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公眾號  有限元術

Kratos是一個基于現代C++的多物理場開源有限元框架，其可以完成固體，流體，熱，DEM等各個方面的單場計算和耦合計算。在線性方程組求解方面，其支持常見的多種直接法和迭代法求解；在并行方面，其支持MPI和Openmp的進程和線程并行，是一個先進的多物理場開源有限元框架。

Kratos的開發團隊是CIMNE。眾所周知，這是一個位于巴塞羅那的國際知名數值模擬科研組織，在知名的O. C. Zienkiewicz, R. L. Taylor的經典著作《The finite element method》中就特別感謝了這一組織提供的GID這一前后處理工具。

實際上，該機構開發的GID是一個非常好用的前后處理工具，其提供了基本的幾何建模，網格劃分，后處理等功能，界面美觀，云圖精美。國內元計算公司的先進國產有限元軟件PFEPG在很長一段時間就采用了該軟件作為前后處理。

GID另一特色時其具備良好的定制功能，其不僅原生支持多種商業和開源有限元軟件的前后處理，而且可以通過修改problemtype下的.cnd，.mat和.tcl等文件輕松實現自己對GID界面的定制。

以GID中的abaqus類型的problemtype為例：

打開GID目錄下的problemtypes下的abaqus.gid文件夾下的abaqus.mat，其內容如下：

GID中對應的界面：

如果需要修改界面，只需要將abaqus.mat的內容稍加修改：

對應界面就變為：

因此在GID中，實現界面定制是很輕松的。在實現了界面定制以后，再通過.bas文件，實際上就實現了對應的導出inp的修改。因此實際上GID是一個方便有限元程序開發者的前后處理利器。

繼續講Kratos，在GID中，實際上也集成了對Kratos的前后處理：

在加載Kratos的problemtype后，通過樹形菜單，既可以完成Kratos模型的前處理：

當然，Kratos作為一個開源有限元框架，也可以通過編譯源代碼獲得其運行文件。其GITHUB的鏈接如下：

https://github.com/KratosMultiphysics/Kratos

同時，Kratos更先進的是其廣泛采用的現代C++模板技術，使得代碼足夠抽象化和良好的擴展性。

template<class TSparseSpace, class TDenseSpace, class TLinearSolver>class ImplicitSolvingStrategy : public SolvingStrategy<TSparseSpace, TDenseSpace>{public:///@name Type Definitions///@{

typedef SolvingStrategy<TSparseSpace, TDenseSpace>                              BaseType;

typedef typename BaseType::TDataType                                           TDataType;

typedef typename BaseType::TSystemMatrixType                           TSystemMatrixType;

typedef typename BaseType::TSystemVectorType                           TSystemVectorType;

typedef typename BaseType::TSystemMatrixPointerType             TSystemMatrixPointerType;

typedef typename BaseType::TSystemVectorPointerType             TSystemVectorPointerType;

typedef typename BaseType::LocalSystemMatrixType                   LocalSystemMatrixType;

typedef typename BaseType::LocalSystemVectorType                   LocalSystemVectorType;

typedef Scheme<TSparseSpace, TDenseSpace>                                    TSchemeType;

typedef BuilderAndSolver<TSparseSpace, TDenseSpace, TLinearSolver> TBuilderAndSolverType;

typedef ImplicitSolvingStrategy<TSparseSpace, TDenseSpace, TLinearSolver>      ClassType;

typedef typename BaseType::TDofType                                             TDofType;

typedef typename BaseType::DofsArrayType                                   DofsArrayType;

typedef typename BaseType::NodesArrayType                                 NodesArrayType;

typedef typename BaseType::ElementsArrayType                           ElementsArrayType;

typedef typename BaseType::ConditionsArrayType                       ConditionsArrayType;

/** Counted pointer of ClassName */KRATOS_CLASS_POINTER_DEFINITION(ImplicitSolvingStrategy);

  另一個更廣為人知地使用現代C++技術的開源有限元框架是Deal.II。但是實際上，由于在Deal.II中其采用的triangulation結構的網格，不采用偏工程的節點單元信息，因此實際上可能并不太適合作為基于實際工程計算的工具，而更像是一個偏學術的數學研究工具。而Kratos采用的是和abaqus，ansys這些通用有限元軟件一樣的節點和單元信息，對Kratos的擴展，則可能使得Kratos成為工程CAE軟件開發的利器。

并且，開發團隊還編寫了一本關于Kratos的著作，對Kratos中采用的具體C++技術和架構技術進行了較為詳細的描述：

以上，是對開源有限元框架Kratos的一點簡單介紹，對于這個框架筆者本身了解也不多，總體上，無論是從整體軟件架構上還是從其具體采用的C++技術上看，這都是一個值得深入了解的工具。最后，以一個Kratos計算的流固耦合計算壓力云圖結尾：