FEATool Мультифизика
 FEATool Multiphysical Toolbox с графическим интерфейсом MATLAB | |
| Разработчики) | Точное моделирование |
|---|---|
| Стабильная версия | 1.16.5
/ 15 марта 2024 г. |
| Репозиторий | github |
| Написано в | MATLAB , C , Фортран |
| Операционная система | Windows , Linux , MacOSX |
| Тип | Компьютерное проектирование (CAE) , мультифизика , анализ методом конечных элементов (FEA) , программное обеспечение для моделирования |
| Веб-сайт | www |
FEATool Multiphysicals («Пакет инструментов анализа методом конечных элементов для мультифизики ») — это набор инструментов для моделирования физики, анализа методом конечных элементов (FEA) и уравнений в частных производных (PDE). [2] FEATool Multiphysicals позволяет моделировать полностью связанную теплопередачу , гидродинамику , химическую инженерию , строительную механику , взаимодействие жидкости со структурой (FSI) , электромагнетизм , а также определяемые пользователем и пользовательские задачи PDE в 1D, 2D ( осевая симметрия ) или 3D, все в графическом пользовательском интерфейсе ( GUI ) или, опционально, в виде файлов сценариев. [3] FEATool использовался в академических исследованиях. [4] [5] обучение, [6] [7] и контексты моделирования промышленного проектирования. [8]
Отличительные особенности [ править ]
FEATool Multiphysicals — это полностью интегрированная среда моделирования физики и PDE, в которой процесс моделирования разделен на шесть этапов; предварительная обработка ( CAD и геометрическое моделирование ), создание сеток и сеток , спецификация физики и PDE, спецификация граничных условий, решение , а также постобработка и визуализация. [9]
| 1. Режим геометрии | 2. Режим сетки | 3. Мультифизический режим |
|---|---|---|
 |
 |
 |
| 4. Граничный режим | 5. Режим решения | 6. Режим публикации |
 |
 |
 |
Простой в использовании графический интерфейс [ править ]
Показанный выше графический интерфейс пользователя FEATool (GUI) был разработан для простоты использования и минимальных необходимых знаний. [10] В частности, благодаря полной интеграции инструментов САПР и моделирования пользователи могут переключаться между режимами предварительной обработки, анализа и постобработки для изменения параметров моделирования, изменения геометрии и сеток, для оценки и визуализации решения. Таким образом, FEATool может компенсировать любые потери производительности, экономя время пользователей на настройке и анализе проблем. [11]
Интерфейсы решателя CFD OpenFOAM и SU2 [ править ]
FEATool представил функцию мультисимуляции, с помощью которой разрабатываются интерфейсы для популярных академических решателей и программ с открытым исходным кодом. Эта функция позволяет использовать эти решатели из графического пользовательского интерфейса FEATool и CLI без детального знания синтаксиса или особенностей каждого решателя.
Интерфейсы решателя CFD позволяют решать задачи гидродинамики с помощью решателей CFD конечного объема OpenFOAM. [12] и СУ2 . Использование интерфейсов автоматически преобразует несжимаемые модели FEATool Навье-Стокса в совместимые файлы сеток, границ и управляющих словарей OpenFOAM/SU2, запускает моделирование, а затем импортирует и интерполирует полученные решения обратно в FEATool. Таким образом, можно моделировать более сложные, крупные и параллельные модели CFD, например, включая турбулентность, не выходя из интерфейса FEATool.
Интерфейс мультифизического решателя FEniCS [ править ]
Подобно интерфейсам решателя OpenFOAM и SU2, FEATool также имеет полностью интегрированный интерфейс с FEniCS . общим FEM и мультифизическим решателем [13] Используя интерфейс FEATool-FEniCS, поскольку оба кода содержат языки определения PDE, мультифизические задачи могут автоматически транслироваться и преобразовываться в файлы определений FEniCS Python , после чего выполняются системные вызовы решателя FEniCS и повторно импортируется полученное решение.
Полностью скриптовый интерфейс CLI [ править ]
Операции с графическим пользовательским интерфейсом записываются как эквивалентные вызовы функций, и поэтому в дополнение к двоичным форматам имитационные модели FEATool также могут быть сохранены и экспортированы как полностью доступные для сценариев и редактируемые m-script, совместимые с MATLAB. файлы [14] полного обтекания цилиндра Короткий сценарий MATLAB, приведенный ниже, иллюстрирует, как эталонная задача вычислительной гидродинамики (CFD) может быть определена и решена с помощью функций m-скрипта FEATool (включая геометрию, построение сетки, постановку задачи, решение и постобработку — все в одном файле). несколько строк кода). [15] [16] [17] В частности, пользовательские уравнения в частных производных (PDE) и выражения можно просто вводить и оценивать как строковые выражения как есть, без необходимости дальнейшей компиляции или написания пользовательских функций. [18]
% Геометрия и генерация сетки.
феа . sdim = { 'x' 'y' };
феа . геом . 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' );
феа . сетка = Gridgen ( fea , 'hmax' , 0,02 );
% Постановка задачи (мультифизический режим несжимаемых уравнений Навье-Стокса).
fea = addphys ( fea , @navierstokes ) ;
% Задайте вязкость жидкости (плотность по умолчанию равна 1).
феа . физ . нс . уравнение . коэф { 2 , конец } = { 0,001 };
% Граничные условия (неуказанные границы представляют собой
% для предписанных по умолчанию противоскользящих стенок с нулевой скоростью).
% Приток (BC тип 2) на границе 4.
fea . физ . нс . бдр . сел ( 4 ) = 2 ;
% Отток (тип 3, нулевое давление) на границе 2.
fea . физ . нс . бдр . сел ( 2 ) = 3 ;
% Выражение x-скорости параболического профиля притока.
феа . физ . нс . бдр . coef { 2 , end }{ 1 , 4 } = '4*0,3*y*(0,41-y)/0,41^2' ;
% Проверьте, разберите и решите задачу.
феа = парсефиз ( феа );
феа = парсепроб ( феа );
феа . соль . и = решитьстат ( феа );
% Альтернативно решить с помощью OpenFOAM или SU2
% fea.sol.u = openfoam( fea );
%fea.sol.u = su2(fea);
% Постобработка и визуализация.
постплот ( fea , 'surfexpr' , 'sqrt(u^2+v^2)' , ...
'arrowexpr' , { 'u' 'v' } )
p_cyl_front = evalexpr ( 'p' , [ 0.15 ; 0.2 ], fea );
p_cyl_back = evalexpr ( 'p' , [ 0,25 ; 0,2 ], fea );
delta_p_computed = p_cyl_front - p_cyl_back
delta_p_reference = 0,117520
Интерфейсы внешнего генератора сетки [ править ]
Подобно внешним интерфейсам решателя, FEATool имеет встроенную поддержку Gmsh . [19] и треугольник [20] сетчатые генераторы. Если запросить вместо встроенного алгоритма генерации сетки, [21] FEATool преобразует и экспортирует соответствующие файлы входных данных Gridgen2D, Gmsh или Triangle, вызывает генераторы сеток посредством внешних системных вызовов и повторно импортирует полученные сетки в FEATool.
Другие отличительные особенности [ править ]
- Автономная работа (без MATLAB) или может использоваться как набор инструментов MATLAB.
- Полностью кросс-платформенная совместимость с MATLAB, включая другие наборы инструментов .
- Обширная библиотека базисных функций FEM (линейная и высокого порядка, соответствующая P 1 -P 5 , несоответствующая, пузырьковая и векторная дискретизация FEM).
- Поддержка структурированных и неструктурированных интервалов линий, треугольников, четырехугольников, тетраэдрических и шестигранных элементов сетки.
- 28 предопределенных уравнений и мультифизических режимов в 1D, 2D декартовых и цилиндрических координатах, а также в полном 3D.
- Поддержка пользовательских уравнений PDE .
- Импорт, экспорт и преобразование сетки и геометрии между OpenFOAM , SU2 , Dolfin/ FEniCS XML, GiD, [22] Гмш , ГМВ, [23] Треугольник (PSLG) и простой ASCII . формат сетки [24]
- Постобработка онлайн и экспорт изображений с помощью ParaView Glance, Plotly и обмен результатами в социальных сетях.
См. также [ править ]
- Мультифизика
- Компьютерное проектирование (CAE)
- Механика сплошных сред
- Метод конечных элементов (МКЭ)
Ссылки [ править ]
- ^ «Домашняя страница FEATool Multiphysicals» .
- ^ «Мультифизическое моделирование FEM для MATLAB!? (engineer.com)» .
- ^ «Инжиниринг — мультифизическое моделирование методом конечных элементов для MATLAB (engineering.com)» .
- ^ «Моделирование влияния повышенной концентрации глюкозы на внутриглазное давление. Летняя программа CSURE 2014» (PDF) .
- ^ «Многомасштабное моделирование для прогнозного анализа деформации материала» (PDF) .
- ^ «Конспекты курса CIVIL 7117 факультета гражданского строительства Университета Мемфиса» .
- ^ «Конспекты курса факультета математики Университета Ламара» .
- ^ «Моделирование оптимизации топологии с помощью MATLAB и FEATool Multiphysical» .
- ^ «Комплект онлайн-документации FEATool Multiphysicals» .
- ^ «Разработка простого в использовании программного обеспечения для моделирования и технического моделирования» .
- ^ «Что такое мультифизическое CAE-моделирование?» . Архивировано из оригинала 24 марта 2017 г. Проверено 23 марта 2017 г.
- ^ OpenCFD. «OpenFOAM® — официальный сайт набора инструментов для вычислительной гидродинамики (CFD) с открытым исходным кодом» . www.openfoam.com . Архивировано из оригинала 22 сентября 2016 года.
- ^ «Страница проекта FEniCS» . Проект ФЕНИКС . Архивировано из оригинала 5 марта 2023 года . Проверено 28 июля 2016 г.
- ^ «Выбор редактора отдела цифровой инженерии: FEATool Multiphysicals 1.4 (digitaleng.news)» . Архивировано из оригинала 24 июля 2018 г. Проверено 23 июля 2018 г.
- ^ Де Валь Дэвис, Г. (1996). «Эталонные расчеты ламинарного обтекания цилиндра». Моделирование потока с помощью высокопроизводительных компьютеров II, Заметки по численной гидродинамике . 52 (3): 547–566. дои : 10.1002/fld.1650030305 .
- ^ О методах высшего порядка для уравнений стационарной несжимаемой жидкости Навье-Стокса (доктор философии). Гейдельбергский университет. 1998. CiteSeerX 10.1.1.38.533 .
- ^ Джон, Волкер; Маттис, Гунар (2001). «Дискретизация конечных элементов высшего порядка в базовой задаче для несжимаемых потоков». Международный журнал численных методов в жидкостях . 37 (8): 885–903. Бибкод : 2001IJNMF..37..885J . CiteSeerX 10.1.1.42.8087 . дои : 10.1002/fld.195 . S2CID 15806686 .
- ^ «Учебное пособие по индивидуальному уравнению Блэка-Шоулза и моделированию PDE» .
- ^ «Сравнение генераторов сеток с открытым исходным кодом (GiD, Gmsh и Triangle)» . 6 марта 2018 г.
- ^ Шевчук, Джонатан Ричард (1996). «Треугольник: разработка генератора сетки 2D-качества и триангулятора Делоне» . Прикладная вычислительная геометрия в геометрической инженерии . Конспекты лекций по информатике. Том. 1148. С. 203–222 . CiteSeerX 10.1.1.62.1901 . дои : 10.1007/BFb0014497 . ISBN 978-3-540-61785-3 .
- ^ Перссон, Пер-Улоф; Стрэнг, Гилберт (2004). «Простой генератор сетки в MATLAB». Обзор СИАМ . 46 (2): 329–345. Бибкод : 2004SIAMR..46..329P . CiteSeerX 10.1.1.84.7905 . дои : 10.1137/S0036144503429121 .
- ^ «GiD — персональная домашняя страница пре- и постпроцессора» .
- ^ «GMV — домашняя страница General Mesh Viewer» . Архивировано из оригинала 26 сентября 2013 г. Проверено 23 июля 2018 г.
- ^ «Технические характеристики FEATool Multiphysicals» .
Внешние ссылки [ править ]