转换后有限元模型计算结果差异的原因解析

FEMTransfer软件可以实现Patran/Nastran/Femap、Abaqus、Ansys/Workbench、Sesam、盈建科/PKPM、Sacs、LsDyna等仿真分析软件的有限元模型相互转换。作为国产工业软件的优秀代表，FEMTransfer软件已深度应用于核能、航空航天、兵器等领域的重大军工项目，在国防关键技术自主可控方面发挥了重要作用。本文将基于FEMTransfer软件丰富的模型转换经验，选取一个具有代表性的转换案例进行深入分析，旨在揭示不同有限元软件间模型转换后计算结果产生显著差异的内在机理。

本次选取的典型案例为船舶结构分析中常见的三舱段模型，该模型从Nastran平台成功转换至Ansys环境后，在自重工况下的力学响应表现出值得关注的数值差异：转换前的Nastran模型应力最大值为54.4Mpa、变形值为11.7mm，转换后的Ansys模型应力最大值为76.1Mpa、变形值为11.6mm。通过对比分析发现，虽然两个模型在变形位移方面的一致性较好（相对差异仅为0.85%），但在关键应力指标上却存在显著差异，转换后Ansys模型的最大应力值较原Nastran模型升高了38.05%，这一现象对工程分析的准确性提出了重要挑战。

Nastran计算得到的应力云图	Nastran计算得到的变形云图
Ansys计算得到的应力云图	Ansys计算得到的变形云图

经过深入分析与系统研究，最终确定了导致计算结果出现显著偏差的根本原因。Nastran分析软件中的PBAR单元主要用于定义梁单元的物理特性和几何属性，该单元通过定义横截面积、惯性矩、扭转常数等关键参数来模拟梁结构在拉伸、压缩、扭转以及弯曲等多种载荷工况下的力学响应特性。然而，值得注意的是，这些参数中缺失了Ansys软件在定义类似功能单元时所必需的Iw（翘曲惯性矩）和Iyz（惯性积）等关键参数。特别是Iw参数的缺失，会显著影响非对称梁单元在发生翘曲变形时的结构刚度表现，导致其抗扭刚度被明显低估，最终造成结构应力计算值出现显著偏大的现象。

Nastran模型文件	Ansys模型输入界面

FEMTransfer软件运行时执行“读取原始模型→模型检查修复→输出转换后模型”流程逻辑，在模型检查修复流程中会将有原始输入模型中出现错误的单元及其属性信息输出到运行log日志文件中，供用户查看以快速定位原始模型的错误、手动修复原始模型。为了预防发生此类问题，FEMTransfer软件在模型转换过程中会主动在运行信息文件中输出关于PBAR梁单元编号的警告提示信息，这种预警机制有助于用户在模型转换后及时发现并处理潜在问题。