概述 帖子介绍了开源fem程序calculix的基本情况，以部分程序为例讲解calculix的组织方式。给出了calculix在windows平台的安装过程，最后以calculix程序中的经典算例：喷气式发动机模型为例，展示该程序的显示效果。该程序的所有源代码均可从网络获取，如果因为网络的原因获取不了，请联系我。calculix介绍 calculix是一个开源的有限元分析（FEA）软件，主要用于结构力学、热分析和流体力学等领域的数值仿真。它支持线性和非线性分析，广泛应用于工程和科学研究中。以下是calculix的一些关键特点：有限元求解器：calculix提供了强大的有限元求解功能，能够分析结构、热和流体等多种问题。多种求解功能：支持静力学、动力学、热分析以及大变形、非线性材料等复杂问题。开源许可：calculix在GNUGPL许可下发布，用户可以自由地修改和分发软件。前后处理工具：calculix提供了与前处理器（如PrePoMax）和后处理器（如Paraview）兼容的功能，方便用户进行模型的创建和结果的可视化。并行计算：支持并行计算，可以在多个处理器上运行，提升求解效率。输入文件格式：用户通过文本文件定义模型、边界条件和材料属性，格式与其他有限元软件（如ABAQUS）相似，这意味着从abaqus导出的inp文件可以直接在calculix计算，这是calculix设计者的聪明之处，允许该程序与abaqus互动。 calculix的应用领域非常广泛，包括汽车、航空航天、建筑、机械制造等行业，尤其适用于需要处理复杂力学行为和大规模计算问题的工程应用。 拿到程序之后，根目录如下图所示： 下面逐个介绍每个文件夹的作用。 首先是与程序执行相关的文件：bin、cxx_windows、config、src，这几个文件负责gui界面程序的调用和链接，我们不用对他们有过多的了解。 doc是一些文档，里面是一些html文件，可以直接用浏览器打开，如下图所示 examples里面是例子，后续可以在软件的界面中打开，值得注意的是，这些例子与abaqus使用相同的计算文件：inp文件。 img文件是一些软件的图标，我们不用过多关注。你把里面的图片换成狗头都没有问题，只要别改变里面图片的名称。 当第一次安装的时候，点击bat文件，程序会开始安装，安装完成之后再点击该文件，程序会启动，出现gui界面。calculix源代码 首先向大家说明，该程序是开源的，任何人都能在网上获取和使用，但请遵守开源协议，如果大家因为网络原因（你懂得）无法获取，可以私信我，我提供源代码和可执行程序。 calculix主要采用fortran编写，大约有1189个fortran子程序，很显然，如果想全部读懂，几乎是不可能的，也没必要，我们只需要从里面吸取我们想要的养分即可。这些程序如下图所示 这只是其中一小部分fortran代码，可以发现，该程序并没有按照功能进行分组，不像opensees那样，这会给我们阅读程序带来困难，我们只能通过子程序的名称来大致判断功能，然后再进入到子程序内部查看注释，如beamgeneralsections.f子程序，通过名称可以发现这是可beam单元截面属性相关的子程序，然后我们再打开子程序，如下图所示 上面图片中箭头1指的地方是一些声明，有关于程序本身的开源协议等等。箭头2则是这个子程序的注释，说明了这个子程序的作用，我查看了其他的子程序，每一个子程序的这个位置都有一个注释说明子程序的作用，这应该是一个惯例，方便我们理解程序。这里面的注释说明了这个子程序是用来读取inp文件的界面属性的，我们往后看，继续验证我们的想法，下面我截取一部分程序doi=2,nif(textpart(i)(1:9).eq.'MATERIAL=')thenmaterial=textpart(i)(10:89)elseif(textpart(i)(1:12).eq.'ORIENTATION=')thenorientation=textpart(i)(13:92)elseif(textpart(i)(1:6).eq.'ELSET=')thenelset=textpart(i)(7:86)elset(21:21)=''ipos=index(elset,'')elset(ipos:ipos)='E'elseif(textpart(i)(1:8).eq.'SECTION=')thenif(textpart(i)(9:12).eq.'PIPE')thensection='PIPE'ndprop=2elseif(textpart(i)(9:11).eq.'BOX')thensection='BOX'ndprop=6elseif(textpart(i)(9:15).eq.'GENERAL')thensection='GENE'ndprop=5elsewrite(*,*)&'*ERRORreading*BEAMSECTION:unknownsection'ier=1returnendifelseif(textpart(i)(1:8).eq.'OFFSET1=')thenread(textpart(i)(9:28),'(f20.0)',iostat=istat)offset1if(istat.gt.0)thencallinputerror(inpc,ipoinpc,iline,&"*BEAMSECTION%",ier)returnendifelseif(textpart(i)(1:8).eq.'OFFSET2=')thenread(textpart(i)(9:28),'(f20.0)',iostat=istat)offset2if(istat.gt.0)thencallinputerror(inpc,ipoinpc,iline,&"*BEAMSECTION%",ier)returnendifelsewrite(*,*)'*WARNINGreading*BEAMSECTION:'write(*,*)'parameternotrecognized:'write(*,*)'',&textpart(i)(1:index(textpart(i),'')-1)callinputwarning(inpc,ipoinpc,iline,&"*BEAMSECTION%")endifenddo 熟悉abaqus的计算inp文件的家人们都能看出来，上面的程序涉及到“SECTION、MATERIAL”等等，这就是inp文件中声明和赋予单元材料属性的关键字。事实上，经过我后续学习，这确实是一个提取inp文件中材料属性的子程序。 上面展示了一个提取inp文件材料属性的子程序，下面我在给出一些关于积分点的子程序供大家学习。!!containsGausspointinformation!!gauss1d1:lin,1-pointintegration(1integrationpoint)!gauss1d2:lin,2-pointintegration(2integrationpoints)!gauss1d3:lin,3-pointintegration(3integrationpoints)!gauss2d1:quad,1-pointintegration(1integrationpoint)!gauss2d2:quad,2-pointintegration(4integrationpoints)!gauss2d3:quad,3-pointintegration(9integrationpoints)!gauss2d4:tri,1integrationpoint!gauss2d5:tri,3integrationpoints!gauss2d6:tri,7integrationpoints!gauss3d1:hex,1-pointintegration(1integrationpoint)!gauss3d2:hex,2-pointintegration(8integrationpoints)!gauss3d3:hex,3-pointintegration(27integrationpoints)!gauss3d4:tet,1integrationpoint!gauss3d5:tet,4integrationpoints!gauss3d6:tet,15integrationpoints!gauss3d7:wedge,2integrationpoints!gauss3d8:wedge,9integrationpoints!gauss3d9:wedge,18integrationpoints!gauss3d10:wedge,6integrationpoints!gauss3d11:wedge,1integrationpoints!gauss3d12:hex,14integrationpoints(forc3d27)!gauss3d13:hex,2x5x5=50integrationpoints(forbeams)!gauss3d14:wedge,1integrationpoint!!weight2d1,...containstheweights!!real*8gauss1d1(1,1),gauss1d2(1,2),gauss1d3(1,3),&gauss2d1(2,1),gauss2d2(2,4),gauss2d3(2,9),gauss2d4(2,1),&gauss2d5(2,3),gauss3d1(3,1),gauss3d2(3,8),gauss3d3(3,27),&gauss3d4(3,1),gauss3d5(3,4),gauss3d6(3,15),gauss3d7(3,2),&gauss3d8(3,9),gauss3d9(3,18),gauss3d10(3,6),gauss3d11(3,1),&gauss2d6(2,7),gauss3d12(3,14),gauss3d13(3,50),gauss3d14(3,1),&weight1d2(2),weight1d3(3),weight2d1(1),weight2d2(4),&weight2d3(9),weight2d4(1),weight2d5(3),weight3d1(1),&weight3d2(8),weight3d3(27),weight3d4(1),weight3d5(4),&weight3d6(15),weight3d7(2),weight3d8(9),weight3d9(18),&weight3d10(6),weight3d11(1),weight2d6(7),weight3d12(14),&weight3d13(50),weight3d14(1),weight1d1(1)!gauss1d1=reshape((/0.d0/),(/1,1/))!gauss1d2=reshape((/&-0.577350269189626d0,0.577350269189626d0/),(/1,2/))!gauss1d3=reshape((/&-0.774596669241483d0,0.d0,0.774596669241483d0/),(/1,3/))!gauss2d1=reshape((/0.d0,0.d0/),(/2,1/))!!theorderoftheGausspointsingauss2d2isimportant!andshouldnotbechanged(usedtoacceleratethecode!forCAX8Raxisymmetricelementsine_c3d_th.f)!gauss2d2=reshape((/&-0.577350269189626d0,-0.577350269189626d0,&0.577350269189626d0,-0.577350269189626d0,&-0.577350269189626d0,0.577350269189626d0,&0.577350269189626d0,0.577350269189626d0/),(/2,4/))!gauss2d3=reshape((/&-0.774596669241483d0,-0.774596669241483d0,&-0.d0,-0.774596669241483d0,&0.774596669241483d0,-0.774596669241483d0,&-0.774596669241483d0,0.d0,&-0.d0,0.d0,&0.774596669241483d0,0.d0,&-0.774596669241483d0,0.774596669241483d0,&-0.d0,0.774596669241483d0,&0.774596669241483d0,0.774596669241483d0/),(/2,9/))!gauss2d4=reshape((/0.333333333333333d0,0.333333333333333d0/),&(/2,1/))!gauss2d5=reshape((/&0.166666666666667d0,0.166666666666667d0,&0.666666666666667d0,0.166666666666667d0,&0.166666666666667d0,0.666666666666667d0/),(/2,3/))!gauss2d6=reshape((/&0.333333333333333d0,0.333333333333333d0,&0.797426985353087d0,0.101286507323456d0,&0.101286507323456d0,0.797426985353087d0,&0.101286507323456d0,0.101286507323456d0,&0.470142064105115d0,0.059715871789770d0,&0.059715871789770d0,0.470142064105115d0,&0.470142064105115d0,0.470142064105115d0/),(/2,7/))!...... 上面的子程序是有关于数值积分程序的一部分，全部的程序有四百多行，我就不全放出来了，大家可以在calculix源代码中找到。calculix下载与安装 首先进入链接：https://github.com/calculix/cae，然后在下图中点击downloads。 进入如下界面 这四个文件中，从上到下，第一个是linux系统的可执行文件，第二个是windows系统中的可执行文件，后面两个是源代码，里面的内容是一样的，只不过压缩方式不同，这里以windows系统为例讲解安装过程，下载第二个即可，如果你需要学习源代码，后两个文件随便选择一个解压即可。 解压之后，文件夹中会有“cae.bat”文件，点击这个文件，程序会进入安装状态，会安装一些工作依赖库，如：pyQt、paraview等等，我们不用干涉，程序安装结束后，calculix会自动打开，并显示默认的文件，如下图所示 上面有是三个窗口，最左边1号窗口是命令行，里面会随着你的操作刷新一些命令，这个窗口不用管，中间的2号窗口是程序的主界面，我们主要的操作就是在这个界面中，右边的3号窗口是显示窗口，里面实时显示我们的操作结果。喷气发动机导入 每次打开软件，calculix都会导入默认的模型，那如何导入我们自己的模型呢？ 如下图所示 在菜单栏依次点击1（file）和2（importmodel），软件会弹出如下界面 上面的1中显示的是默认工作路径中的模型文件，2中是我们选择的文件类型，我们要导入的喷气发动机是一系列零件组装的，因此这里选择组装体，如下图所示 导入需要花一些时间，导入的过程中，命令行会持续刷新一些命令，这里随便截取最后刷新的命令如下图 可以看到，在导入模型的最后时刻，calculix尝试修复一些病态单元，最后更新了一些东西，当显示“done”字样的时候就说明，模型导入成功。 下面放几张喷气发动机模型的图片供大家欣赏 上面就是喷气发动机的显示效果，还是比较震撼的！总结 开源fem程序calculix采用fortran程序编写，该程序采用与大型商业软件abaqus相同的计算文件，即inp文件，这极大的方便了两者之间的交互，使得该软件可以无缝调用abaqus导出的计算文件。开发者提供了可执行程序和全部的源代码，任何使用者都可以从网络上获取，里面所有的源代码都可以查看，非常方便学习。喜欢就点个关注呗来源：有限元先生
