本公開涉及啟閉機結構設計，具體而言，涉及一種啟閉機結構有限元計算方法及系統。

背景技術：

1、在現有水利水電工程中，啟閉機作為主要的機械裝置，廣泛用于閘門的升降控制，其結構設計直接關系到工程運行的安全與可靠性。其中，卷揚式啟閉機由于其結構簡單、承載能力強，常用于大中型水工建筑中，而其小車架或機架作為承載起升荷載的重要結構單元，承擔著對定滑輪組、卷筒裝置及減速器等關鍵設備的安裝支撐與力學傳遞作用。因此，小車架或機架結構的設計與校核一直是啟閉機結構分析中的核心環節。

2、在工程實踐中，通常采用平面結構簡化分析方法對小車架或機架進行受力分析，該類方法多以單根梁為建模對象，忽略了整體框架結構中各梁系之間的空間耦合關系。為滿足工程精度需求，還需分別對每根梁構件進行獨立驗算，不僅計算流程繁瑣，而且極易忽視節點聯動、扭轉彎曲耦合等關鍵結構效應。此外，簡化分析中荷載分配過于理想化，難以準確模擬設備荷載實際作用路徑，也即無法準確反映分段連接處和變截面梁的內力分布，存在一定程度的計算偏差，不利于結構安全準確評價。

3、因此，亟需提供一種既能兼顧工程實際結構布置，又能提升結構分析精度與效率的計算方案，以更有效地服務于啟閉機支撐結構的快速設計與安全評估。

4、需要說明的是，在上述背景技術部分公開的信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

技術實現思路

1、本公開實施例的目的在于提供一種啟閉機結構有限元計算方法及系統，進而至少在一定程度上解決相關技術中設計啟閉機結構時存在的建模流程繁瑣、結構耦合關系缺失以及計算精度不足的問題。

2、根據本公開實施例的第一方面，提供了一種啟閉機結構有限元計算方法，包括：

3、獲取啟閉機支撐結構的結構參數和邊界參數；

4、基于所述結構參數，從預設的多種標準化平面布置型式中選擇目標平面布置型式；

5、結合所述結構參數和所述目標平面布置型式，構建參數化結構幾何模型，并將所述參數化結構幾何模型離散為包含承載梁單元的有限元模型；

6、對所述有限元模型施加與所述邊界參數對應的荷載和邊界條件，并進行結構力學求解計算，得到所述目標平面布置型式下的結構計算結果。

7、在本公開的一種示例性實施例中，所述結構參數包括結構布置型式參數；

8、所述基于所述結構參數，從預設的多種標準化平面布置型式中選擇目標平面布置型式，包括：

9、從預設的多種標準化平面布置型式中選擇與所述結構布置型式參數對應的目標平面布置型式；

10、其中，每種標準化平面布置型式由基礎框架結構及與所述基礎框架結構連接的橫向梁系和縱向梁系構成，所述基礎框架結構由主梁系和邊梁系構成。

11、在本公開的一種示例性實施例中，所述標準化平面布置型式包括“日”字型、“由”字型、“田”字型、“而”字型和“四”字型。

12、在本公開的一種示例性實施例中，所述方法還包括：

13、獲取多個啟閉機支撐結構的工程實例，并提取各所述工程實例中承載梁系的平面布置特征；

14、對所述平面布置特征進行分類和標準化處理，以得到多種標準化平面布置型式。

15、在本公開的一種示例性實施例中，所述結構參數還包括結構尺寸參數；

16、所述結合所述結構參數和所述目標平面布置型式，構建參數化結構幾何模型，包括：

17、基于所述目標平面布置型式中各承載梁系之間的連接關系，按照所述結構尺寸參數對各所述承載梁系的長度、截面尺寸及相對位置進行參數化定義，得到參數化構件描述集；

18、將所述參數化構件描述集轉換為在幾何坐標系中與各所述承載梁系對應的節點與構件線元，以構建所述參數化結構幾何模型。

19、在本公開的一種示例性實施例中，所述將所述參數化結構幾何模型離散為包含承載梁單元的有限元模型，包括：

20、基于所述參數化結構幾何模型中的節點與構件線元，按照預設的離散劃分規則將各構件線元轉換為對應的承載梁單元；

21、建立各所述承載梁單元之間的節點連接關系，以形成包含與各所述承載梁系對應的有限元單元及節點的有限元模型。

22、在本公開的一種示例性實施例中，所述邊界參數包括荷載參數及約束條件參數；

23、所述對所述有限元模型施加與所述邊界參數對應的荷載和邊界條件，并進行結構力學求解計算，包括：

24、將所述荷載參數中的集中力和分布力施加至所述有限元模型中對應的節點和/或構件單元，將所述約束條件參數映射為對相應節點的位移約束；

25、在完成荷載與約束施加后，對所述有限元模型進行靜力求解分析。

26、在本公開的一種示例性實施例中，所述結構計算結果包括節點位移、各所述承載梁單元的內力、支承反力及所述目標平面布置型式下各承載梁系的內力分布圖。

27、根據本公開實施例的第二方面，提供了一種啟閉機結構有限元計算系統，包括：

28、參數輸入模塊，用于獲取啟閉機支撐結構的結構參數和邊界參數；

29、布置選擇模塊，用于基于所述結構參數，從預設的多種標準化平面布置型式中選擇目標平面布置型式；

30、參數化建模模塊，用于結合所述結構參數和所述目標平面布置型式，構建參數化結構幾何模型，并將所述參數化結構幾何模型離散為包含承載梁單元的有限元模型；

31、加載求解模塊，用于對所述有限元模型施加與所述邊界參數對應的荷載和邊界條件，并進行結構力學求解計算，得到所述目標平面布置型式下的結構計算結果。

32、根據本公開實施例的第三方面，提供一種計算機可讀存儲介質，計算機可讀存儲介質上存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執行時實現第一方面中所述的啟閉機結構有限元計算方法的任一步驟。

33、本公開實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：

34、本公開示例實施例中提供的啟閉機結構有限元計算方法，通過將結構參數與邊界參數作為統一輸入，構建了基于標準化布置型式的參數驅動建模與結構分析流程，能夠實現啟閉機支撐結構布置邏輯、幾何構型與受力條件的集成表達，建立結構建模與計算的協同機制；通過引入多種預設的標準化平面布置型式，并基于結構參數進行選型匹配，無需依賴人工判斷梁系布置方式，使支撐結構建模在不同工程條件下均具備模塊化調用與適配能力；進一步地，在結構幾何建模過程中，將目標布置型式與結構尺寸參數協同應用，實現承載梁系的拓撲結構與幾何尺寸的同步表達，能夠保留整體框架結構中各梁系之間的空間聯動關系，有效克服了傳統建模中因簡化處理導致的耦合效應缺失問題；通過將參數化結構幾何模型離散為包含承載梁單元的有限元模型，并結合邊界參數中荷載和約束條件進行精準施加，能夠還原設備荷載在實際結構中的傳遞路徑，增強對關鍵部位如連接節點、變截面段的力學響應捕捉能力，減小因荷載理想化而引起的計算偏差。總的來說，本公開能夠在滿足實際工程布置需求的同時，實現啟閉機支撐結構從標準化建模到高精度計算的全過程自動化處理，具備建模標準統一、計算精度提升與流程自動化的特點，能夠更高效地支持結構安全分析與工程優化設計，提升啟閉機結構分析在水工工程中的工程適應性與可靠性。

35、應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。