的悬空管道非线性分析后报告生成。4.根据权利要求1所述的一种基于python与ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法，其特征在于：所述的所述步骤3中将buried pipeline软件界面输入所需的计算参数转化为apdl语言具体为：利用python语言，将用户在buried pipeline界面输入的参数与ansys命令流的参数变量对应起来,实现buried pipeline与ansys之间的数据传递。5.根据权利要求1所述的一种基于python与ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法，其特征在于：所述的步骤4中buried pipeline后台调用ansys批处理程序的方法为：首先打开apdl product launcher,其次，设置证书方式为batch模式，同时设置工作目录，以及批处理宏文件所在的文件夹以及求解信息输出文件夹，这里建议都放在一个目录中，设置完毕后，点击tools>display command line,则会出现批处理计算的命令，利用os模块的system函数直接调用上述批处理命令即可运行，并进行批处理计算。6.根据权利要求1所述的一种基于python与ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法，其特征在于：所述的步骤5中将ansys计算结果返回给buried pipeline，并进
一步完成悬空管道的安全评估具体为：首先将ansys结果保存到工作目录下，然后通过python调取文本数据结果以及各种应力、应变、位移云图结果，再通过buried pipeline进行结果分析对悬空管道的工程安全等级进行评估。7.根据权利要求1所述的一种基于python与ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法，其特征在于：所述的步骤6中将利用nsis(nullsoft scriptable install system)完成本软件的打包与发布，nullsoft为封装安装文件用工具，可以用其脚本语言自定安装的流程，实现了buried pipeline安装、卸载、系统设置等功能。

技术总结
一种基于Python与Ansys管土非线性参数可视化悬空管道安全评估方法，涉及评估方法技术领域，它基于APDL建立三维管土非线性接触的参数化模型，利用Python语言编制Buried Pipeline(悬空管道可视化安全分析系统界面)。解决了ANSYS建模过程繁琐、分析效率低等不足，提供给用户操作简单分析高效的操作界面，建立了极限悬空长度为评价指标的塌陷埋地管道的安全评价体系，致力于实现管道安全评估智能化。化。化。


技术研发人员：滕振超 周亚东 滕云超 刘佳琳 李波 李正巍
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/16