一种钢管输电塔铸钢节点、参数优化方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及杆塔施工，具体涉及一种钢管输电塔铸钢节点、参数优化方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、大跨越输电塔线具有高耸、多回路、跨距大、导线截面粗、柔性强等特点。相较于常规输电塔，大跨越输电塔承担的荷载呈几何级数的增长，使得常规结构方案往往难以应用于大跨越输电塔；因此在大跨越输电塔中常采用钢管结构，并对结构性能和结构设计提出了更高的要求。

2、大跨越钢管输电塔节点具有高负荷和多支管交汇的特点，例如，在横担与主材连接节点上就连接有多达10个甚至更多的钢管杆件，这些特征均与普通民用建筑结构完全不同；目前用于大跨越钢管输电塔的节点主要有加劲相贯焊节点、加肋球节点及厚壁铸钢节点；其中，加劲相贯焊节点在处理多支管交汇问题时，存在构件相互重叠、受力路径不明确、加劲措施造成的承载力计算困难等问题；而加肋球节点相较于加劲相贯焊节点，虽然具有传力均匀和连接支管避免重叠等优点，但其存在体量大、节点制造工艺要求高以及残余应力不均匀等问题；而厚壁铸钢节点兼具了球节点和相贯焊的优点，并可以通过增加壁厚来提高承载力，相对于球节点更为方便；但是厚壁铸钢节点的实际工程应用案例较少，其还存在高壁厚带来的低比强度、造价高等问题；同时，现有技术针对厚壁铸钢节点的低比强度的问题，未提出具体的节点优化方式。

3、因此，需要提供一种钢管输电塔铸钢节点、参数优化方法、系统、设备及介质，以解决上述提到的相关问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是现有技术难以优化厚壁铸钢节点的比强度，目的在于提供一种钢管输电塔铸钢节点、参数优化方法、系统、设备及介质，通过以三维数值仿真分析作为核心评价指标依据，通过将制造工艺要求、结构构造要求等作为边界条件，并以比强度最大化为优化目标，采用粒子群算法进行最优参数搜索，以获得的最优参数进行三维数值仿真建模，从而将所建模型直接用作生成铸钢钢管节点的三维模型，从而实现设计、优化和制造一体化；同时在参数优化过程中引入了铸钢制造工艺评价机制，通过实时校核冷却残余应力对结构参数的敏感性，实现了力学性能与铸造缺陷防控的同步优化。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种钢管输电塔铸钢节点，节点包括：

4、塔身主材连接管、横担主材连接管、横担交叉材连接管、正面水平材连接管、第一正面交叉材连接管、第二正面交叉材连接管、侧面水平材连接管、第一侧面交叉材连接管、第二侧面交叉材连接管、镀锌孔以及内环板；

5、所述横担主材连接管、横担交叉材连接管、正面水平材连接管和侧面水平材连接管位于同一横截面，且均垂直设于塔身主材连接管的外侧壁；所述横担交叉材连接管位于横担主材连接管和侧面水平材连接管之间；

6、所述第一正面交叉材连接管、第二正面交叉材连接管与正面水平材连接管位于同一纵截面，且分别设置在正面水平材连接管的两侧；

7、所述第一侧面交叉材连接管、第二侧面交叉材连接管与侧面水平材连接管位于同一纵截面，且分别设置在侧面水平材连接管的两侧；

8、所述内环板设于塔身主材连接管的内侧壁，且与侧面水平材连接管位于同一横截面；所述镀锌孔设置在内环板两侧塔身主材连接管的内侧壁。

9、本发明还提供一种钢管输电塔铸钢节点的参数优化方法，该方法用于上述所述的钢管输电塔铸钢节点中，方法包括：

10、将节点结构重量和结构承载力的比值作为结构比强度指标，并利用结构比强度指标构建适应度函数；

11、构建含多物理场约束的动态评价函数以确定优化边界条件，并对粒子群进行初始化；

12、对当前粒子群中的每个粒子均分别进行多次迭代更新，并在每次更新中利用适应度函数计算粒子群的适应度值，直至粒子群适应度变化量小于预设收敛阈值，以得到更新后的粒子群；

13、从更新后的粒子群中筛选出全局最优粒子，并将所述全局最优粒子所对应的所有解确定为节点最优参数。

14、进一步地，将节点结构重量和结构承载力的比值作为结构比强度指标，具体为：

15、获取节点结构参数；其中，节点结构参数包括关键数量、管件位置、内环板数量、内环板位置、内环板尺寸、圆柱腔斜度、倒角尺寸、管件端部尺寸以及铸钢节点材料种类；

16、基于节点结构参数，采用有限元分析方法确定节点结构重量和结构承载力，并将节点结构重量和结构承载力的比值作为结构比强度指标。

17、进一步地，对当前粒子群中的每个粒子均分别进行多次迭代更新，并在每次更新中利用适应度函数计算粒子群的适应度值，直至粒子群适应度变化量小于预设收敛阈值，以得到更新后的粒子群，具体为：

18、在每次迭代更新过程中，利用适应度函数计算得到每个粒子的适应度值，对每个粒子的适应度值与其历史最优适应度值进行比较，基于比较结果对每个粒子的历史最优适应度值进行更新，并在更新后利用位置更新函数和速度更新函数对每个粒子的位置变量和速度变量进行更新；

19、对每个粒子的适应度值与粒子群历史最优适应度值进行比较，基于比较结果对粒子群的历史最优适应度值进行更新；

20、对粒子群更新前后的历史最优适应度值进行比较，若粒子群适应度变化量小于预设收敛阈值，则停止更新以得到更新后的粒子群。

21、进一步地，利用适应度函数计算得到每个粒子的适应度值，具体为：，式中，表示第个粒子的位置变量，表示第个粒子的适应度值，表示结构重量，表示结构承载力，c表示管件数量，d表示管件位置，a表示内环板数量，t表示内环板位置，e表示内环板尺寸，k表示圆柱腔斜度，r表示倒角尺寸，b表示管件端部尺寸，m表示铸钢节点材料种类，表示惩罚因子。

22、进一步地，所述位置更新函数，具体为：，式中，表示在第迭代步时第个粒子的位置变量，表示在第迭代步时第个粒子的位置变量，表示在第迭代步时第个粒子的速度变量。

23、进一步地，所述速度更新函数，具体为：，式中，表示在第迭代步时第个粒子的速度变量，表示在第迭代步时第个粒子的速度变量，表示惯性权重，、分别表示学习因子，、均表示随机数，表示在第迭代步时第个粒子的历史最优适应度值，表示在第迭代步时第个粒子的位置变量，表示在第迭代步时的群体历史最优适应度值。

24、本发明还提供一种钢管输电塔节点的参数优化系统，该系统用于上述任意一项所述的一种钢管输电塔铸钢节点的参数优化方法中，所述系统包括：

25、函数构建模块，用于将节点结构重量和结构承载力的比值作为结构比强度指标，并利用结构比强度指标构建适应度函数；

26、粒子群生成模块，用于构建含多物理场约束的动态评价函数以确定优化边界条件，并对粒子群进行初始化；

27、粒子群更新模块，用于对当前粒子群中的每个粒子均分别进行多次迭代更新，并在每次更新中利用适应度函数计算粒子群的适应度值，直至粒子群适应度变化量小于预设收敛阈值，以得到更新后的粒子群；

28、参数获取模块，用于从更新后的粒子群中筛选出全局最优粒子，并将所述全局最优粒子所对应的所有解确定为节点最优参数。

29、本发明还提供一种计算机设备，包括系统存储器和处理器，所述系统存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述中任意一项所述方法的步骤。

30、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中任意一项所述的方法的步骤。

31、本发明还提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令被计算机设备集群运行时，使得所述计算机设备集群执行如上述任一项所述的方法。

32、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

33、在本发明中，通过以三维数值仿真分析作为核心评价指标依据，通过将制造工艺要求、结构构造要求等作为边界条件，并以比强度最大化为优化目标，采用粒子群算法进行最优参数搜索，以获得的最优参数进行三维数值仿真建模，从而将所建模型直接用作生成铸钢钢管节点的三维模型，从而实现设计、优化和制造一体化；同时在参数优化过程中引入了铸钢制造工艺评价机制，通过实时校核冷却残余应力对结构参数的敏感性，实现了力学性能与铸造缺陷防控的同步优化。