QT实现有限元软件操作界面

本系列文章致力于实现“手搓有限元，干翻Ansys的目标”，基本框架为前端显示使用QT实现交互，后端计算采用Visual Studio C++。

本篇将二维矩形截面梁单元（Rect_Beam2D2Node）组成的钢结构桥作为案例来展示软件功能。

也可以参考此视频查看软件功能（可点击此处跳转）：

手搓有限元 干翻Ansys 梁单元创建

1、软件界面总览

软件总体可分为TreeView树状功能区、StackedWidget展示区、MenuBar菜单栏区三个板块，随着鼠标点击TreeView上的不同功能节点、StackedWidget会切换到不同的widget展示、这样简单的设计可以展示更丰富的信息。

2、前处理

在前处理中，完成有限元中的单元定义、材料定义、网格节点坐标、网格连接关系、模型创建、约束定义和外载定义。

2.1、单元定义

严格来说，这里表示的是节点定义，这里显示的是在模型中每个节点的ID、X坐标、Y坐标、Z方向转角信息，鼠标指针点击表格中数据可进行数据修改。

2.2、材料定义

这里展示的是单元的ID、起始节点编号、结束节点编号、杨氏模量、矩形截面梁的宽度、高度、高度方向上的网格节点、长度方向上的网格节点信息。

2.3、网格节点坐标

这里表示的是梁单元内部节点的ID、X坐标、Y坐标、Z转角信息。

2.4、网格连接关系

这里表示的是梁单元内部网格节点连接的ID、起始网格节点ID、中间网格节点ID、结束网格节点ID，因为在OpenGL中面的展示是用最基本的三角形拼接而成的，所以这里需要指定三个节点作为三角形的顶点。

2.5、模型创建

这里使用的是OpenGL进行展示模型的，并且可以通过鼠标的滚轮滚动实现模型的缩放、滚轮的拖动实现模型的平移、左键的拖动实现模型的旋转。（虽然这里看着简单，但是实现起来绝非易事，shader编辑、VAO、VBO、EBO的使用、相机系统Camera的实现、色阶ColorMap的设置都需要进行处理。）

2.6、约束定义

在桥梁的两侧施加全约束（位移约束和转角约束），表格中显示的信息为节点ID、X方向线位移是否约束标志位、X方向初始线位移、Y方向线位移是否约束标志位、Y方向初始线位移、Z方向转角是否约束标志位、Z方向初始转角位移。

2.7、外载定义

这里表格展示的信息是节点ID、X方向力、Y方向力、Z方向力矩。

3、求解器

用来求解矩阵，计算有限元位移场。

3.1、高斯列主消元法

点击“高斯列主消元法”之后，QT会调用后端计算程序，并且打印每个单元的全局刚度矩阵。

4、后处理

用来展示结算结果。

4.1、图像

目前只实现了变形云图的展示，应力应变图目前还未实现。右键“变形Image”，可对展示效果进行调整：

滑动“比例缩放”可调整变形倍数；

切换“图像色阶”可调整图像展示颜色；

切换“图像样式”可进行面、线、点的切换。

4.2、列表

可查看具体到节点的支反力、网格节点位移信息。