計算機輔助設計(CAD)是計算機應用中一個非常重要的部分.微機CAD工作已在各個領域得到廣泛的開展和應用。計算機輔助設計是把有限元結構分析、幾何造型、優化設計和計算機繪圖等各種功能結合起來，利用交互式計算機系統來從事工程設計或產品設計，與人工設計方法相比，它更快、更好、更準確.近年來CAD在國內外有很大發展，并逐漸為各個工程技術部門所接受并收到了良好的效果.綜上所述，對于一個有限元結構分析程序來說，不能沒有圖形功能，其前后處理的能力如何，在很大程度上反映了有限元程序的水平.只有那些使用方便，前后處理能力強，圖形功能好的有限元程序才會得到廣泛的推廣應用.

　　AutoCAD軟件自帶的DXF文件，即圖形交換文件，是連接文字與圖形的接口，通過它可將以數字形式顯示的結果轉變成圖像的形式顯示.所謂“圖形交換文件”是ASCII碼文體文件，后綴為.dxf，且文件格式有一定的規定.

　　1 FORTRAN與DXF的連接

　　DXF文件內部存儲的全部信息是以ASCII碼文體形式存儲的，是可以編輯的.DXF文件有其固定格式，因此，只要計算結果按照它的格式寫入文件內，即可生成計算結果的圖形顯示.這樣用高級語言編寫的程序利用AutoCAD這個工具，就把以數字形式顯示的結果以圖形的方式顯示了出來.一個完整的DXF文件由8部分組成，每個部分稱為一個段，即標題段(HEADER)、類段(CLASSES)、表段(TABLES)、塊段(BLOCK)、實體段(ENTITIES)、對象段(OBJECTS)、THUMBNAILIMAGE段和結束段(EOF).編寫通過DXF文件與AutoCAD的通信程序似乎比實際情況要困難，將信息寫入DXF文件時，必須保持圖形的一致性，這樣AutoCAD才能找到可接受的文件.與編寫讀取DXF文件的程序相比，編寫創建DXF文件的程序更困難一些，DXF文件之所以能夠被用來編輯的原因之一就是該文件的有些內容可以省略，甚至一些段也可以略去，省略的項按缺省值處理.

　　1)如果不設置標題變量，就可以省略整個標題段，從而大大減輕工作量.

　　2)如果不需要創建條目，就可以省略TABLES段中的任何表，如果不需要TABLES段中的任何內容，則可以省略整個TABLES段.由于表段中的任何一張表都可以省略，因此整個表段都可以省略.如果在LTYPE表中定義了線型，則此表必須顯示在LAYER表之前.

　　3)在沒有使用塊的時候，塊段也可以省去.如果圖形中未使用任何塊定義，則可以省略BLOCKS段.如果BLOCKS段存在，則該段必須出現在ENTITIES段之前.

　　4)實體段是不可以省略的，本文載錄了所有的圖形信息.在表段中沒有層表或根本沒有表段的情況下，仍可以在實體段中定義層名，但無法改變各圖層的線型和顏色，采用默認的白色直線線型.在ENTITIES段中，即使尚未在LAYER表中定義圖層名，也可以對這些圖層名進行參照.系統自動使用顏色7和CONTINUOUS線型創建此類圖層，文件結尾處必須存在EOF項目.

　　2后處理圖像生成

　　在了解了DXF文件的基本組成，掌握了它的基本格式后，再將它與高級語言聯系起來就方便了.基本思路是將AutoCAD中的各個實體，例如直線、圓、文字、弧等編成獨立的子程序，然后在執行過程中不斷地調用這些子程序，直到所有的圖元都生成完.

　　2.1變形前網格圖的生成

　　變形前的網格圖用來檢查所要計算的模型是否與實際物體一致以及網格的劃分是否合理.在這張圖中首先應生成物體的輪廓線，然后是網格線(也可交替同時進行，因為現在使用打印機出圖，可見即可打)，接下來是單元號和接點號，最后是在適當的位置上加上文字說明.當然在生成圖形后，可以對這張圖的位置、線型、圖層、文字、字高等進行修改和添加，直到滿意為止.

　　2.2變形圖的生成

　　變形圖體現了物體在受力后的變形形態，在這張圖中可以劃出物體變形前的形態，也可以直接劃出物體變形后的位置.理論上通過計算可以得到網格圖上各個節點的位移值，將各節點在X、Y方向上的位移值分別加到該點的橫縱坐標上，此時由這些新坐標所確定的物體各個點的位置連線就構成了物體變形后的形態.在實際工程中，物體的位移相對于物體的實際尺寸是很小的，這樣生成的變形圖和變形前相比并不明顯.為了使變形變得明顯，通常將物體所有節點的位移放大一個統一的倍數(稱為放大系數)，把放大后的位移值再加到原節點的坐標上，這樣變形前后的物體形態就會變得更明顯.不過，它并沒有體現物體的實際變形狀態，而是把實際的變形提高了放大系數倍.

　　2.3等應力線圖的生成

　　等應力線顧名思義就是應力相等的點所連成的線.等應力線與地圖上的等高線有著相似的含義，因此兩者在繪制上可以相互借鑒.在等應力圖中，可以看出等應力的分布，和應力集中區所在的位置.應力分布圖是有限元后處理程序中的核心內容，不僅因為應力是重要的有限元結果，而且它的生成也是編程的難點和重點.原因如下：

　　1)等應力的搜索策略不同，搜索到的等應力點的順序、位置不同;

　　2)在搜索過程中如何避免等應力線的交叉，這是等應力線圖中的核心問題;

　　3)搜索策略的好壞直接影響著應力圖分布的情況，同時影響著程序運行的速度.

　　本程序采用的搜索策略為把原來一個8節點的四邊形轉化成6個三角形，如圖1所示.把一個在8節點四邊形內搜索等應力值的問題轉化為在6個三角形內搜索等應力值的問題，這樣做的好處是：①搜索簡單，在三角形內進行搜索，出路是唯一的，涉及不到選擇搜索路徑的問題，使得搜索思路清晰、算法簡單;②不論是從外邊界開始搜索還是從單元內邊開始搜索，永遠不會交叉，避免交叉是等應力線搜索中的一大難點;③等應力線的條數絕對是最全面的;④徹底消除了早期有限元后處理中存在的懸浮等應力線問題.

　　圖1單元轉化圖

　　等應力線的繪制是從邊界上的單元結點開始的，等應力線起始點的選擇須滿足

　　式中： ——兩個相鄰的結構邊界上的節點;

　　 ——兩個節點的應力值;

　　 ——介于和之間的一個應力值;

　　 ——應力值為的兩個節點之間的一個點.

　　等應力線從起始點開始往里面劃，程序將自動尋找應力值為的結構內部的點，直到到達另一側邊界點，或者是形成閉合曲線.

　　3 結果

　　以鉆井工程中常見的井孑L彈塑性有限元數值分析為例，生成了計算模型的網格圖、計算結果的變形圖和4張等應力圖.其中圖2是模型的網格圖;圖3是有限元數值分析結果的位移場分布圖形，顯示為變形后的網格，位移放大50倍，疊加到初始網格上生成的變形網格(虛線)與初始網格(實線)的比較;圖4是有限元結果的正應力

的分布顯示，采用了等應力線的顯示形式;圖5為應力分量等應力線的放大圖;圖6是有限元結果的正應力的分布顯示，也采用了等應力線的顯示形式;圖7是有限元結果剪應力分量顯示.

　　圖2網格圖

　　圖3變形圖

　　圖4應力分量的等應力圖

　　圖5應力分量等應力線的放大圖

　　圖6應力分量等應力圖

　　圖7剪應力分量的等應力線圖

　　從圖4—7中看到，在井孔周圍，應力變化較大，因此應力等值線的分布比較密.離開井孔一定距離后，地層中的應力變化很小，應力等值線的分布很稀疏，這與實際情況是相符的.

　　4結論

　　針對某些小型專用有限元軟件后處理的需要，本文對基于AutoCAD的后處理技術做了研究，獲得的主要結果有：

　　1)以AutoCAD的DXF文件為主要手段，實現了專用有限元計算結果的可視化.

　　2)由于ABAQUS大型有限元軟件可以導入DXF文件，因此本文開發的軟件程序能夠按照客戶的要求，將專用程序的有限元數值結果導入到ABAQUS中，而后者具有豐富的圖形顯示功能.

　　3)通過算例驗證了本文開發的軟件程序能夠將二維有限元分析結果轉化成DXF文件，并在AutoCAD界面中作了圖形顯示.