一种基于遗传算法的核级管道自动优化布置方法与流程

本发明属于反应堆结构力学技术领域，具体涉及一种基于遗传算法的核级管道自动优化布置方法。

背景技术：

在核动力系统中，核级管道起到连接设备形成完整回路的作用。核级管道数量众多且布置复杂，在核电站运行过程中，管道破裂成为其事故的主要原因之一。在核能发展的过程中，由于管道破裂引起的事故层出不穷，对人类生命安全、财产安全和环境安全都造成了巨大的危害。因此，如何有效提高核级管道系统的安全性一直是核动力系统设计中的重要问题。

在核级管道的设计过程中，根据规范准则提高安全裕量是有效避免管道破裂事故的重要措施。对管道支吊架的位置、功能或管道走向的优化是提高管道系统安全裕量的主要手段。

但是，由于管道布置晚于厂房结构和主设备的布置，使得管道和支吊架的调节面临着众多空间限制。

同时，在力学分析上，需要确保核级管道在自重、热膨胀和地震等多种载荷的作用下均满足相应的设计规范要求。

此外，对于有抗震等级的管道和阀门，还需要满足特殊的评定准则。在传统的管道布置设计过程中，设计人员需要综合考虑空间限制因素和各个规范要求，进行大量的人工试算和调节以完成管道优化布置。虽然有经验的设计人员能够通过多次的试算找到满足力学规范的布置方案，但该方法的缺点也十分明显：

1)通过人工试算得到的布置方案只能保证满足规范要求，很难得到最优布置方案，获得最大的安全欲量。

2)人工试算每次只能修改一个参数进行调整，不适用于复杂管道的调整。

3)在人工试算过程中，需要消耗大量人力和时间。

为了解决管道人工优化布置中存在的上述问题，本发明中提出了一种管道自动优化布置方法。

技术实现要素：

本发明目的在于提出一种基于遗传算法的核级管道自动优化布置方法，用于解决现有人工试算进行管道优化布置时无法获得最优方案的技术问题。

本发明的技术方案是：

一种基于遗传算法的核级管道自动优化布置方法，包括：

步骤一：通过管道分析软件的命令流文件中的注释行添加优化参数；

步骤二：通过预处理程序对含有待优化参数的命令流文件进行重新处理，自动修改待优化参数，生成新的命令流文件；

步骤三：通过定义适应度函数将不同工况下的多个评价方程进行后处理，获得最终布置方案及应力计算结果。

如上所述步骤一：通过管道分析软件的命令流文件中的注释行添加优化参数，还包括：

步骤1.1：利用管道力学分析软件建立管道模型，将优化参数以注释行的形式添加在命令流文件中，所述优化参数包括：待优化的管道参数及其允许变化范围。

如上所述步骤二：通过预处理程序对含有待优化参数的命令流文件进行重新处理，自动修改待优化参数，生成新的命令流文件还包括：

步骤2.1：通过计算机程序识别命令流文件中的优化参数，并生成一组布置参数；

若为第一次运行，该布置参数采用初始布置方案或随机生成；

若非第一次运行，则布置参数由遗传算法确定；

所述布置参数包括：支撑位置、支撑类型、阀门位置和管道走向；

步骤2.2：通过识别上一步中的布置参数，完成模型中支撑位置、阀门位置、支撑类型和管道走向的修改；

步骤2.3：生成用于计算的命令流文件，并调用管道应力分析软件对修改过的新布置方案模型进行计算。

如上所述步骤三：通过定义适应度函数将不同工况下的多个评价方程进行后处理，获得最终布置方案及应力计算结果，还包括：

步骤3.1：通过对不同工况计算结果进行后处理，利用适应度函数获得适应度值。

步骤3.2：通过终止条件的判断，决定是否继续优化：

如果满足终止条件则输出布置方案及应力计算结果；

如果不满足终止条件则返回步骤2.1，根据遗传算法重新生成一组布置参数。

本发明的有益效果是：

1)利用本发明提供的基于遗传算法的管道布置优化方法，能够高效、便捷地获得核级管道最优布置方案，有效提高核级管道的安全裕量，确保了核动力系统的安全运行。

2)本发明可方便地对管道系统中的多个重要参数(例如，支撑位置、支撑类型、阀门位置、管道走向等)进行优化，克服了人工试算每次只能修改一个参数的问题。

3)所有过程由计算机程序实现，计算结果可靠，优化过程比人工试算更为高效。

附图说明

图1为本发明所述一种基于遗传算法的核级管道自动优化布置方法的流程图。

图2为本发明所述一种基于遗传算法的核级管道自动优化布置方法中的适应度函数计算流程图

具体实施方式

下面对本发明技术进行进一步描述：

如图1所示，一种基于遗传算法的核级管道自动优化布置方法，包括：

步骤一：通过管道分析软件的命令流文件中的注释行添加优化参数；便于在原软件进行快速查看与编辑；

步骤1.1：利用管道力学分析软件建立管道模型，将优化参数以注释行的形式添加在命令流文件中，所述优化参数包括：待优化的管道参数及其允许变化范围。

步骤二：通过预处理程序对含有待优化参数的命令流文件进行重新处理，自动修改待优化参数，生成新的命令流文件；

步骤2.1：通过计算机程序识别命令流文件中的优化参数，并生成一组布置参数；

若为第一次运行，该布置参数采用初始布置方案或随机生成；

若非第一次运行，则布置参数由遗传算法确定；

所述布置参数包括：支撑位置、支撑类型、阀门位置和管道走向；

步骤2.2：通过识别上一步中的布置参数，完成模型中支撑位置、阀门位置、支撑类型和管道走向的修改；

步骤2.3：生成用于计算的命令流文件，并调用管道应力分析软件对修改过的新布置方案模型进行计算。

步骤三：通过定义适应度函数将不同工况下的多个评价方程进行后处理，获得最终布置方案及应力计算结果。

步骤3.1：通过对不同工况计算结果进行后处理，利用适应度函数获得适应度值。

步骤3.2：通过终止条件的判断，决定是否继续优化：

如果满足终止条件则输出布置方案及应力计算结果；

如果不满足终止条件则返回步骤2.1，根据遗传算法重新生成一组布置参数。

本发明的自动优化布置方法基于遗传算法，更适用于复杂核级管道的优化布置，其中，在本发明具体实施例中，所述适应度函数的计算如图2中所示的流程图进行计算。

在实际应用中，管道力学分析软件包括：peps、syspipe、ansys、abaqus等，遗传算法计算软件包括：matlab、fortran、c、maple等。

上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

技术特征：

技术总结
本发明属于反应堆结构力学技术领域，具体涉及一种基于遗传算法的核级管道自动优化布置方法，包括：步骤一：通过管道分析软件的命令流文件中的注释行添加优化参数；步骤二：通过预处理程序对含有待优化参数的命令流文件进行重新处理，自动修改待优化参数，生成新的命令流文件；步骤三：通过定义适应度函数将不同工况下的多个评价方程进行后处理，获得最终布置方案及应力计算结果。利用本发明提供的基于遗传算法的管道布置优化方法，能够高效、便捷地获得核级管道最优布置方案，有效提高核级管道的安全裕量，确保了核动力系统的安全运行。

技术研发人员：白晓明;艾红雷;郑连纲;王新军;卢喜丰;张锐;杨杰
受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院
技术研发日：2017.12.14
技术公布日：2019.07.02