使用WELSIM生成CalculiX求解器文件

CalculiX是一款优秀的通用开源有限元软件，基于GPL开源协议，可以在Windows和Linux操作系统上运行。求解器支持丰富的单元类型，多种求解类型，优秀的求解性能，支持并行处理等，可计算静态、瞬态、流体和热等模型。CalculiX已经广泛用于学术与工业界。目前最新的版本是2.21，项目方开源了全部代码，同时提供了编译后的可执行程序和大量实例。

CalculiX求解器输入文件与Abaqus格式相似，格式简洁明了，易于学习。文件后缀名可以任意，但常用*.inp。可以是单个文件，也可以分为多个文件。笔者倾向于使用两个文件的输入方式，一个网格文件，定义网格相关所有信息。另一个控制命令文件，含有材料，载荷步，参数等信息。

为了更好的支持开源求解器与仿真社区，WELSIM近期支持了CalculiX的前处理，用户可以快速的生成CalculiX计算所需的输入文件。用户在定义完模型后，在菜单栏的工具（Tools）选项中，选择输出CalculiX文件，即可在指定目录得到求解器文件。

导出成功后，会生成两个求解器，calculix_welsim.inp是求解器输入文件，其中通过*INCLUDE命令，调用名为mesh_abaqus.inp的网格文件。

同时，WELSIM可以直接调用CalculiX进行计算。当下载CalculiX求解器文件后，可以通过首选项 – 求解器 - CalculiX可执行文件，来配置求解器ccx.exe或ccx_MT.exe的路径。定义好模型后，可以直接求解，并得到结果文件。

由于CalculiX不是默认的求解器，当进行联合求解时，需要将分析设置节点（Study Settings）的求解器属性设定为CalculiX。CalculiX的载荷步设置更为灵活，因此WELSIM在每个载荷步内提供更多的分析设置。

已经支持的命令

最新版的CalculiX共有141个命令，目前WELSIM已经支持了60个命令，占全部命令的42%，且全部为核心命令，已经满足常用的分析。支持的命令如下。

控制命令：

• AMPLITUDE:
• BEAM SECTION
• CFD
• COMPLEX FREQUENCY
• DYNAMIC
• ELECTROMAGNETICS
• EL FILE
• EL PRINT
• END STEP
• FREQUENCY
• FRICTION
• HEADING
• HEAT TRANSFER
• INCLUDE
• NODE FILE
• NODE PRINT
• FLUID CONSTANTS
• PHYSICAL CONSTANTS
• REFINE MESH
• RIGID BODY
• STATIC
• STEADY STATE DYNAMICS
• STEP

接触、初始与边界等条件：

• BOUNDARY
• CFLUX
• CLOAD
• CONSTRAINT
• CONTACT PAIR
• DFLUX
• DLOAD
• DSLOAD
• FILM
• INITIAL CONDITIONS
• MASS FLOW
• RADIATE

网格命令：

• ELEMENT
• ELSET
• EQUATION
• FLUID SECTION
• MASS
• NODE
• NSET
• SHELL SECTION
• SOLID SECTION
• SURFACE

材料命令：

• CONDUCTIVITY
• CREEP
• CYCLIC HARDENING
• DAMPING
• DEFORMATION PLASTICITY
• DENSITY
• ELASTIC
• ELECTRICAL CONDUCTIVITY
• EXPANSION
• HYPERELASTIC
• MAGNETIC PERMEABILITY
• MATERIAL
• PLASTIC
• RATE DEPENDENT
• SPECIFIC GAS CONSTANT
• SPECIFIC HEAT

MatEditor输出CalculiX材料命令

除WELSIM外，独立的材料编辑软件MatEditor也支持CalculiX材料数据的导出。由于Abaqus与CalculiX材料命令一致，导出的材料数据文本既可以用于CalculiX，也可以用于Abaqus。

总结

本文介绍了使用WELSIM生成CalculiX计算文件，和联合求解的设置。得益于优异的GUI，用户可以快速生成高质量的CalculiX文件。

目前WELSIM只支持Tet4, Tet10, Tri3, Tri6单元，输出的CalculiX单元仅支持C3D4, C3D10, F3D4, DC3D4, DC3D10, S3, S6，B21, B32, T2D2, T3D3。

CalculiX使用GPL开源协议，WELSIM的安装包中不含CalculiX求解器。用户需要自行下载求解器。通过简单配置，即可使用WELSIM与CalculiX联合求解工程问题。

CalculiX输入文件的功能已经在2024R2中开发版中，会在正式版和以后的版本中不断维护与增强。其他开源求解器的支持，可以参考《使用WELSIM生成SU2求解器文件》，《使用WELSIM调用OpenRadioss进行显示动力学分析》，《使用WelSim生成FrontISTR网格与输入文件》，《使用WELSIM生成MFEM初始网格文件》，《使用WELSIM生成电磁计算软件Palace的求解器文件》。

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