本文總結了結構有限元模型轉換的研究現狀，為進一步的商業軟體開發提供參考依據。
基本介紹
- 中文名：結構有限元模型轉換
- 定義：轉換的能力相對簡單
- 分析軟體：ETABS、SAP、SATWE
- 相關：結構有限元模型轉換的研究現狀
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引言
大型複雜結構在設計過程中需要套用多種結構分析軟體，如ETABS、SAP、SATWE、MIDAS、ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等進行結構的靜、動力分析，由於各種軟體採用的計算模型及側重點不同，國家規範規定對大型複雜建築需要套用兩種以上不同的軟體進行一致性比較分析。而大型複雜結構的建模工作在結構分析過程中占有相當大的時間比重，這個比重隨著工程方案的頻繁改動將會顯得更為突出。
基於實際工程的需要，一些設計人員開發了一些小型轉換工具來實現不同結構軟體之間的模型轉換工作，在一些具體工程中取得了局部的效果，然而由於結構分析軟體的生產商頻繁變動數據接口檔案的格式甚至進行加密工作，加之單獨的設計人員力量有限，難以真正設計出功能全面、值得推廣的結構模型轉換軟體，所以市場上此類軟體基本還是空白。
上海凱德數值根據市場需求，依託強大的研發團隊及前期技術研究，推出商用的結構有限元模型轉換軟體，並與已有的AutoCAD Structure結構建模軟體相銜接，形成功能強大的結構建模及轉換系統。
研究現狀
1 華南理工大學陳學偉博士的工作：
陳學偉的部落格中提到其實現了如下轉換功能
[1].PKPM2006→ETABS
[2].ETABS→SAP2000
[3].PKPM2006→SAP2000
[4].MIDAS→ETABS
[5].ETABS→OPENSEES
[6].ETABS→PERFORM-3D
除了[6]以外其他開發程度都不高，僅能用於個人工程。
ETABS TO PERFORM-3D只能導入結點與桿系的幾何屬性及節點荷載與質量、截面屬性、構件屬性及梁荷載無法導入。該軟體的一個強大的功能就是把劃分定義好的柱纖維截面導入PERFORM-3D，因為PERFORM-3D定義此類截面的功能非常繁瑣。
不是所有的ETABS模型都能導入PERFORM的，有很多個人的約定在裡面，必須按規則建模。
讀取MIDAS的主要參數後，轉化成SAP2000的格式好辦，轉成ETABS就有點難了，ETABS的格式與樓層為坐標參考，不好處理。
崔家春：AnsysToSap2000
只能實現建築結構中基本模型轉換。
2 上海交通大學劉西拉等的工作：
（1） 基於IFC標準的建築結構模型自動生成
IFC標準時由國際協作聯盟（International Alliance for Interoperability，簡稱IAI）集中了多個國家的研究人員共同研製定義的關於建築、工程、施工與設備管理各種專業套用軟體在共享建築模型的前提下進行數據交換的標準。下圖顯示了IFC標準產生前後，建築業各軟體之間數據交換與共享模式的轉變。
有限元模型間轉換的定義
劉西拉等提出的建築結構有限元模型轉換系統框架
在完成了從標準IFC檔案到通用有限元模型的轉換後，劉西拉等繼續提出不同結構軟體模型之間的轉換。其基本思路是用已完成的通用結構有限元模型搭建各種結構分析軟體之間的橋樑（注意這個通用有限元模型是他們自己設計的，而且主要只支持從建築圖導入的幾何信息）。雖然各種結構軟體內部數據結構不太相同，然而所有的結構分析軟體都是基於有限元分析原理，所以這些結構分析軟體的數據結構是相似的。只要實現各種結構軟體與自定義的通用有限元模型之間的雙向轉換，即可實現各結構分析軟體之間的模型轉換。
在上圖所示的結構有限元模型轉換系統框架中，居於核心地位的是通用結構有限元模型，該模型包含的數據表包括：系統信息、樓層信息、桿單元截面信息、桿單元信息、面單元信息、開洞信息，而並不包括荷載，節點等信息，由此可知該模型僅僅支持建築幾何模型，無法直接進行結構分析。
劉的工作相對較為完整，但由於無法轉換荷載等結構分析所需的信息，而且轉換的能力相對簡單，這些都無法滿足結構工程師的需求。
解決方案
建築業從無共享建築模型到有共享建築模型數據交換模式的轉變
國際三大最著名的計算機輔助設計軟體商Autodesk、Bentley、Graphisoft公司分別推出了其支持IFC標準的新一代建築模型設計軟體。Autodesk公司就是最早發起軟體協作項目的12家公司之一，由其開發的支持IFC的ADT軟體可以在建築師完成初步方案後生成一個IFC檔案，該檔案包含了建築模型的所有相關信息，實質上是一個虛擬的三維建築實體模型。
IFC是現今國際建築業廣泛關注且接受的產品數據交換與共享的標準。國際上有些學者嘗試套用IFC標準進行了一些建築與結構工程師協同設計的研究工作，但缺乏任意分析軟體與建築模型相聯繫的解決方案。這說明劉的工作主要面對的是結構與建築間的連線而非有限元軟體間的模型連線
劉西拉等在該項工作中，主要解決的是建築與結構之間的信息銜接工作，其中的結構模型信息採用XML語言描述並保存為文檔，XML是一種簡單的數據存儲語言，與資料庫相比，它無法支持查詢、刪除、修改等操作。
總結
綜上所述，目前對於不同結構軟體的模型轉換研究依然十分薄弱，可供使用的軟體基本還是空白，因此該軟體的開發必然有著相當的市場價值。我公司前期已進行了基於資料庫的有限元轉換研究，構造了比較完善的通用有限元資料庫，並在WEB平台上開發了相應的應用程式，實現了一些基本的結構模型轉換工作。在此基礎上我公司將進一步完善複雜結構的模型轉換能力，並與原有的AutoCAD Structure建模軟體形成的資料庫相銜接，實現真正的通用結構有限元建模系統。
