Sestra 实用教程（三）输入与输出

一、前言

SESAM （Super Element Structure Analysis Module）是由挪威船级社（DNV-GL）开发的一款有限元分析（FEA）系统，主要用于海洋工程结构的水动力分析和结构分析。它是以有限元位移法为基本原理进行开发的，由四大组程序组成：前处理器、水动力分析程序、结构分析程序和后处理器。各程序间通过 SESAM 接口文件/格式（Sesam Interface Files）实现数据的交换与传递。

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SESAM 2022 Overview

SESAM 是海工结构分析领域的标准软件，由 Presel、Wadam、Wasim、Sestra、Simo、Riflex、Xtract、Stofat 等数十个程序构成。这些程序实现了 SESAM 的四大类功能，即：前处理、水动力分析、结构分析和后处理。由于 Wadam 等程序无法直接访问，为了方便建模与分析，SESAM 提供了 GeniE、HydroD、Sima（DeepC）等集成工具，用于驱动程序的运行。GeniE、HydroD 和 Sima/DeepC 分别是 SESAM 系统的建模及前处理模块、水动/静力计算模块和深水耦合分析模块。

SESAM 集成模块/工具

序号	工具名称	功能
01	GeniE	Concept modelling of beam, plate and shell structures, Analysis workflows and Code checking
02	HydroD	Hydrodynamic and Hydrostatic analysis
03	Sima	Marine operations and mooring analyses

Sestra（Linear structural analysis）是 SESAM 的静力和动力结构分析程序，它以有限单元法的位移公式为基本原理。除了线性结构分析，Sestra 还可以执行间隙/接触、拉压、线性屈曲、应力刚化和惯性释放等类型的分析。作为 SESAM 系统的结构分析求解器，Sestra 使用 GeniE 等创建的模型作为输入数据，并生成供各种后处理工具使用的结果数据。在 GeniE 中提交的结构分析是由 Sestra 进行求解计算的。

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二、分析流程

在 Sestra 中，一个完整的计算包括以下步骤：（1）读入输入数据；（2）生成控制数组与单元矩阵；（3）合并与缩聚刚度矩阵与荷载向量；（4）确定解决方案；（5）计算位移、反力、应力等；（6）输出结果接口文件。执行 Sestra 分析所需的输入数据主要有：Analysis Control Data (commands)、由前处理器创建的 Input Interface Files (T-files)、由环境分析程序生成的 Loads Interface Files (L-files) 等。分析完成后，位移、反力、低层级超单元的单元力与应力等计算结果将存储在 Results Interface File (R-file) 。通过读取/操作 R 文件，SESAM 后处理器进行结果的后处理。

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Sestra Input and Output

三、输入文件

Sestra 10.1 输入文件

序号	名称	类别	格式	备注
01	<prefix>T<n>.FEM	Input Interface File (model and load specification)	Text format	<prefix> is specified on the INAM command
02	<prefix>L<n>.FEM	Loads Interface File (loads specification)	Text or binary format	<prefix> is specified on the LNAM command
03	sestra.inp	Analysis control data	Text format	----
04	<prefix>S<n>.FEM	Analysis control data (additional)	Text format	<prefix> is specified on the INAM command

<n> denotes the superelement number and is specified on the ITOP command

3.1 模型与荷载

输入数据主要记录在输入接口文件（T-files — T*.FEM）和荷载接口文件（L-files — L*.FEM）内，输入接口文件（T文件）可由前处理程序创建（如 GeniE），荷载接口文件（L文件）可由水动力分析程序创建（如 HydroD）。在输入接口文件中，给出/包含/定义了节点坐标、单元定义、边界条件、材料数据、横截面、矩阵单元的矩阵数据等模型数据。在荷载接口文件中，定义了模型所承受的荷载数据。实际上，荷载接口文件是输入接口文件的子集，荷载数据也可以直接记录在输入接口文件内。

3.2 分析控制数据

在分析控制数据（Analysis Control Data）中，定义了分析类型、保存/重启动、结果计算等与分析相关的参数。这些数据存储在 Sestra .inp 文件中，并以 Sestra 命令的形式给出。每条命令包含 1 行或多行数据，且每行数据不超过 80 个字符。命令由命令类型和命令参数组成，每条命令的前四个字符标识了这条命令的类型，其余位置定义了命令参数。当命令多余 1 行时，从第二行起前 5 个字符均为空格。

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Sestra input commands

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Organization of the Analysis Control Data file

四、输出文件

Sestra 10.1 输出文件

序号	名称	类别	格式
01	<prefix>R<n>.SIF/SIN	Results Interface File (primary and derived results)	Text (SIF) or binary (SIN) format
02	<prefix>R<n>.SIF/SIN	Mass sum (effective mass matrix and mass centre)	CSV format
03	<prefix>_reactions_lohi<l>.csv	Reaction forces (base shear and overturning moment)	CSV format
04	<prefix>_reactions_RAO.csv	Response-amplitude operators (for steady-state response)	CSV format
05	Sestra.Lis	Listing file (operational log)	Text format

<prefix> is specified on the RNAM command <n> is specified on the ITOP command <l> is the load history number specified on the LOHI command

结果接口文件（R-file — R*.SIF/R*.SIU/R*.SIN）用于将结果传递给 Xtract、Framework 等程序，以实现分析结果的呈现和进一步的计算。与此同时，R 文件（结果接口文件）也是长期存储结果最方便的介质。在默认情况下，Sestra 将模型数据、位移/速度/加速度、应力、反力等数据存储到 R 文件中。此外，刚度、质量、阻尼矩阵和荷载向量可以存储到 Matrix Interface File（M-file）。

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Print File from Sestra

在执行 Sestra 分析时，文件 Sestra.LIS 将出现在工作目录中。这是一个运作日志文件，其内记录了有关分析的必要信息。Sestra.LIS 文件中记录了 Sestra 分析所引用的输入命令文件（sestra.inp and <prefix>S<n>.FEM）、输入接口文件（<prefix>T<n>.FEM）和荷载接口文件（<prefix>L<n>.FEM）。来自 Sestra 的任何错误与警告信息也将出现在这个文件内。