FEATool Multiphysics - FEATool Multiphysics

FEATool Multiphysics
FEATool Multiphysics Toolbox с графическим интерфейсом MATLAB
FEATool Multiphysics Toolbox с графическим интерфейсом MATLAB
Разработчики)Точное моделирование
Стабильный выпуск
1.13 / 20 октября 2020 (2020-10-20)
Репозиторийgithub.com/ точное моделирование/ featool-multiphysics
Написано вMATLAB, C, Фортран
Операционная системаWindows, Linux, Mac OS X
ТипКомпьютерная инженерия (CAE), мультифизика, конечно-элементный анализ (FEA), программное обеспечение для моделирования
Интернет сайтwww.featool.com[1]

FEATool Multiphysics ("Набор инструментов анализа методом конечных элементов для Мультифизика ") это физика, конечно-элементный анализ (FEA), и PDE набор инструментов для моделирования.[2] FEATool Multiphysics позволяет моделировать полностью связанные теплопередача, динамика жидкостей, химическая инженерия, строительная механика, взаимодействие жидкость-структура (ВСП), электромагнетизм, а также пользовательские и пользовательские задачи PDE в 1D, 2D (осесимметрия ) или 3D, и все это в графическом пользовательском интерфейсе (GUI ) или, возможно, в виде файлов сценариев.[3] FEATool использовался в академических исследованиях,[4][5] обучение[6][7] и контексты моделирования промышленной инженерии.[8]

Отличительные черты

FEATool Multiphysics - это полностью интегрированная среда моделирования физики и PDE, в которой процесс моделирования разделен на шесть шагов; предварительная обработка (CAD и геометрическое моделирование ), сетка и генерация сетки, физика и спецификация УЧП, спецификация граничных условий, решение, а также постобработка и визуализация.[9]

1. Режим геометрии2. Режим сетки3. Мультифизический режим
Генерация геометрии и импорт САПР
Автоматическое создание сетки и сетки
Спецификация подобласти, уравнения и коэффициента
4. Граничный режим5. Режим решения6. Режим публикации
Спецификация граничных условий
Решение систем PDE
Постобработка и визуализация результатов

Простой в использовании графический интерфейс

Графический интерфейс пользователя (GUI) FEATool, показанный выше, был разработан для простоты использования и минимальных предварительных знаний.[10] В частности, благодаря полной интеграции инструментов САПР и моделирования пользователи могут переключаться между режимами предварительной обработки, анализа и последующей обработки для изменения параметров моделирования, модификации геометрии и сеток, оценки решения и визуализации. Таким образом, FEATool может компенсировать любые накладные расходы на производительность, экономя время пользователей на настройке и анализе проблем.[11]

Интерфейсы решателя OpenFOAM и SU2 CFD

FEATool представил функцию мульти-моделирования, с помощью которой разрабатываются интерфейсы для популярных академических решателей и решателей с открытым исходным кодом. Эта функция позволяет использовать эти решатели из графического интерфейса пользователя FEATool и интерфейса командной строки без детального знания синтаксиса или особенностей каждого решателя.

Интерфейсы решателя CFD позволяют решать задачи гидродинамики с помощью решателей CFD конечного объема. OpenFOAM[12] и SU2. Использование интерфейсов автоматически преобразует несжимаемые модели Navier-Stokes FEATool в совместимые файлы сеток OpenFOAM / SU2, границ и управляющих словарей, запускает моделирование, а затем импортирует и интерполирует полученные решения обратно в FEATool. Таким образом, более продвинутые, большие и параллельные модели CFD, например, включая турбулентность, можно моделировать, не выходя из интерфейса FEATool.

Интерфейс мультифизического решателя FEniCS

Подобно интерфейсам решателя OpenFOAM и SU2, FEATool также имеет полностью интегрированный интерфейс для FEniCS общая программа МКЭ и мультифизический решатель.[13] Используя интерфейс FEATool-FEniCS, поскольку оба кода содержат языки определения PDE, мультифизические задачи могут быть автоматически переведены и преобразованы в FEniCS. Python файлы определений, после которых выполняются системные вызовы решателя FEniCS, и полученное решение повторно импортируется.

Интерфейс командной строки с полной поддержкой сценариев

Операции с графическим интерфейсом пользователя записываются как эквивалентные вызовы функций, и поэтому в дополнение к двоичным форматам имитационные модели FEATool также могут быть сохранены и экспортированы как полностью редактируемые и доступные для сценариев, совместимые с MATLAB м-скрипт файлы.[14] Краткий сценарий MATLAB ниже иллюстрирует, как полный обтекание цилиндра вычислительная гидродинамика (CFD) Тестовая задача может быть определена и решена с помощью функций m-скрипта FEATool (включая геометрию, создание сетки, определение проблемы, решение и постобработку - все в нескольких строках кода).[15][16][17] В частности, на заказ уравнения в частных производных (PDE) а выражения можно просто вводить и оценивать как строковые выражения как есть, без необходимости дальнейшей компиляции или написания пользовательских функций.[18]

% Геометрия и создание сетки.fea.sdim = { 'Икс' 'y' };fea.geom.объекты = { gobj_rectangle( 0, 2.2, 0, 0.41, 'R1' ), ...                     gobj_circle( [0.2 0.2], 0.05, 'C1' ) };fea = geom_apply_formula( fea, 'R1-C1' );fea.сетка = Gridgen( fea, 'hmax', 0.02 );% Постановка задачи (режим мультифизики несжимаемых уравнений Навье-Стокса).fea = addphys( fea, @Navierstokes );% Укажите вязкость жидкости (плотность по умолчанию 1).fea.физ.нс.уравнение.Coef{2,конец} = { 0.001 };% Граничные условия (Неуказанные границы% по умолчанию, предписанные без проскальзывания стенок с нулевой скоростью).% Притока (bc тип 2) на границе 4.fea.физ.нс.бдр.сел(4) = 2;% Отток (bc тип 3, нулевое давление) на границе 2.fea.физ.нс.бдр.сел(2) = 3;% Выражение x-скорости параболического профиля притока.fea.физ.нс.бдр.Coef{2,конец}{1,4} = '4 * 0,3 * y * (0,41-y) /0,41^2';% Проверить, проанализировать и решить проблему.fea = парсефис( fea );fea = parseprob( fea );fea.соль.ты = сольвестат( fea );% Альтернативно решить с OpenFOAM или SU2% fea.sol.u = openfoam (fea);% fea.sol.u = su2 (fea);% Постобработка и визуализация.постпроект( fea, Surfexpr, 'sqrt (u ^ 2 + v ^ 2)', ...               'arrowexpr', {'ты' 'v'} )p_cyl_front = Evalexpr( 'п', [0.15; 0.2], fea );p_cyl_back  = evalexpr ('p', [0,25; 0.2], fea );delta_p_computed  = p_cyl_front - p_cyl_backdelta_p_reference = 0.117520

Интерфейсы внешнего генератора сетки

Подобно внешним интерфейсам решателя, FEATool имеет встроенную поддержку Gmsh[19] и треугольник[20] генераторы сеток. Если требуется вместо встроенного алгоритма генерации сетки,[21] FEATool преобразует и экспортирует соответствующие файлы входных данных Gridgen2D, Gmsh или Triangle, вызовет генераторы сеток через внешние системные вызовы и повторно импортирует полученные сетки в FEATool.

Другие отличительные особенности

  • Автономная работа (без MATLAB) или может использоваться как набор инструментов MATLAB.
  • Полностью кроссплатформенная совместимость с MATLAB, включая другие наборы инструментов.
  • Обширная библиотека базисных функций МКЭ (линейные и соответствующие P1-П5, неконформная, пузырьковая и векторная дискретизация МКЭ).
  • Поддержка структурированных и неструктурированных линейных интервалов, треугольников, четырехугольников, четырехгранных и шестигранных элементов сетки.
  • 28 предварительно определенных уравнений и мультифизических режимов в 1D, 2D, декартовых и цилиндрических координатах, а также в полном 3D.
  • Поддержка настраиваемых пользователем уравнений в частных производных.
  • Импорт, экспорт и преобразование сетки и геометрии между OpenFOAM, SU2, Долфин /FEniCS XML, GiD,[22] Gmsh, GMV,[23] Треугольник (PSLG) и простой ASCII форматы сетки.[24]
  • Постобработка онлайн и экспорт изображений с ParaView Взглянуть мельком, Сюжетно, и обмен результатами в социальных сетях.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Домашняя страница FEATool Multiphysics".
  2. ^ "Мультифизическое моделирование методом конечных элементов для MATLAB !? (Engineer.com)".
  3. ^ "Инжиниринг - Мультифизическое моделирование методом конечных элементов для MATLAB (engineering.com)".
  4. ^ «Моделирование влияния повышения концентрации глюкозы на внутриглазное давление. Летняя программа CSURE 2014» (PDF).
  5. ^ «Моделирование в нескольких масштабах для прогнозного анализа деформации материала» (PDF).
  6. ^ «Кафедра гражданского строительства Университета Мемфиса CIVIL 7117, примечания к курсу».
  7. ^ «Факультет математики Университета Ламар, примечания к курсу».
  8. ^ «Моделирование оптимизации топологии с помощью MATLAB и FEATool Multiphysics».
  9. ^ "Пакет онлайн-документации FEATool Multiphysics".
  10. ^ «Разработка простого в использовании программного обеспечения для моделирования и технического обеспечения».
  11. ^ "Что такое мультифизическое моделирование CAE?". Архивировано из оригинал на 2017-03-24. Получено 2017-03-23.
  12. ^ OpenCFD. «OpenFOAM® - официальный сайт Open Source Computational Fluid Dynamics (CFD) Toolbox». www.openfoam.com. В архиве из оригинала 22 сентября 2016 г.
  13. ^ "Страница проекта FEniCS". Проект FEniCS. Получено 28 июля 2016.
  14. ^ "Выбор редактора цифровой инженерии: FEATool Multiphysics 1.4 (digitaleng.news)". Архивировано из оригинал на 2018-07-24. Получено 2018-07-23.
  15. ^ Де Вал Дэвис, Г. (1996). «Контрольные расчеты ламинарного обтекания цилиндра». Моделирование потока с помощью высокопроизводительных компьютеров II, Заметки о численной гидродинамике. 52 (3): 547–566. Дои:10.1002 / пол.1650030305.
  16. ^ О методах высшего порядка для стационарных уравнений Навье-Стокса несжимаемой жидкости (Кандидат наук). Гейдельбергский университет. 1998 г. CiteSeerX  10.1.1.38.533.
  17. ^ Джон, Волкер; Мэттис, Гунар (2001). «Дискретизация конечных элементов высшего порядка в тестовой задаче для несжимаемых потоков». Международный журнал численных методов в жидкостях. 37 (8): 885–903. CiteSeerX  10.1.1.42.8087. Дои:10.1002 / пол.195.
  18. ^ "Пользовательское уравнение Блэка-Шоулза и руководство по моделированию PDE".
  19. ^ «Сравнение генераторов сеток с открытым исходным кодом (GiD, Gmsh и Triangle)».
  20. ^ Шевчук, Джонатан Ричард (1996). Треугольник: разработка генератора 2D-сетки и триангулятора Делоне.. Прикладная вычислительная геометрия в геометрической инженерии. Конспект лекций по информатике. 1148. стр.203–222. CiteSeerX  10.1.1.62.1901. Дои:10.1007 / BFb0014497. ISBN  978-3-540-61785-3.
  21. ^ Перссон, Пер-Олоф; Стрэнг, Гилберт (2004). «Простой генератор сеток в MATLAB». SIAM Обзор. 46 (2): 329–345. CiteSeerX  10.1.1.84.7905. Дои:10.1137 / S0036144503429121.
  22. ^ "GiD - Персональная домашняя страница пре- и постпроцессора".
  23. ^ "GMV - Домашняя страница General Mesh Viewer". Архивировано из оригинал в 2013-09-26. Получено 2018-07-23.
  24. ^ «Технические характеристики FEATool Multiphysics».

Внешние ссылки и ресурсы