申请/专利权人：中国船舶工业集团公司第七0八研究所

申请日：2017-12-25

公开（公告）日：2021-07-23

公开（公告）号：CN108170936B

主分类号：G06F30/23(20200101)

分类号：G06F30/23(20200101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.07.23#授权;2018.07.13#实质审查的生效;2018.06.15#公开

摘要：本发明公开了一种基于MSC.Patran的时空分布域载荷动态加载方法，采用创建压力与时间场函数，运用瞬态响应模块生成bdf格式的原始文件；从原始文件中检索出时历载荷输入语句；采用编制程序将载荷离散数据编译为bdf格式的替换文件；将替换文件内容替换时历载荷输入语句，以输出运算文件；将运算文件输入至nastran中进行运算，获取动态分析数据。采用本发明的技术方案通过编制程序对bdf文件进行修改替换实现加载对应的时历载荷格式，省去了对MSC.Patran中自动加载过程的二次开发，不仅大大提高计算效率，也降低了对计算机的性能要求。

主权项：1.一种时空分布域载荷动态加载方法，其特征在于，运用于MSC.Patran软件中，包括以下步骤：步骤S1：通过创建压力与时间场函数，选取算例，向非空间场函数模块中输入载荷离散数据以获取输入模型；步骤S2：瞬态响应模块采用瞬态响应分析对所述输入模型进行运算，生成bdf格式的原始文件；步骤S3：从所述原始文件中检索出时历载荷输入语句；步骤S4：采用数据编制模块将所述载荷离散数据进行格式转换，获取所述bdf格式的替换文件；步骤S5：将所述替换文件替换所述时历载荷输入语句，以输出运算文件；步骤S6：将所述运算文件输入至结构分析软件中进行运算，获取动态分析数据；所述步骤S4包括以下步骤：步骤S41：将所述载荷离散数据按照预设的文本格式写入记事本中；步骤S42：采用数据编制模块将所述记事本中的数据编译为所述bdf格式的替换文件。

全文数据：一种时空分布域载荷动态加载方法技术领域[0001]本发明涉及钢结构工程领域，尤其涉及一种时空分布域载荷动态加载方法背景技术[0002]静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的手段，主要用来求解结构与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷。而在钢结构工程领域中有很多问题是随时间变化的，需要运用动力分析手段进行解决。随着计算机技术的发展，出现了应用有限元瞬态分析手段计算复杂结构的动态响应技术。MSC.PatranNastran是工业领域内著名的并行框架式有限元前后处理及分析仿真软件。[0003]对于船舶钢结构，现有的实船试验方法为将实船航行到指定海况，通过应变仪测量指定测点的实时应力。船始终处于动态运动中，为了准确模拟船体的应力变化状态，就需要采用动态计算手段。由于任意时刻船体湿表面各个网格的波浪压力各不相同，是一系列随空丨2和时间分布的离散数值，无法用显式函数定义，无法实现有限元软件快速有效动态加载离散载荷。对于时空分布载荷数值规模很大的计算工况，现有的常规做法需在MSC.Patran中进行基于PCL编程语言（PatranCommandLanguage的二次开发实现离散载荷值自动加载，但该方法效率低下，对于数据量大的模型对计算机的性能要求很高。[0004]因此，为了实现钢结构工程领域中基于时空分布域的动态计算，需要解决有限元软件中的离散载荷动态加载效率较差，加载速度较慢的问题。发明内容[0005]针对现有技术中在钢结构工程领域存在的上述问题，现提供一种基于MSC.Patran的时空分布域载荷动态加载方法。[0006]具体技术方案如下：[0007]—种时空分布域载荷动态加载方法，运用于MSC.Patran软件中，包括以下步骤：[000S]步骤S1:通过创建压力与时间场函数，选取算例，向非空间场函数模块中输入载荷离散数据以获取输入模型；[0009]步骤S2:瞬态响应模块采用瞬态响应分析对所述输入模型进行运算，生成bdf格式的原始文件；[0010]步骤S3:从所述原始文件中检索出时历载荷输入语句；[0011]步骤S4:采用数据编制模块将所述载荷离散数据进行格式转换，获取所述bdf格式的替换文件；[0012]步骤S5:将所述替换文件替换所述时历载荷输入语句，以输出运算文件；[0013]步骤se:将所述运算文件输入至结构分析软件中进行运算，获取动态分析数据。[0014]优选的，所述步骤S1包括以下步骤：[0015]步骤S11:对于每个加载部位在非空间场函数模块中创建所述压力与时间场函数；[0016]步骤S12:向所述非空间场函数模块输入所述离散载荷数据；[0017]步骤S13:创建时历载荷工况，并设置为当前活动工况；[0018]步骤S14:创建单元压力与时间载荷分布，选取载荷种类，输入幅值，并选取对应的所述压力与时间场函数。[0019]优选的，所述步骤S2包括以下步骤：[0020]步骤S21:对所述瞬态响应模块设置输出时间间隔和计算步数；[0021]步骤S22:所述瞬态响应模块输出所述原始文件。[0022]优选的，所述时历载荷输入语句包括载荷空间域和载荷时间域，所述步骤S3包括以下步骤：[0023]步骤S31:读取并打开所述原始文件；[0024]步骤S32:检索出所述原始文件中单元号行$DynamicLoadTable行）；[0025]步骤S33:查询所述单元号行中的所述载荷空间域；[0026]步骤S34:查询所述载荷空间域后对应的所述载荷时间域。[0027]优选的，所述步骤S4包括以下步骤：[0028]步骤S41:将所述载荷离散数据按照预设的文本格式写入记事本中；[0029]步骤S42:采用数据编制模块将所述记事本中的数据编译为所述bdf格式的替换文件。[0030]优选的，所述载荷离散数据包括多个加载单元，每个所述加载单元包括一单元号和多个随时间变化的时历载荷离散值；[0031]所述步骤S41中，所述载荷离散数据分为多个数据行写入所述记事本中；[0032]每个所述数据行的首个数据为所述加载单元的单元号，所述时历载荷离散值按照时间顺序依次加载在所述单元号之后。[0033]优选的，所述步骤S42中，所述替换文件中包括多个数据块，每个所述数据块对应一所述加载单元；[0034]所述数据块包括:单元号数据段、序号变量数据段、离散值数据段；[0035]所述单元号数据段用以存储所述单元号，所述序号变量数据段用以存储所述单元号对应的序号变量，所述离散值数据段用以存储所述单元号对应的时历载荷离散值。[0036]上述技术方案具有如下优点或有益效果：[0037]采用通过数据编制模块对bdf文件进行修改替换实现加载对应的时历载荷格式，省去了对MSC.Patran中自动加载过程的二次开发，不仅大大提高计算效率，也降低了对计算机的性能要求。进一步，实现了在MSC.Patran中结构物任意空间场和时间场的载荷值施加功能，全面计算评估结构物的动态特性，可应用于非显式函数定义的多种动态分析问题。附图说明[0038]参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。[0039]图1为本发明一种时空分布域载荷动态加载方法实施例的流程图；[0040]图2为本发明实施例中获取输入模型的流程图；[0041]图3为本发明实施例中生成原始文件的流程图；[0042]图4为本发明实施例中检索时历载荷输入语句的流程图；[0043]图5为本发明实施例中编译替换文件的流程图；[0044]图6为本发明实施例中原始文件的示意图；[0045]图7为本发明实施例中记事本中载荷离散数据的排布示意图。具体实施方式[0046]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0047]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0048]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。[0049]本发明一种较佳的实施例中，根据图1所示，一种时空分布域载荷动态加载方法，运用于MSC.Patran软件中，包括以下步骤：[0050]步骤S1:通过创建压力与时间场函数，选取算例，向非空间场函数模块中输入载荷离散数据以获取输入模型；[0051]步骤S2:瞬态响应模块采用瞬态响应分析对输入模型进行运算，生成bdf格式的原始文件；[0052]步骤S3:从原始文件中检索出时历载荷输入语句；[0053]步骤S4:采用数据编制模块将载荷离散数据进行格式转换，获取bdf格式的替换文件；[0054]步骤S5:将替换文件替换时历载荷输入语句，以输出运算文件；[0055]步骤se:将运算文件输入至结构分析软件中进行运算，获取动态分析数据。[0056]具体地，本实施例中，根据运算需求运用瞬态响应分析生成向结构分析软件输入bdf文件，寻找bdf文件中有关时空分布载荷的固定语句和格式，利用编制程序对bdf文件进行修改和替换，实现bdf文件的快速输入。结构分析软件采用nastran软件，nastran软件是一种现有的有限元工具。数据编制模块采用编制程序构成。[0057]本发明一种较佳的实施例中，根据图2所示，步骤S1包括以下步骤：[0058]步骤S11:对于每个加载部位在非空间场函数模块中创建压力与时间场函数；[0059]步骤S12:向非空间场函数模块输入离散载荷数据；[0060]步骤S13:创建时历载荷工况，并设置为当前活动工况；[0061]步骤S14:创建单元压力与时间载荷分布，选取载荷种类，输入幅值，并选取对应的压力与时间场函数。[0062]本发明一种较佳的实施例中，根据图3所示，步骤S2包括以下步骤：[0063]步骤S21:对瞬态响应模块设置输出时间间隔和计算步数；[00M]步骤S22:瞬态响应模块输出原始文件。[0065]本发明一种较佳的实施例中，根据图4、图6所示，时历载荷输入语句包括载荷空间域和载荷时间域，步骤S3包括以下步骤：[0066]步骤S31:读取并打开原始文件；[0067]步骤S32:检索出原始文件中单元号行；[0068]步骤S33:查询单元号行中的载荷空间域1;[0069]步骤S34:查询载荷空间域1后对应的载荷时间域2。[0070]具体地，本实施例中，从原始文件中获取载荷空间域1的位置和载荷时间域2的位置，进一步根据载荷空间域1的信息将载荷时间域2的信息进行替换，以实现将替换文件替换时历载荷输入语句。[0071]单兀号行的固定语句为“dynamicLoadTable”。图6中$DynamicLoadTable:t一fie1dsJ7690”，其中7690为单元号，即载荷空间域1。载荷空间域1后还包括序号变量数据段，图6中“TABLED11”、“TABLED12”，依次代表第1个加载单元、第2个加载单元。载荷时间域2为对应加载在该加载单元上随时间变化的时历载荷离散值。如图6所示，0.1s对应-22820•4数值，0•2s对应-22541•2数值，依次类推，可根据需要上述的时间间隔和计算步数进行确定。[0072]从原始文件中获取载荷空间域1的位置和载荷时间域2的位置，进一步，后续步骤根据载荷空间域1中的单元号进行数据的替换。[0073]本发明一种较佳的实施例中，根据图5所示，步骤S4包括以下步骤：[0074]步骤S41:将载荷离散数据按照预设的文本格式写入记事本中；[0075]步骤S42:采用数据编制模块将记事本中的数据编译为bdf格式的替换文件。[0076]本发明一种较佳的实施例中，根据图7所示，载荷离散数据包括多个加载单元，每个加载单元包括一单元号4和多个随时间变化的时历载荷离散值5;[0077]步骤S41中，载荷离散数据分为多个数据行3写入记事本中；[0078]每个数据行3的首个数据为加载单元的单元号4,时历载荷离散值5按照时间顺序依次加载在单元号之后。[0079]具体地，本实施例中，采用上述记事本的文本结构，使得进行数据编译时更为便捷。[0080]本发明一种较佳的实施例中，根据图6所示，步骤S42中，替换文件中包括多个数据块，每个数据块对应一加载单元；[0081]数据块包括:单元号数据段、序号变量数据段、离散值数据段；[0082]单元号数据段用以存储单元号，序号变量数据段用以存储单元号对应的序号变量，离散值数据段用以存储单元号对应的时历载荷离散值。[0083]单兀号数据段包括“$DynamicLoadTablet_fields_”固定语句和单元号；序号变量数据段包括“TABLED1”固定语句和单元号对应的序号变量;离散值数据段包括多个按时间顺序排列的数组，每个数组包括时间间隔及对应的时历载荷离散值;在离散值数据段的最后设置有固定语句“ENDT”作为结束标识。[0084]具体地，本实施例中，上述数据块的结构与图6中原始文件的结构相同。单元号数据段对应上述的载荷空间域、离散值数据段对应上述的载荷时间域。在替换过程中将单元号相同的单元号数据段替换载荷空间域，将对应离散值数据段替换载荷时间域，进而完成数据的替换。[0085]以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种时空分布域载荷动态加载方法，其特征在于，运用于MSC.Patran软件中，包括以下步骤：步骤S1:通过创建压力与时间场函数，选取算例，向非空间场函数模块中输入载荷离散数据以获取输入模型；步骤S2:瞬态响应模块采用瞬态响应分析对所述输入模型进行运算，生成bdf格式的原始文件；步骤S3:从所述原始文件中检索出时历载荷输入语句；步骤S4:采用数据编制模块将所述载荷离散数据进行格式转换，获取所述bdf格式的替换文件；步骤S5:将所述替换文件替换所述时历载荷输入语句，以输出运算文件；步骤S6:将所述运算文件输入至结构分析软件中进行运算，获取动态分析数据。2.根据权利要求1所述的时空分布域载荷动态加载方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：步骤S11:对于每个加载部位在非空间场函数模块中创建所述压力与时间场函数；步骤S12:向所述非空间场函数模块输入所述离散载荷数据；步骤S13:创建时历载荷工况，并设置为当前活动工况；步骤S14:创建单元压力与时间载荷分布，选取载荷种类，输入幅值，并选取对应的所述压力与时间场函数。3.根据权利要求1所述的时空分布域载荷动态加载方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：步骤S21:对所述瞬态响应模块设置输出时间间隔和计算步数；步骤S22:所述瞬态响应模块输出所述原始文件。4.根据权利要求1所述的时空分布域载荷动态加载方法，其特征在于，所述时历载荷输入语句包括载荷空间域和载荷时间域，所述步骤S3包括以下步骤：步骤S31:读取并打开所述原始文件；步骤S32:检索出所述原始文件中单元号行；步骤S33:查询所述单元号行中的所述载荷空间域；步骤S34:查询所述载荷空间域后对应的所述载荷时间域。5.根据权利要求1所述的时空分布域载荷动态加载方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：步骤S41:将所述载荷离散数据按照预设的文本格式写入记事本中；步骤S42:采用数据编制模块将所述记事本中的数据编译为所述bdf格式的替换文件。6.根据权利要求5所述的时空分布域载荷动态加载方法，其特征在于，所述载荷离散数据包括多个加载单元，每个所述加载单元包括一单元号和多个随时间变化的时历载荷离散值；所述步骤S41中，所述载荷离散数据分为多个数据行写入所述记事本中；每个所述数据行的首个数据为所述加载单元的单元号，所述时历载荷离散值按照时间顺序依次加载在所述单元号之后。7.根据权利要求6所述的时空分布域载荷动态加载方法，其特征在于，所述步骤S42中，所述替换文件中包括多个数据块，每个所述数据块对应一所述加载单元；所述数据块包括:单元号数据段、序号变量数据段、离散值数据段；_所述单元号数据段用以存储所述单元号，所述序号变量数据段用以存储所述单兀号对应的序号变量，所述离散值数据段用以存储所述单元号对应的时历载荷离散值。

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