本项目旨在开发一套集成的、自动化的软件计算模块，专门用于输电铁塔（特别是超高、大跨距塔）的加强箍结构设计与在风载荷作用下的流体力学分析。该模块将通过参数化建模、有限元分析和计算流体动力学仿真，实现从塔身结构强化到风载荷精准计算的全流程自动化与优化，显著提升铁塔设计的效率、安全性与经济性。

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铁塔加强箍智能布设与结构计算模块

• 参数化铁塔建模：

  • 能够根据输入的基本参数（如总高、根开、塔身坡度、主材/斜材规格等）快速生成铁塔的三维线框或有限元模型。

• 加强箍自动布设算法：

  • 规则驱动：​ 基于设计规范（如DL/T 5154-2012《架空输电线路铁塔设计技术规程》）和稳定性理论，自动判定需要设置加强箍的位置（如塔身变坡处、刚度突变处）。

  • 优化算法：​ 集成优化算法（如遗传算法、拓扑优化），以“用钢量最省”或“屈曲临界力最高”为目标，自动优化加强箍的间距、数量、以及构件截面规格。

  • 交互调整：​ 允许工程师对自动布设结果进行手动微调，并实时查看调整后的力学性能变化。

• 结构校核计算：

  • 自动进行包括强度、刚度（变形）和稳定性（整体屈曲、局部屈曲）的校核，并生成详细的计算书。

3.2 流体力学自动计算模块

• CFD前处理自动化：

  • 能自动将参数化生成的铁塔几何模型进行网格划分，特别关注角钢边缘等易产生涡脱的区域的网格加密。

• 风场模拟与载荷计算：

  • 风场设置：​ 可设置不同风速、风向角、风剖面（如指数律或对数律）、湍流模型（如k-ε, SST k-ω）。

  • 瞬态仿真：​ 进行非定常CFD计算，模拟风绕过铁塔时产生的涡激振动（Vortex-Induced Vibration, VIV）​ 和驰振（Galloping）等现象。

  • 载荷提取：​ 自动计算并输出铁塔各部分的体形系数（风阻系数）、表面风压分布，以及整体的风载荷和扭矩。

• 风振响应分析：

  • 将CFD计算得到的非定常风压数据作为输入，耦合到结构有限元模型中进行动力时程分析，计算铁塔的动力响应（位移、加速度）。

3.3 流固耦合与一体化分析

• 双向耦合（进阶功能）：​ 考虑风载荷引起的结构变形对周围流场的反作用，进行更精确的流固耦合仿真，用于分析超柔性铁塔的临界风速。

• 结果可视化与报告生成：

  • 以云图、矢量图、动画等形式直观显示风压分布、涡量场、结构应力和变形。

  • 自动生成符合行业标准的流体力学分析报告，包括输入参数、计算结果和结论。

• 可执行的软件模块及其源代码。

• 技术文档：​ 包括软件架构说明、用户手册、API文档。

• 验证报告：​ 包含与经典案例和风洞试验数据的对比验证结果。

• 应用案例：​ 使用该模块完成1-2个典型铁塔型号的加强箍设计与风载荷分析的全流程示范。