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结构有限元模型转换

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引言研究现状有限元模型间转换的定义解决方案总结

编辑本段引言大型复杂结构在设计过程中需要应用多种结构分析软件，如ETABS、SAP、SATWE、MIDAS、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等进行结构的静、动力分析，由于各种软件采用的计算模型及侧重点不同，国家规范规定对大型复杂建筑需要应用两种以上不同的软件进行一致性比较分析。而大型复杂结构的建模工作在结构分析过程中占有相当大的时间比重，这个比重随着工程方案的频繁改动将会显得更为突出。
基于实际工程的需要，一些设计人员开发了一些小型转换工具来实现不同结构软件之间的模型转换工作，在一些具体工程中取得了局部的效果，然而由于结构分析软件的生产商频繁变动数据接口文件的格式甚至进行加密工作，加之单独的设计人员力量有限，难以真正设计出功能全面、值得推广的结构模型转换软件，所以市场上此类软件基本还是空白。
上海凯德数值根据市场需求，依托强大的研发团队及前期技术研究，推出商用的结构有限元模型转换软件，并与已有的AutoCAD Structure结构建模软件相衔接，形成功能强大的结构建模及转换系统。
编辑本段研究现状本文总结了结构有限元模型转换的研究现状，为进一步的商业软件开发提供参考依据。
1 华南理工大学陈学伟博士的工作：
陈学伟的博客中提到其实现了如下转换功能
[1].PKPM2006→ETABS
[2].ETABS→SAP2000
[3].PKPM2006→SAP2000
[4].MIDAS→ETABS
[5].ETABS→OPENSEES
[6].ETABS→PERFORM-3D
除了[6]以外其他开发程度都不高，仅能用于个人工程。
ETABS TO PERFORM-3D只能导入结点与杆系的几何属性及节点荷载与质量、截面属性、构件属性及梁荷载无法导入。该软件的一个强大的功能就是把划分定义好的柱纤维截面导入PERFORM-3D，因为PERFORM-3D定义此类截面的功能非常繁琐。
不是所有的ETABS模型都能导入PERFORM的，有很多个人的约定在里面，必须按规则建模。
读取MIDAS的主要参数后，转化成SAP2000的格式好办，转成ETABS就有点难了，ETABS的格式与楼层为坐标参考，不好处理。
崔家春：AnsysToSap2000
只能实现建筑结构中基本模型转换。
2 上海交通大学刘西拉等的工作：
（1） 基于IFC标准的建筑结构模型自动生成
IFC标准时由国际协作联盟（International Alliance for Interoperability，简称IAI）集中了多个国家的研究人员共同研制定义的关于建筑、工程、施工与设备管理各种专业应用软件在共享建筑模型的前提下进行数据交换的标准。下图显示了IFC标准产生前后，建筑业各软件之间数据交换与共享模式的转变。
编辑本段有限元模型间转换的定义刘西拉等提出的建筑结构有限元模型转换系统框架
在完成了从标准IFC文件到通用有限元模型的转换后，刘西拉等继续提出不同结构软件模型之间的转换。其基本思路是用已完成的通用结构有限元模型搭建各种结构分析软件之间的桥梁（注意这个通用有限元模型是他们自己设计的，而且主要只支持从建筑图导入的几何信息）。虽然各种结构软件内部数据结构不太相同，然而所有的结构分析软件都是基于有限元分析原理，所以这些结构分析软件的数据结构师相似的。只要实现各种结构软件与自定义的通用有限元模型之间的双向转换，即可实现各结构分析软件之间的模型转换。
在上图所示的结构有限元模型转换系统框架中，居于核心地位的是通用结构有限元模型，该模型包含的数据表包括：系统信息、楼层信息、杆单元截面信息、杆单元信息、面单元信息、开洞信息，而并不包括荷载，节点等信息，由此可知该模型仅仅支持建筑几何模型，无法直接进行结构分析。
刘的工作相对较为完整，但由于无法转换荷载等结构分析所需的信息，而且转换的能力相对简单，这些都无法满足结构工程师的需求。
编辑本段解决方案建筑业从无共享建筑模型到有共享建筑模型数据交换模式的转变
国际三大最著名的计算机辅助设计软件商Autodesk、Bentley、Graphisoft公司分别推出了其支持IFC标准的新一代建筑模型设计软件。Autodesk公司就是最早发起软件协作项目的12家公司之一，由其开发的支持IFC的ADT软件可以在建筑师完成初步方案后生成一个IFC文件，该文件包含了建筑模型的所有相关信息，实质上是一个虚拟的三维建筑实体模型。
IFC是现今国际建筑业广泛关注且接受的产品数据交换与共享的标准。国际上有些学者尝试应用IFC标准进行了一些建筑与结构工程师协同设计的研究工作，但缺乏任意分析软件与建筑模型相联系的解决方案。这说明刘的工作主要面对的是结构与建筑间的连接而非有限元软件间的模型连接
刘西拉等在该项工作中，主要解决的是建筑与结构之间的信息衔接工作，其中的结构模型信息采用XML语言描述并保存为文档，XML是一种简单的数据存储语言，与数据库相比，它无法支持查询、删除、修改等操作。
编辑本段总结综上所述，目前对于不同结构软件的模型转换研究依然十分薄弱，可供使用的软件基本还是空白，因此该软件的开发必然有着相当的市场价值。我公司前期已进行了基于数据库的有限元转换研究，构造了比较完善的通用有限元数据库，并在WEB平台上开发了相应的应用程序，实现了一些基本的结构模型转换工作。在此基础上我公司将进一步完善复杂结构的模型转换能力，并与原有的AutoCAD Structure建模软件形成的数据库相衔接，实现真正的通用结构有限元建模系统。



词条标签：建筑设计 建筑设计 结构分析

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