(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111399511.1 (22)申请日 2021.11.19 (71)申请人 华东理工大 学 地址 200237 上海市徐汇区梅陇路13 0号 (72)发明人 轩福贞　宫建国　高阳　朱明亮　 项延训　 (74)专利代理 机构 上海智信专利代理有限公司 31002 代理人 邓琪　熊俊杰 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于数字孪生的压力容器安全评价与 风险预警方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于数字孪生的压力容器 安全评价与风险预警方法， 包括步骤： S1确定压 力容器的损伤模式； S2设计压力容器安全评价与 风险预警的总体方案； S3： 基于设计好的总体方 案， 对压力容器的物理模型进行简化， 并建立简 化后的物理模型； S4： 获取压力容器实 际服役时 的载荷工况参数； S5： 确定压力容器部件的材料 性能参数； S6： 建立压力容器安全评价与风险预 警数字孪生模型； S7： 获得压力容器部件的全场 损伤分布云图； S8： 将全场损伤分布云图与压力 容器部件材料的强度要求进行对比， 如果满足强 度要求， 则根据用户后续需要在下一个时间节点 再进行安全评价， 如果不满足强度要求， 则输出 压力容器风险预警。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 114065589 A 2022.02.18 CN 114065589 A 1.一种基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： S1： 根据压力容器的设计参数和压力容器部件材 料类别确定 压力容器的损伤模式； S2： 基于确定的损伤模式， 设计压力容器安全评价与风险预警的总体方案； S3： 基于设计好的总体方案， 对压力容器的物 理模型进行简化， 并建立简化后的物 理模 型； S4： 获取压力容器实际服役时的载荷工况参数； S5： 根据设计好的总体方案确定 压力容器部件的材 料性能参数； S6： 根据S3中的简化后的物理模型、 S4中的载荷工况参数和S5中的材料性能参数建立 压力容器安全评价与风险预警数字 孪生模型； S7： 对压力容器安全评价与风险预警数字孪生模型的进行安全评价， 获得压力容器部 件的全场损伤分布云图； S8： 将全场损伤分布云图与压力容器部件材料的强度要求进行对比， 如果满足强度要 求， 则根据用户后续需要在下一个时间节点再进 行安全评价， 如果不满足强度要求， 则输出 压力容器风险预警。 2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 其特征 在于， 所述设计参数包括设计温度和是否存在循环载荷。 3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 其特征 在于， 所述压力容器部件材 料类别包括Cr ‑Mo钢和奥氏体钢。 4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 其特征 在于， 所述压力容器的损伤模式包括蠕变损伤、 蠕变 ‑疲劳损伤和疲劳损伤。 5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 其特征 在于， 步骤S 3中， 通过忽略非承压部件、 法兰螺栓和垫片以及非承载部件焊缝圆角结构对所 述压力容器的物理模型进行简化。 6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 其特征 在于， S2中的总体方案采用美国机 械工程师协会规范或非 弹性有限元分析 方法进行设计。 7.根据权利要求1所述的基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 其特征 在于， 所述载荷工况参数包括温度和压力。 8.根据权利要求7所述的基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 其特征 在于， 步骤S4中， 分别采用温度传感器和压力传感器采集压力容器的温度和压力。 9.根据权利要求1所述的基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 其特征 在于， 所述压力容器部件的材料性能参数通过在规范或设计手册中查询获得或通过材料力 学性能试验获得。 10.根据权利要求1所述的基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 其特征 在于， 步骤S6进一步包括： 将步骤S3中简化后的物理模 型直接导入ABAQUS软件中， 然后将步 骤S4中的温度、 压力的模拟信号通过A/D转换器变换为数字信号， 并采用Python语 言将数字 信号和步骤S5中的材 料性能参数输入ABAQUS软件中。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114065589 A 2一种基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方 法 技术领域 [0001]本发明涉及压力容器安全评价与风险预警领域， 更具体地涉及 一种基于数字孪生 的压力容器安全评价与风险预警方法。 背景技术 [0002]压力容器广泛应用于石油 、 化工、 核电、 火电、 航空、 航天等行业， 通常面临高温、 高 压等苛刻服役环境以及腐蚀性、 毒性介质等极端介质的共同影响。 可以预见， 压力容器服役 过程中存在诸多潜在的重大损伤模式。 这些部件一旦发生失效， 将造成巨大 的经济损失甚 至引发环境、 社会问题。 因此， 压力容器的安全评价与风险预警一直是压力容器行业面临的 重要课题。 [0003]现有压力容器的安全评价与风险预警技术多基于离线数据或设计数据进行， 无法 实现高温结构安全评价方法与压力容器服役参数的系统集成与同步计算， 因而不能实时体 现压力容器服役过程中的损伤演化行为。 同时， 也不能根据压力容器损伤演化情况实时显 示压力容器的高风险部位， 难以实现压力容器部件服役风险预警。 上述问题均制约了工程 人员对压力容器损伤演化状态的精准获取， 不能充分保障压力容器的长周期安全服役。 [0004]现有机械工程领域虽然存在相关数据实时获取与在线显示等技术内容， 但这些应 用没有实现数据实时获取与寿命评价方法的直接连通， 也没有嵌入有限元分析、 安全评价 方法等相关内容。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 以实现压力容器服役参数实时获取与后续寿命评价方法的连通， 并根据压力容器损伤演化 情况， 实现压力容器风险预警信号的实时输出。 [0006]本发明提供一种基于数字孪生的压力容器安全评价与风险预警方法， 包括以下步 骤： [0007]S1： 根据压力容器的设计参数和压力容器部件材料类别确定压力容器的损伤模 式； [0008]S2： 基于确定的损伤模式， 设计压力容器安全评价与风险预警的总体方案； [0009]S3： 基于设计好的总体方案， 对压力容器的物理模型进行简化， 并建立简 化后的物 理模型； [0010]S4： 获取压力容器实际服役时的载荷工况参数； [0011]S5： 根据设计好的总体方案确定 压力容器部件的材 料性能参数； [0012]S6： 根据S3中的简化后的物理模型、 S4中的载荷工况参数和S5中的材料性能参数 建立压力容器安全评价与风险预警数字 孪生模型； [0013]S7： 对压力容器安全评价与风险预警数字孪生模型的进行安全评价， 获得压力容 器部件的全场损伤分布云图；说　明　书 1/5 页 3 CN 114065589 A 3