面向对象的跨系统计算力学软件平台与图形用户界面的研发

Numerical modeling is a powerful technique for the solution of complex engineering problems. One of the significant requirements in the design of a scientific computing program is the ability to store, retrieve, and process data that maybe complex and varied. To the users of such a program, it is important not only to have a powerful solver, but also to work in a convivial graphical interface environment. On the other hand, as the problems to solve have grown in size and complexity (multiscale simulation and multiphysics problems), the computational software has also grown with complex mathematical procedures and data control. This places a high demand for maintenance, new developments and re-use on the programming strategy and language chosen. In our country, though much work has been made about the development of computational programs in the past,however,universities and industries use almost executively foreign programs such as ANSYS, NASTRAN, ABAQUS, etc. Further research on the generality and flexibility of computational programs and on the development toolkits,as well as the friendly graphical user interface (GUI) should be carried out. The present project aims at developing a common software platform. As one example, a finite element program in solid mechanics will be realized within the framework of the platform. OOP (Object-Oriented Programming) technique will be applied to make it easier for usage, extension and maintenance of the analysis program.

数值模拟是求解复杂工程问题强有力的工具。科学计算程序的一大需求在于复杂及可变数据结构的存储、提取和处理能力。对于用户而言，不仅需要强大的求解器，还需要良好的图形交互界面。此外，随着模型规模的不断增加和问题的日趋复杂（多尺度/多物理场），要求计算软件在流程控制和数据存取等方面有更大的灵活性和高效性。这就对系统设计、编程策略、程序维护和代码移植等方面提出了更高要求。我国过去在计算程序开发方面做了很多工作。但国内高校和企业仍然主要采用国外的商业程序，如ANSYS、NASTRAN、ABAQUS等。因此，开发具有通用性和开放性的计算程序及软件包和友好的用户界面势在必行。本课题致力于开发一个面向对象的跨系统软件平台，降低专用程序开发难度，便于整体系统功能的扩展和维护。在此基础上，以固体力学有限元计算程序为例，开发专用的仿真程序，为开发具有中国自主知识产权的高效计算力学专业化软件而努力。

随着中国高速发展，自主知识产权CAE软件的开发至关重要。对于用户而言，一款成熟的CAE软件不仅需要强大的求解器，还需要良好的图形交互界面、灵活的软件操作流程控制、高效的数据存储等。这就对系统设计、编程策略、程序维护和代码移植等方面提出了更高要求。为打破国外垄断，开发我国自主的具有通用性和开放性的计算程序及软件包和友好的用户界面势在必行。.本项目通过自主开发，运用Qt图形界面平台和OpenGL技术，完成了软件开发平台OMTDesk的设计与实现。四年的时间里，完成了OMTDesk平台CAD模型导入方法研究与实现、网格划分方法研究与实现、求解器的研究与实现、后处理显式的研究与实现、定制化CAE软件的开发等内容。基本实现了平台的软件开发功能，降低了专用程序开发难度，便于日后整体系统功能的扩展和维护。.在OMTDesk平台的基础上，结合自主编写的特色计算程序，开发了静态线性力学计算软件OMTDemo、晶体生长模拟定制化软件PCLab、多体碰撞定制化软件和金属成形定制化软件。围绕OMTDesk平台和定制化CAE软件相继撰写论文16篇、申请专利1项、软件注册2套、参加会议交流11场、培养多名相关专业人才。.以此为基础，进一步完善平台的功能，定制化CAE软件开发的工作仍在进行中。OMTDesk平台的开发，为不同领域的诸多研究方向提供开发专业仿真软件的基础，提高科学知识积累和技术创新能力，更为国家保持核心领域的竞争力提供保障。