CCX

参考资料

CalculiX网站为 https://www.calculix.de/ 和 https://www.dhondt.de/ ， https://www.dhondt.de/ 上面可以找到使用说明 https://www.dhondt.de/ccx_2.22.pdf 和一些算例， 还有一个算例集在 https://github.com/calculix/CalculiX-Examples ，需要注意的是CalculiX-Examples算例集中每个例子的README.md中有详细的操作介绍。CalculiX配备了一个前后处理软件CalculiX GraphiX。

编译安装

按照如下操作在FENGSim中编译CalculiX和CalculiX GraphiX。

  • 首先克隆FENGSim。

    git clone https://github.com/OpenDigitalTwin-Dev/FENGSim.git

  • 再将MultiX克隆到 FENGSim/toolkit 路径下。

    cd FENGSim/toolkit
git clone https://github.com/OpenDigitalTwin-Dev/MultiX.git

  • 在 FENGSim/toolkit/MultiX/extern/Calculix 中有一个install.sh脚本，直接运行该脚本可以在Ubuntu24.04下编译CalculiX和CalculiX GraphiX，无需其他操作。

    cd FENGSim/toolkit/MultiX/extern/Calculix
./install.sh

算例测试

在 FENGSim/starter/ccx/Mesh1 目录中保存了一个模态算例，按照其中README.md的介绍，运行以下命令。

cd FENGSim/starter/ccx/Mesh1
mkdir Refs
./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/bin/cgx -b pre.fbl
./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/bin/ccx_2.21 modal
./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/bin/cgx -b shapes.fbl

pre.fbl是cgx前处理建模脚本，通过cgx可以生成inp格式的网格文件all.msh。这里需要注意的是该算例会生成.gif动画文件，然后保存在 FENGSim/starter/ccx/Mesh1/Refs 目录中。 算例的运行可以直接执行上面的命令，也可以运行test.py脚本，但是由于可执行程序目录不一定是test.py脚本中的默认目录，脚本运行会有问题，另外test.py脚本自动创建了Refs目录， 如果运行命令，需要手动创建Refs目录。

_images/shape_1.gif _images/shape_2.gif _images/shape_3.gif
_images/shape_4.gif _images/shape_5.gif _images/shape_6.gif
_images/shape_7.gif _images/shape_8.gif _images/shape_9.gif
_images/shape_10.gif _images/shape_11.gif _images/shape_12.gif

前后处理

CalculiX前处理文件就是Abaqus的inp格式，后处理有一个python的模块，名字叫做ccx2paraview，可以将CalculiX自己的frd格式转成vtk或者vtu，在 FENGSim/toolkit/MultiX/extern/Calculix/ccx2paraview 目录下的README.md中有ccx2paraview的使用介绍，可以按照如下命令操作。

cd FENGSim/starter/ccx/Mesh1
python3 ./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/ccx2paraview/ccx2paraview.py modal.frd vtu
python3 ./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/ccx2paraview/ccx2paraview.py modal.frd vtk
alternate text

Paraview查看模态动画

用Paraview也可以查看模态的动画，具体见VTK的AnimateModes类介绍如下，链接为 https://vtk.org/doc/nightly/html/classvtkAnimateModes.html 。

For certain file formats, like Exodus, simulation codes may use
the timesteps and time values to represent quantities other than time.
For example, for modal analysis, the natural frequency for each mode
may be used as the time value. vtkAnimateModes can be used to reinterpret
time as mode shapes. The filter can also animate vibrations for
each mode shape (when AnimateVibrations is set to true).
In that case, the time requested by the downstream pipeline is used to
scale the displacement magnitude for a mode shape in a sinusoidal pattern,
cos(2*pi * requested-time).

具体操作参考下图。

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首先用Paraview打开 FENGSim/starter/ccx/beam/ 路径下的modal.08.vtk， 点击Pipeline Browser里的modal.08.vtk，点击WarpByVector的按钮，该按钮对应工具栏中发生变形的图标， 再点击Pipeline Browser里的modal.08.vtk，选择Filters里的Animate Modes，这里需要注意的是 点击WarpByVector和选择Animate Modes之前一定要先点击modal.08.vtk，modal.08.vtk是数据源， 其他操作是基于数据源操作，一定要先选择数据源。

其次点击Pipeline Browser里的WarpByVector1，在Properties中的Scale Factor进行刷新， 即点击最右侧两个箭头循环的按钮，刷新后Scale Factor显示3.051660754888145e-05，复制该数据。

最后点击Pipeline Browser里的AnimateModes1，将复制的3.051660754888145e-05粘贴到Properties中的 Displacement Magnitude里，同时取消下面的Displacement Preapplied。

_images/shape_81.gif _images/modal.gif

格式转换

xml转inp

在 FENGSim/starter/ccx/Mesh1 目录下有configure_modal.xml、all.msh、all2.msh、modal.inp、xml2inp.py。 all.msh和all2.msh是inp格式的网格文件，虽然后缀名是.msh，all.msh是Mesh1算例原始的网格文件，all2.msh是gmsh生成的新例子的网格文件。 xml2inp.py提取configure_modal.xml中的数据，提取all.msh或者all2.msh中的数据，生成新的modal.inp。这里需要注意的是gmsh导出all2.msh的时候， all2.msh中包括了边、面、体的单元数据，要把边和面的单元数据去掉，之后和configure_modal.xml中配置数据合并成一个modal.inp。

xml2inp.py的运行结果如下图，文件名称不用输入后缀名。

alternate text alternate text

上面例子是没有边界位移约束情况下的，如果添加位移约束，首先要在Gmsh中定义边界组，如下图，这里需要注意的是，即使不定义边界组，Gmsh导出.inp格式文件也会自动给单元集合命名。

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其次需要注意的是在Gmsh导出all.msh的时候，选择Save groups of nodes，如下图，因为边界位移约束是定义在结点集合上，如果不选择会导出不了结点集合。

alternate text

xml2inp.py的运行结果如下图，文件名称不用输入后缀名。 configure_modal.xml是.xml格式配置文件，all.msh是Gmsh生成的.inp格式文件，xml2inp.py脚本程序将configure_modal.xml中配置内容转换成.inp格式同时合并all.msh中的网格数据， 生成modal.inp文件给CalculiX使用。

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运行以下命令。

cd FENGSim/starter/ccx/beam
mkdir Refs
./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/bin/ccx_2.21 modal
./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/bin/cgx -b shapes.fbl
python3 ./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/ccx2paraview/ccx2paraview.py modal.frd vtk
alternate text

dat转inp

在 FENGSim/starter/ccx/oiltank 目录下有configure_modal.xml、oiltank.dat、dat2inp.py。 configure_modal.xml是配置文件，oiltank.dat是网格文件。 dat2inp.py提取configure_modal.xml文件中的数据，提取oiltank.dat文件中的数据，将.dat格式转成.inp格式，合并生成新的modal.inp。

dat2inp.py的运行结果如下图，文件名称不用输入后缀名。

alternate text

.dat文件格式很简单，如下第1行的31276为顶点个数，99818为单元个数， 第8行的sphere_tank为单元组名称，56644为单元个数，第12行outer_surface_nodes为顶点组名称，9247为顶点个数，其他类似。

3 4 31276 99818
1 -8315 2.55536e-12 0
......
31276 8315 0 10850
1 59 2 1 98
......
99818 31180 31223 31222 31179
8 sphere_tank 56644
2601
.....
97218
7 outer_surface_nodes 9247
788
.....
30489
7 inner_surface_nodes 8317
862
.....
30415
7 fixed_nodes 200
1
.....
31222
8 guandao 2866
47324
.....
52495
8 support 40308
1
.....
99818
7 guandao_fixed_nodes 24
14829
.....
16488

运行以下命令。

cd FENGSim/starter/ccx/oiltank
mkdir Refs
./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/bin/ccx_2.21 modal
./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/bin/cgx -b shapes.fbl
python3 ./../../../toolkit/MultiX/extern/Calculix/ccx2paraview/ccx2paraview.py modal.frd vtk
alternate text