cae-cxx 1.3.2

轻量化 CAE 命令行工具 — 一条命令跑仿真，一个链接看结果

cae-cli

工程师的本地 AI 助手 + 快速验证工具 — 一条命令跑仿真，AI 帮你诊断问题

学生 | 工程师 | 独立开发者 — 快速验证想法，AI 辅助分析，本地运行保护数据隐私

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目录

• 新增功能
• 快速开始
• 核心能力
• 安装
• 命令速查
• 内置模板
• Python API
• AI 模型
• FAQ
• 项目结构
• 开发

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新增功能

v1.3.1 (2026-03)

三层次诊断系统：

• Level 1（规则检测）：收敛性、网格质量、应力集中、位移范围
• Level 2（参考案例对比）：638 个 CalculiX 官方测试集案例匹配
• Level 3（AI 深度分析）：可选，需要 pip install cae-cxx[ai]

AI 可选插件：

• cae install — 只安装 CalculiX 求解器
• cae install ai — 单独安装 AI 模型
• 不安装 AI 时仍可使用规则检测 + 参考案例对比

v1.3.0

协议接口：所有关键词类实现 IKeyword 协议，支持类型检查和 IDE 自动补全

材料模型：

• HyperElastic — 超弹性材料（Mooney-Rivlin / Ogden / Yeoh / Arruda-Boyce）
• Plastic — 塑性材料（等向/运动/组合硬化 + 循环硬化）

接触分析：

• SurfaceInteraction / SurfaceBehavior / Friction — 完整接触定义
• ContactPair — 接触对（NODE_TO_SURFACE / SURFACE_TO_SURFACE）
• Tie — 绑定接触
• Gap / GapUnit — 间隙单元

约束：

• Coupling — KINEMATIC / DISTRIBUTING 耦合
• Mpc — MPC 多点约束（BEAM / PLANE / STRAIGHT / MEANROT / DIST）
• Equation — 线性方程约束 + EquationFactory 工厂方法

载荷：

• Amplitude — 载荷-时间幅值曲线
• Cload / Dload / Boundary — 载荷和边界条件

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快速开始

# 1. 安装 (30 秒)
pip install cae-cxx && cae install

# 2. 生成悬臂梁模板
cae inp template cantilever_beam -o beam.inp

# 3. 求解
cae solve beam.inp

# 4. AI 诊断（可选）
cae diagnose results/

输出示例：

$ cae solve beam.inp
╭───────────────────────╮
║  求解完成！  0.1s   ║
╰───────────────────────╯

$ cae diagnose results/
规则检测：发现 1 个问题
[!] [mesh_quality] 节点/单元比例过低 (0.26)
  -> 检查网格划分参数

参考案例匹配：找到 3 个相似案例
- beam1t (相似度 95.2%)
  预期位移: 1.234e-01

浏览器自动打开 ParaView Glance 显示位移 / 应力云图

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核心能力

🎯 快速验证（30 秒启动，一条命令出结果）

功能	命令	说明
⚡ 执行仿真	cae solve model.inp	CalculiX 求解
🌐 3D 可视化	cae view results/	浏览器打开
🔍 AI 诊断	cae diagnose results/	自动发现 4 类问题
📄 PDF 报告	cae report results/	一键生成报告

📦 完整仿真流程

功能	命令	说明
🔲 网格划分	cae mesh gen geo.step -o mesh.inp	Gmsh 自动网格
👁 网格预览	cae mesh check mesh.inp	HTML 报告
⚡ 执行仿真	cae solve model.inp	CalculiX 求解
🌐 3D 可视化	cae view results/	浏览器打开
🚀 一键运行	cae run geo.step	全自动

INP 文件处理

功能	命令
📋 结构摘要	cae inp info model.inp
✔️ 校验	cae inp check model.inp
👁 显示块	cae inp show model.inp -k *MATERIAL -n STEEL
✏️ 修改	cae inp modify model.inp -k *ELASTIC --set "210000, 0.3"
📚 关键词浏览	cae inp list Mesh
📝 模板生成	cae inp template cantilever_beam -o model.inp
🤖 AI 建议	cae inp suggest model.inp

AI 助手

功能	命令	说明
📥 安装模型	cae install ai	~5 GB
🔍 三层诊断	cae diagnose results/ -i model.inp	规则+案例+AI(可选)
📊 AI 解读	cae explain results/	位移/应力分析
💡 AI 建议	cae suggest results/	优化方案
📄 PDF 报告	cae report results/	最大位移/应力/安全系数/云图，一键发给导师

诊断三层架构：

• Level 1 — 规则检测（无条件）：收敛性、网格质量、应力集中、位移范围
• Level 2 — 参考案例对比（无条件）：638 个 CalculiX 官方测试集匹配
• Level 3 — AI 深度分析（可选）：需要 pip install cae-cxx[ai]

格式转换

.frd → .vtu    cae convert result.frd -o out.vtu
.msh → .inp    cae convert mesh.msh -o out.inp
.dat → .csv    cae convert result.dat -o out.csv

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安装

# 基础安装
pip install cae-cxx

# 安装 AI 支持
pip install cae-cxx[ai]

# 安装网格和 PDF 支持
pip install cae-cxx[mesh,report]

安装求解器

系统	一键安装	手动安装
Windows	cae install	calculix.org
macOS	cae install	brew install calculix
Ubuntu	cae install	sudo apt install calculix-ccx

安装 AI 模型

cae install ai                    # 安装默认模型 (deepseek-r1-7b)
cae install ai --model deepseek-r1-14b  # 安装大模型

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命令速查

cae solve — 求解

cae solve model.inp                    # 标准求解
cae solve model.inp -o results/      # 输出到目录
cae solve model.inp --timeout 7200    # 超时 2 小时
cae solve model.inp -s calculix       # 指定求解器

cae mesh — 网格

cae mesh gen geo.step -o mesh.inp              # 生成网格
cae mesh gen geo.step -o mesh.inp -s 2.0      # 网格尺寸
cae mesh gen geo.step -o mesh.inp --order 2   # 二阶单元
cae mesh check mesh.inp                        # 预览网格

cae inp — INP 文件

cae inp info model.inp                       # 结构摘要
cae inp check model.inp                      # 校验
cae inp show model.inp -k *MATERIAL         # 显示块
cae inp modify model.inp -k *ELASTIC --set "210000, 0.3"  # 修改
cae inp list                                 # 关键词分类
cae inp list Mesh                            # Mesh 类关键词
cae inp list -k *BOUNDARY                   # 关键词详情
cae inp template --list                      # 模板列表
cae inp template cantilever_beam -o beam.inp # 生成
cae inp suggest model.inp                    # AI 建议

cae diagnose — 三层诊断

cae diagnose results/                        # 规则+案例检测（无需 AI）
cae diagnose results/ -i model.inp         # 指定 INP 进行案例匹配
cae diagnose results/ -i model.inp --no-ai  # 跳过 AI 分析

cae test — 测试

cae test                     # 官方测试集（638 文件）
cae test --sample 20        # 采样 20 个
cae test --quiet             # 静默

cae report — PDF 报告

cae report results/                         # 生成报告（默认输出到 results/report_*.pdf）
cae report results/ -o report.pdf           # 指定输出路径
cae report results/ -i model.inp           # 附带 INP 材料属性
cae report results/ -y 350 -j beam_test     # 手动指定屈服强度和工况名
cae report results/ -s 100                  # 调整变形放大倍数（云图）

需要 weasyprint：pip install cae-cxx[report]

其他命令

cae run geo.step             # 一键运行
cae view results/            # 查看结果
cae convert file.frd -o.vtu  # 格式转换
cae solvers                  # 求解器状态
cae info                     # 配置信息
cae download URL -o path/    # 下载文件

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内置模板

模板	命令	单元	典型应用
悬臂梁	cantilever_beam	B32	桥梁、建筑梁
平板	flat_plate	S4	板壳结构

# 参数覆盖示例
cae inp template cantilever_beam -o beam.inp --L=500 --nodes=21 --load=1000
cae inp template flat_plate -o plate.inp --Lx=200 --Ly=100 --pressure=5.0

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Python API

除了命令行，cae-cli 还提供完整的 Python API：

from cae.inp import ModelBuilder, StaticStep
from cae.material import Elastic, Plastic
from cae.contact import ContactPair, SurfaceInteraction, SurfaceBehavior
from cae.enums import ContactType, PressureOverclosure, HardeningRule

# 构建模型
model = ModelBuilder()
model.add_node(1, (0, 0, 0))
model.add_node(2, (100, 0, 0))
model.add_element("C3D8", [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8])

# 添加材料（塑性）
elastic = Elastic(params=(210000, 0.3))
plastic = Plastic(stress=[200, 250], strain=[0, 0.1], hardening=HardeningRule.ISOTROPIC)
model.add_material("STEEL", elastic, plastic)

# 添加接触
si = SurfaceInteraction(name="STEEL_CONTACT")
sb = SurfaceBehavior(pressure_overclosure=PressureOverclosure.EXPONENTIAL, c0=0.05, p0=5e7)
cp = ContactPair(interaction=si, type=ContactType.SURFACE_TO_SURFACE, dep_surf=..., ind_surf=...)

# 添加载荷步
step = StaticStep(time_period=1.0, nlgeom=True)
step.add_boundary(nodes={1}, dofs={1: 0, 2: 0, 3: 0})
step.add_load(nodes={2}, dofs={3: -1000})

# 输出 INP
print(model.to_inp())

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模型	大小	量化	最低显存	来源
deepseek-r1-7b	4.9 GB	Q4_K_M	6 GB	HuggingFace
deepseek-r1-14b	9.0 GB	Q4_K_M	8 GB	HuggingFace
qwen2.5-7b	4.7 GB	Q4_K_M	6 GB	HuggingFace

💡 国内用户添加 --mirror https://hf-mirror.com 加速下载

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FAQ

Q: 支持 Windows 吗？

✅ 支持，Windows 10/11 + Python 3.10+

Q: 和 ANSYS/Abaqus 有什么区别？

cae-cli 不追求替代商业软件，而是专注于快速验证和AI 辅助。当你有一个想法想快速验证时，30 秒启动，一条命令出结果。商业软件适合交付最终设计，cae-cli 适合探索初期方案。

Q: AI 能帮我做什么？

三层诊断系统：1) 自动检测收敛性、网格质量、应力集中问题；2) 对比 638 个官方测试案例判断结果是否合理；3) AI 深度分析给出修复建议。简单问题秒级诊断，复杂问题给出排查方向。

Q: 数据安全吗？

所有计算和 AI 分析都在本地运行，不上传任何数据。适合处理涉及机密或敏感数据的项目。

Q: 需要 GPU 吗？

不需要。CalculiX 求解器和 AI 模型都支持 CPU 运行。AI 模型约 5 GB（Q4 量化），在普通笔记本上即可运行。

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兼容性验证

使用 CalculiX 官方 ccx_2.23.test 测试集（638 个 .inp 文件）：

测试	通过率	说明
INP 解析	✅ 638/638 (100%)	100%
求解执行	✅ 8/10	声学分析除外
格式转换	✅ 8/8 (100%)	100%

638 个测试用例已提取参考数据：

• 332 个案例包含位移参考值
• 149 个案例包含应力参考值
• 单元类型、边界条件、载荷类型等元数据完整
• 用于三层次诊断系统的 Level 2 参考案例对比

覆盖单元类型：

• 实体单元：C3D4/6/8/15/20（含二阶）
• 壳单元：S3/4/6/8（含减缩积分）
• 梁单元：B31/B32
• 弹簧单元：Spring1~Spring7
• 接触分析：Contact1~19、Mortar
• 热分析：稳态/瞬态/热-结构耦合
• 动力学：模态/频率响应/瞬态响应
• 非线性：几何非线性/材料非线性

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项目结构

cae-cli/
├── cae/
│   ├── main.py              # CLI 入口 (Typer)
│   ├── enums.py             # 枚举定义 (50+ 类型)
│   ├── _utils.py            # 工具函数 (f2s 格式化)
│   ├── protocols.py         # 接口协议 (IKeyword/IStep)
│   ├── solvers/             # 求解器接口
│   │   ├── base.py         # 抽象基类
│   │   └── calculix.py     # CalculiX 实现
│   ├── inp/                 # INP 文件处理
│   │   ├── kw_list.json    # 135 关键词参数
│   │   ├── kw_tree.json    # 关键词分类
│   │   ├── template.py     # Jinja2 模板
│   │   ├── model_builder.py # Python 类模板 (CantileverBeam/FlatPlate)
│   │   ├── step_keywords.py # 载荷步关键词 (Amplitude/CLOAD/DLOAD/BOUNDARY/Coupling)
│   │   ├── equation.py     # 方程约束 (Equation/EQUATION)
│   │   └── steps.py        # 载荷步类 (Static/Dynamic/Frequency/Buckle)
│   ├── mesh/                # 网格处理
│   │   ├── element.py       # 单元类型定义
│   │   ├── surface.py       # 接触面/载荷面定义
│   │   ├── gmsh_runner.py  # Gmsh API
│   │   └── converter.py    # meshio 转换
│   ├── contact/             # 接触分析
│   │   ├── surface_interaction.py  # 表面相互作用
│   │   ├── surface_behavior.py     # 表面行为 (压力过盈)
│   │   ├── friction.py             # 摩擦模型
│   │   ├── contact_pair.py         # 接触对
│   │   ├── tie.py                  # 绑定接触
│   │   └── gap.py                  # 间隙单元 (Gap/GapUnit)
│   ├── coupling/            # 耦合约束
│   │   ├── coupling.py      # KINEMATIC/DISTRIBUTING 耦合
│   │   └── mpc.py           # MPC 多点约束
│   ├── material/            # 材料模型
│   │   ├── elastic.py       # 弹性模型 (ISO/ORTHO/ANISO)
│   │   ├── plastic.py       # 塑性模型 (等向/运动/组合硬化)
│   │   └── hyperelastic.py  # 超弹性模型 (Mooney-Rivlin/Arruda-Boyce/Ogden/Yeoh)
│   ├── viewer/              # 可视化
│   │   ├── frd_parser.py    # FRD 解析
│   │   ├── dat_parser.py    # DAT 解析
│   │   ├── _utils.py       # 应力工具 (von_mises/主应力/剪切应力)
│   │   ├── vtk_export.py    # VTK 导出
│   │   ├── pyvista_renderer.py  # PyVista 渲染引擎
│   │   ├── mesh_check.py    # 网格预览 HTML
│   │   ├── html_generator.py    # HTML 报告生成器
│   │   └── pdf_report.py    # PDF 报告生成器
│   ├── ai/                  # AI 功能
│   │   ├── llm_client.py    # LLM 接口
│   │   ├── explain.py       # 结果解读
│   │   ├── diagnose.py       # 三层诊断 (规则/案例/AI)
│   │   ├── reference_cases.py # 638 参考案例库
│   │   ├── prompts.py       # Prompt 模板库
│   │   └── suggest.py        # 优化建议
│   └── installer/           # 安装器
│       ├── solver_installer.py  # CalculiX 求解器
│       └── model_installer.py   # AI 模型
├── tests/                  # 测试用例 (100 passed)
└── examples/              # 示例文件

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技术栈

组件	技术	说明
CLI	Typer + Rich	命令行 + 美化输出
网格	Gmsh 4.x	自动网格划分
求解器	CalculiX 2.22+	开源 FEA
格式	meshio 5.x	多格式转换
可视化	ParaView Glance	Web 3D viewer
AI	llama-cpp-python	本地 LLM
模板	Jinja2	参数化生成

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开发

# 克隆
git clone https://github.com/yd5768365-hue/cae-cli
cd cae-cli

# 安装开发版
pip install -e ".[dev]"

# 测试
pytest tests/ -v

# 代码检查
ruff check cae/

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License

MIT