首页/文章/ 详情

WELSIM 调用开源有限元求解器 CalculiX 完整实操教程

1小时前浏览0

CalculiX是一款经典开源通用有限元求解器,基于GPL协议,支持线性/非线性静力、动力学、热、接触等分析,原生兼容Abaqus INP输入文件格式,在高校科研、中小企业仿真中使用广泛。

WELSIM作为一款通用CAE前后处理软件,内置对CalculiX的前处理支持:既可以一键导出CalculiX的INP输入脚本离线计算,也可以在WELSIM图形界面内直接调用ccx求解器完成计算,打通「CAD导入→网格→材料→边界→求解」的流程。

本文介绍Windows操作系统下,两个软件联合求解有限元模型的步骤。

软件准备

下载并安装最新版本的WELSIM,文本使用2026R3开发版作为示例。

CalculiX求解器可以从官网www.calculix.de或者GitHub下载预编译包,解压缩后在bin文件夹下会看到ccx.exe(串行)、ccx_MT.exe(多线程并行版本)的求解器可执行文件。用户无需对CalculiX解压缩后的文件做任何修改。需要注意的是,不要将CalculiX文件夹放置在系统盘如C盘,同时文件夹的绝对路径不宜过长。

配置路径

首次联合WELSIM调用CalculiX求解器时,需要简单配置一下CalculiX的路径。步骤如下:

1. 打开WELSIM软件,点击菜单或者工具栏的Preferences(首选项)。

2. 在左侧列表找到 `Solvers`(求解器)选项卡。

3. 在右侧找到CalculiX file一栏,点击Browse,选中解压好的ccx_MT.exe,或者ccx.exe。Windows下示例路径可以是:D:\WelSimLLC\executable34\CalculiX-2.23.0-win-x64\bin\ccx_MT.exe。

4. 点击OK,保存配置。

5. 具体有限元分析时,在项目结构树窗口中,将Study Settings节点的求解器(Solver)属性设为CalculiX即可。

设置完成,可以直接调用CalculiX求解器。

总结

本文描述了如何在Windows操作系统下配置WELSIM与CalculiX联合求解有限元模型,Linux环境下的设置与操作基本一致。WELSIM安装包不自带CalculiX求解器,需要用户自行下载CalculiX二进制程序并配置路径,这是本文核心内容。

WELSIM还未支持CalculiX结果文件的后处理功能,将会在以后的版本中,支持读取并显示CalculiX的结果文件。


WelSim与作者不隶属于CalculiX, Abaqus。和CalculiX, Abaqus开发团队与机构没有直接关系。这里引用开源软件的名称仅用作技术博客文章与软件使用的参考。

来源:WELSIM
Abaqus非线性通用WELSIM材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2026-09-30
最近编辑:1小时前
WELSIM
一枚搞仿真的老员工
获赞 27粉丝 88文章 274课程 0
点赞
收藏
作者推荐

工程仿真软件中的网格5:STL模型的网格划分

STL是一种外表面模型的数据格式。其原理是把三维物体表面拆成大量三角形面片,每个三角面片存储3个顶点坐标和面法向量(指向模型外侧)。模型曲面不使用解析方程,仅用大量小三角形近似拟合曲面。和参数化的实体 CAD数据格式不同,STL只存表面,不存内部实体;没有单位、颜色、材质、纹理、CAD 特征历史、装配树等信息。STL文件中的数据必须是闭合流形网格,否则无法用于后续的3D打印或有限元计算。同时,STL数据中的顶点重复存储,没有 “边”、没有 “面归属”,没有棱角特征与内部 / 外部的概念,这对后续有限元分析的边界条件设置带来一些限制,需要通过参数化构建曲线表面或棱角边。STL有着大量的使用场景,如3D 打印 / 增材制造,STL是3D打印事实上的标准交换格式。三维扫描仪(激光 / 结构光)输出点云到重建三角网格,可用于零件复刻、文物数字化、外形检测。此外,在几何检查、模型修复、可视化预览也有广泛应用。网格划分算法STL 表面网格数据无法直接用于有限元计算,需要重新划分高质量的体网格。常见经典方法有两种:直接法和面片类聚法。这两种方法的主要区别就是是否对STL数据进行面片类聚,直接法工作流更简单,不做锐边识别,不修复几何缺陷,但对 STL数据水密性要求更严苛;类聚法可以支持更灵活的人机图形交互操作,同时拆分多个几何面后支持更复杂模型。直接法直接法即是直接在STL表面网格基础上构建单一封闭壳体。步骤如下:1. 读取STL数据,构建外壳拓扑结构顶点合并(去重复顶点):STL 文件中每个三角独立存储顶点,因此含有大量重复坐标点;按浮点容差合并重合顶点,建立全局顶点列表。构建边-三角邻接关系。遍历所有三角,提取每条边,记录每条边被几个三角面片共享。拓扑检查。识别边界边(只属于 1 个三角);内部边(属于两个三角形);检出非流形边(≥3 个三角共用一条边);检查壳体是否闭合:如果存在孤立边界边,判定壳体不封闭。面片法向一致性校验。遍历面片,尝试统一外法向;如果STL文件的法向混乱,可能会导致后续网格划分错误。构建外壳拓扑结构。组装完整的边界三角面片数据结构,供后续的网格算法(如前沿推进法)读取边界。2. 分别进行一维边网格、二维面网格、和三维体网格划分。其中三维网格划分,可以使用经典前沿推进法(Advancing Front),或者并行的四面体Delaunay法。3. 网格优化。通过检查单元质量,来对整体网格进行优化。单元质量优化,移除扁平 “薄单元”,提升有限元计算收敛性。面片类聚法很多实际工作中,我们希望能够生成像CAD模型那样的拓扑结构,以便后续能更加容易设置有限元边界等条件。此时可以使用面片类聚法,将所有面片组合成多个几何面,即生成离散的B-Rep数据,这样一个过程,也能够更好的处理复杂或者有缺陷的STL数据。面片类聚法步骤如下:1. 读取STL数据,直接构建外壳拓扑结构按照法向夹角聚类三角面片。相邻三角法向夹角,即二面角(dihedral angle),小于阈值,归为同一个光滑曲面;超过阈值则判定为特征锐边,用于捕捉棱角。确定、存储边-三角面的对应关系。基于表面三角网格的邻接关系、二面角、曲率、非流形标记,对大量离散 STL 三角面片做聚类分组;把属于同一个光滑几何面的三角片归为一类,并标记分割边界(锐边、非流形边),输出一组面片连通区域。2. 建立离散实体图形。基于分类后的面片,重建几何实体(面、线、点),把离散三角网格变成近似B-Rep的几何模型。方法是为每一个聚类创建一个B-rep 几何实体,如果要创建高阶单元,还可以通过拟合的方法,离散曲面成为UV参数化的曲面;把纯面网格升级成CAD模块可以识别、操作的几何面或线。3. 将所有外表面组合成闭合表面环,定义一个封闭的壳。通常以第一个面环作为外封闭壳;后续所有传入的面环都是内部空腔(孔洞),从外域中挖去这些空腔。并在这个壳的基础上建立三维实体域。供后续生成 3D 体网格。4. 分别进行一维边网格、二维面网格、和三维体网格划分。(同直接法)5. 网格优化。(同直接法)总结本文介绍了两种划分STL模型有限元网格的经典方法。由于STL数据相比B-Rep等CAD模型少了拓扑信息,给网格划分带来了不少挑战。实际工程中,还会遇到含有缺陷的STL文件,如不够密闭,孔洞、非流形边、自相交、面片法向,更加大了网格划分的难度。对网格划分器的鲁棒性提出较高要求。文本所介绍算法还可以用于修复STL文件,以减少后续网格划分出现的各种问题。此外,算法也可以用于OBJ,3MF,OFF, PLY等其他表面模型的有限元网格划分。来源:WELSIM

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈