年月河北工业大学学报文章编 号一一一一有限元软件 中的 之曰之、 仁匕门和语言编程 马书尧 , 郭 占科 河北工业大学 机械学院 , 天津 摘要 有限元软件编 制 中为 了发挥不 同编程语言 的优点 , 最好采用 混合语 言编程 有限元 的前处理和后 处理部分采用 而有限元 的分析计 算部 分采用 是一种合理 的 选择 将有限元计 算部分创 建为动 态链接库来链接到 主体程序 中是一种 简单而 方便 的有 限元软件 混合语 言编程方 式文中对这种方 式作 了较详尽的论述 关键词有限元 混合语言编程 动 态链接库 中图分类号 文献标识码 前言 有限元法发展 至 今天 , 已成为工程数值分析 的有力工具 利用它 已成功地解决 了一大批有重 大意 义 的科学和工程 问题 , 很 多通 用有限元软件和 专用 程 序投入 了实际应用 然而 , 这些通 用软 件尽管 已很成熟 , 仍不能包 罗万象 , 加上有限元方法及其应用领域还在继续发展 , 新材料 、 新方 法层 出不 穷,为了适应这些变化 , 就需要对有限元 " 资源 " 进行开发和扩充 , 以 满足有限元方法 研究和应用的需要 有限元分析过程一般包括 个阶段 有限元模型 建立和 数据输入 阶段 又称前处理 , 有限元 分析计算阶段和有限元分析结果的输出与评估阶段 又称后处理 『 , , 由于有限元程序中包含有大 量而复杂 的数值计算 , 以前的有限元程 序大多是 用语言编写 的同其他 语言相 比,在数值计算方面具有 明显 的优势 例如 , 书 写和语法要求严格 , 适合严谨的科学计算领 域以 及可直接对数组和 复数进行运算等 此外 , 由于 语言有近 年的发展过程 , 已积 累 了许多成功的程序 , 再加上 语言标准的历次修订都尽量保持 向下兼容 , 使得前人编 写的程序可以 不改动或作很小的改动就可 以供现在使用 然而 , 作为一个受用 户欢迎 的有限元软件 , 不仅应 向用 户提供正确的计算结果 , 还应使用 户便于建立有限元模型和输入数据 , 并且 易于 对计算结果作出评估 , 据有些 资料统计 , 一个实际工程 问题 , 用于有限元前 、 后处理 的 时间差不多占 以上 , 而真正 用于有限元计算的时间不足 这就说 明了研制高效能有限元 前、后处理程序的必要性 为 了便于用户进行有限元分析的前 、 后处理 , 最有效的途径莫过于 加入图形显示 , 即采用可视化技术 例如在有限元模型建立阶段配合 以 生成的单元和 节点 图 以及约 束和 载荷分布图等 在计算结果输 出阶段配合以 变形 图、等位移线图 、 等应力线图以及动画显示 等 虽然近 年来 语 言的 图形 显示能力有所增强 如以及以后的'等但仍不如 功能强大 如果能将 和 料这两种语言结合在一起 , 收稿 日期 一一作者简介 马书尧 一,男汉族 , 教授 河北工业大学学报年第 期 即有限元前处理和后处理部分用 料〔,有限元计算部分用 , 就更容易编制 出深受用 户欢迎的有限元软件 事实上 , 很多工程 问题的有限元计算程序 已基本成熟 , 如能用 编写 出 适宜的前 、 后处理程序 , 只需将一些现成的 有限元算法略加改造或进行移植即可 , 或 者对于新的有限元分析问题 , 只需用 当然也可用 语言 编写 出分析计算程序 , 再与 用 杆编写 的前 、 后处理程序相连 这就提出了混合语言编程间题 混合编程 的关键 混合语言编程是将两种或两种以上编程语言的源代码组集在一起的过程 这在 所提 供的 位版的 一,什,和之间是很容易实现的 ., , 因为在 集成编程环境中 , 可直接对 和 模块进行透明式编辑 、 编译和连接 由于篇幅所 限,下面仅讨论在 环境下 和 一的混合语言编程问题 , 并仅限于讨论 料与 模块连接的问题 混合语言编程的要点在于不同语言之间的协调 , 具体来说是下述几方面的协调问题 参数传递方式 传值还是传址 堆栈管理方式 调用函数还是被调用 函 数管理堆栈 字符大小写是否 区分 语言之 间的等价数据类型和数据结构是什么 语言之 间的连接方式 目标文件式还是动态链接库式 一般来说 , 和或一允许互相调用 , 所以 主程序既可以是 程序也 可以是 或什程序 下面仅以 什调用 为例对上述问题加以说明 将 模块与 、程序连接的第一种方式是把 目标模块和 程序直接 连接在一起 另一种方式是用 或 先将 程序部分创建为动态链 接库 , 再由将其定义为外部函数来调用 在第二种情况下 , 什程序和 程序的动态链接库是独立编译的 , 仅在连接 阶段两者才结合在一起 , 这对于有限元软件 的混合语言编程极为合适 因为一旦将 已经证实无误的有限元计算部分 一般采用 语 言编写 创建为 后,不管用作前后处理 的 程序如何变动 , 都不需重新编译有限元计算 部分 下面仅讨论用动态链接库法解决 什程序调用 程序的问题 假定用 料编制的有限元软件工程 名为 , 其前后处理部分用 料语言编写 , 被调用 的有限元计算部分用 编写 , 部分的程序名为 节点或 节 点四边形单元计算程序 和 三角形单元计算程序 首先将这两个 程序创建为动 态链接库 然后再由 语言编的 工程调用 创建 程序动态链接库 假定用 写成的有限元计算源程序 和 框架分别为如下 一一刀又…有限元软件 中的 料和 混 合语言编程 , , , , , , 泊,,………刃订 , , , , , , 又,,……一一一…,二,仍户 人,,彩订 , , 户,,………班,……在上面两程 序中 , 假定有限元前处理程序 用 编写 的输 出数据通过数据文件 和 传入 , 有限元计算结果再 用相应数据文件 和传到后 处理程序 用 料编写 中 是程序运行状态指示 信息当程序成功执行完毕后 , 为了将上述程序创建为动态链接库 , 在的环境中 , 应将它们改写为下 面的两个相应子程序 只包含子程序而无主程序 而…呵河北工业大学学报年第 期…上述两子程序中的 为 的元命令之一 , 它表明该元命令的属性 其后 的 表示该子程序以动态链接库形式输出 双 冒号 之后的 妙或,为输 出 动态链接库的名称 若 的操作环境不是 而是 从,则应将上述元命令 改为 灯价仪, 把用 语言编写的有限元计算程序按上述方式改写后即可在 集成环 境中将其创建为动态链接库 和 值得说明的是 , 在用 叩 生成上述动态链接库文件的同时还生成 的导入库文 件"和妙,这种导入库是一种特殊的库文件 它 同普通的 目标程序库相 同之 处在于扩展名 相同不同之处在于 目标程序库中有程序的代码 , 当链接应用程序时 , 将 被调用程序的代码加到可执行程序中 而 导入库 中没有程序代码 , 它只是用来提供给链接器 关于 程序的入 口 信息 , 可执行程序不包含所调用 程序的代码 , 只保留对 程序动态 链接的引用 在 程序中调用 程序 的动态链接库 假定有限元软件 文档类的实现程序 用 编写 名为 为了在前处理 之后实现对有限元计算程序 妙和的调用 , 中应包括下列语句 刀",,,,,,一一.丘,,计算成功 " 州田 叩河北工业大学学报年第 期 参考文献 马书尧 一种微机有限元二维静弹性分析程序 河北工业大学学报 , , 登巍巍 , 王越男 油' 编程指南 汇」北京 人民邮电出版社 , 加 傅苏红 , 马书尧 一种全四边形的网格 自动生成方法 一 铺砌法 河北工业大学学报 , 王晖 精通 明台 讼目十北京 电子工业出版社 , 一,一一,一,,,,,崖料,·一娜一班庄由五吧妙『 皿开比《河北工业大学学报 》被《科学文摘 》收录近况 来 自上海市图书馆的消息 , 《 河北工业大学学报 》自 年第 期开始被选定为英国 《 科学文 摘 》数据库 简称 或 的来源期刊 截止到 年第 期,该数据库共收录了 《 河北 工业大学学报 》发表的 篇论文 , 平均每期收录文章达 一篇据此 , 充分说明近几年来 《 河 北工业大学学报 》发表的论文水平有很大提高 , 登上了一个新的 台阶 , 已引起国际重要检索机构 的重视和认可 被《科学文摘 》收录有助于提高我校科技成果的传播和转化 , 提高学校知名度 , 这与广大教 师对学报工作的支持和编辑同志的辛勤努力是分不开的 《 科学文摘 》数据库主要收录机械 、 电气 、 电子 、 材料 、 物理 、 经济管理等领域的科研论文 田