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基于Python语言的NASTRAN模型向Abaqus模型转换程序

更新时间：2019-12-29 20:06:01 大小：1M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

民用飞机有限元分析多采用NASTRAN软件进行内力求解计算,在非线性领域,Abaqus软件具有更加明显的优势。然而,由于民用飞机模型规模大,建模复杂,为不同软件分别建模不仅效率低,而且多套模型也不便于管理。本文在深入分析民机有限元NASTRAN模型文件的基础上,利用Python语言编制了一套脚本程序,实现了有限元NASTRAN模型向Abaqus模型文件的快速转换功能,并且从根本上保证了模型文件的一致性。


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CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2016  
中国科技信息 2016 年第 08 期·  
DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2016.08.016  
基于 Python 语言的 NASTRAN 模型  
向 Abaqus 模型转换程序  
张ꢀ 涛ꢀ 李三平ꢀ 杜双龙  
些信息进行转换。  
民用飞机有限元分析多采用 NASTRAN 软件进行内力求解计算，  
在非线性领域，Abaqus 软件具有更加明显的优势。然而，由于民用  
转换说明  
飞机模型规模大，建模复杂，为不同软件分别建模不仅效率低，而且  
多套模型也不便于管理。本文在深入分析民机有限元 NASTRAN 模型  
将需要转换的节点、单元、材料和属性信息整理后，  
文件的基础上，利用 Python 语言编制了一套脚本程序，实现了有限元  
得到卡片转换关系对照表 1。  
NASTRAN 模型向 Abaqus 模型文件的快速转换功能，并且从根本上  
保证了模型文件的一致性。  
表 1 NASTRAN 转 Abaqus 关系对照表  
NASTRAN  
Abaqus  
*NODE  
备注  
GRID  
CORD2R、CORD2C  
MAT1  
*ORIENTATION  
*MATERIAL  
民用飞机有限元模型多采用 NASTRAN 软件进行内  
力求解计算，而在非线性领域，Abaqus 软件具有更加明  
显的优势。随着计算机硬件水平的快速发展，以波音、空  
壳为代表的精细化有限元数值仿真技术取得了长足的发  
展，模型达到千万节点的规模。以精细化模型为依托，大  
规模非线性有限元分析工作的开展，极大地提升了强度分  
析的精度和可信度，代表了当今飞机结构强度分析走向更  
细更精的发展方向。  
RBE2、RBE3  
MPC  
*COUPLING  
*EQUATION  
CROD  
*ELEMENT， TYPE=T3D2  
*SOLID SECTION  
*ELEMENT， TYPE=B31  
PROD  
CBAR  
PBAR、PBARL  
CWELD  
*BEAM GENERAL SECTION 修正  
*FASTENER  
PWELD  
*FASTENER PROPERTY  
*S4R/S3R  
然而，随着民用飞机模型精细程度越来越高，模型规  
模越来越大，为不同有限元软件分别建模不仅效率低，  
而且多套模型也不便于管理。因而，需要找到不同模型  
之间相互转换的方法。本文在深入分析民机精细有限元  
NASTRAN 模型计算文件的基础上，利用 Python 语言  
编制了一套脚本程序，实现了民用飞机 NASTRAN 模型  
向 Abaqus 模型文件的快速转换功能，并且从根本上保  
证了模型文件的一致性。  
CQUAD4、CTRIA3  
PSHELL、PCOMP  
*SHELL SECTION  
民用飞机精细有限元 NASTRAN 模型文件  
概述  
民用飞机精细有限元模型最大程度地保留飞机结  
构的细节特征，对重点关心区域尽量少做或者不做简  
化，以反映真实的结构特征。一个典型的精细有限元  
NASTRAN 模型文件如图 1 所示，其中主要包含坐标系、  
节点、单元、材料、属性和载荷等信息，本文主要对这  
图 1 精细有限元 NASTRAN 模型模型文件  
54  
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航空技术推广  
CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2016  
·中国科技信息 2016 年第 08 期  
利于模型管理。在程序中一种较好的解决方法是通过搜索  
CWELD 单元连接的两个壳单元属性信息，并将同一属  
性信息的壳单元定义为一个 SURFACE 集合，这样同一  
钉群的 CWELD 信息将被一起转换成一个 FASTENER  
单元信息。2）CWELD 的属性信息中只包含材料信息和  
钉单元直径信息，而 FASTENER 单元属性需要定义六  
个自由度的刚度信息，因此需要找到 FASTENER 单元  
六个自由度等效刚度的计算方法。在此，本文采用的是民  
其中：“修正”代表 Nastran 卡片的属性值没有完  
全被转换到 Abaqus 相关字段中，转换完成后需要手动  
修改部分属性值。对于表中未列出的卡片类型将不被转换，  
并且对于表格中列出的卡片，常用属性值会被转换，不常  
用的不被转换。  
程序说明  
本程序使用Python语言进行编写，其流程如图2所示。  
本程序对 NASTRAN 模型文件进行转换时，主要考  
虑每个字段在模型中使用情况，对模型中用不到的字段，  
程序将不对其进行转换。如表 2 所示，其中深色部分表示  
未被转换的字段。以GRID卡片为例，其中ID（节点编号）、  
X1、X2、X3（节点坐标）、CD（节点局部坐标系）信  
息被程序转换，而 CP、PS、SEID 等不常用信息则不被  
程序转换。  
Abaqus 软 件 自 带 有 转 换 NASTRAN 模 型 的 功  
能，具体参照 Abaqus 的帮助手册。但是其对民机精  
细网格中使用较为频繁的紧固件单元（CWELD GA -  
GB ELEMID） 转 换 效 果 不 佳。 以 下 将 对 本 程 序 中  
NASTRAN 的 CWELD 单元向 Abaqus 的 FASTENER  
单元转换方法进行说明。  
GA - GB ELEMID 形 式 的 CWELD 单 元 向  
FASTENER 单元转换会遇到两个主要问题：1）创建  
FASTENER 单元时需要定义两个 SURFACE 集合，  
这两个 SURFACE 集合用来描述钉单元连接的两层壳  
单元，而 CWELD 单元只含有其上下连接的两个壳单  
元信息。如果对每一个 CWELD 单元都单独建立一个  
FASTENER 单元将会极大的增加模型文件大小，并且不  
图 2 转换程序流程图  
表 2 NASTRAN 模型文件主要字段  
1
2
3
CP  
4
5
6
7
CD  
G4  
8
PS  
9
GRID  
ID  
X1  
X2  
X3  
SEID  
ZOFFS  
CQUAD4  
EID  
PID  
G1  
T1  
G2  
T2  
G3  
T3  
THETAorMCID  
TFLAG  
MID1  
Z2  
T4  
PSHELL  
PCOMP  
PID  
Z1  
T
MID2  
12I/T**3  
MID3  
TS/T  
NSM  
MID4  
NSM  
THETA1  
THETA3  
G1  
PID  
Z0  
SB  
SOUT1  
SOUT3  
G2  
FT  
TREF  
T2  
GE  
LAM  
MID1  
MID3  
EID  
TI  
MID2  
THET2  
SOUT2  
T3  
CROD  
CBAR  
PID  
EID  
PID  
GA  
GB  
X1  
W3A  
C
X2  
W1B  
NSM  
J
X3  
0FFT  
W3B  
PA  
PB  
WIA  
A
W2A  
J
W2B  
PROD  
PBAR  
PID  
MID  
MID  
C2  
PID  
A
I1  
I2  
NSM  
F1  
C1  
D1  
D2  
E1  
E2  
F2  
K1  
K2  
I12  
CWELD  
PWELD  
EWID  
SHIDA  
PID  
PWID  
SHIDB  
MID  
LDMAX  
GS  
"ELEMID"  
GA  
GB  
MCID  
TYPE  
D
MSET  
LDMIN  
55  
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