FEATool Multiphysics - FEATool Multiphysics

FEATool Multiphysics
FEATool Multiphysics Toolbox s MATLAB GUI
FEATool Multiphysics Toolbox s MATLAB GUI
VývojářiPřesná simulace
Stabilní uvolnění
1.13 / 20. října 2020 (2020-10-20)
Úložištěgithub.com/ přesná simulace/ featool-multiphysics
NapsánoMATLAB, C, Fortran
Operační systémOkna, Linux, Mac OSX
TypPočítačem podporované inženýrství (CAE), multifyzika, analýza konečných prvků (FEA), simulační software
webová stránkawww.featool.com[1]

FEATool Multiphysics "Sada nástrojů pro analýzu konečných prvků pro Windows Multifyzika ") je fyzika, analýza konečných prvků (FEA), a PDE simulační sada nástrojů.[2] FEATool Multiphysics nabízí schopnost modelovat plně spojené přenos tepla, dynamika tekutin, chemické inženýrství, strukturální mechanika, interakce tekutina-struktura (FSI), elektromagnetické pole, stejně jako uživatelem definované a vlastní problémy PDE v 1D, 2D (osová symetrie ) nebo 3D, vše v grafickém uživatelském rozhraní (GUI ) nebo volitelně jako soubory skriptu.[3] FEATool byl zaměstnán a používán v akademickém výzkumu,[4][5] výuka,[6][7] a simulační kontexty průmyslového inženýrství.[8]

Charakteristické rysy

FEATool Multiphysics je plně integrované prostředí simulace fyziky a PDE, kde je proces modelování rozdělen do šesti kroků; předzpracování (CAD a geometrické modelování ), vytváření sítí a sítí, specifikace fyziky a PDE, specifikace okrajových podmínek, řešení a postprocesing a vizualizace.[9]

1. Geometrický režim2. Režim mřížky3. Multiphysics Mode
Generování geometrie a import CAD
Automatické vytváření sítí a mřížek
Specifikace subdomény, rovnice a koeficientu
4. Hraniční režim5. Režim řešení6. Post Mode
Specifikace mezních podmínek
Řešení PDE systémů
Postprocesing a vizualizace výsledků

Snadné použití GUI

Výše uvedené grafické uživatelské rozhraní (GUI) FEATool bylo navrženo pro snadné použití a minimální nezbytné znalosti.[10] Konkrétně díky plné integraci nástrojů CAD a simulačních nástrojů mohou uživatelé přepínat mezi režimy předzpracování, analýzy a následného zpracování za účelem změny parametrů simulace, úpravy geometrie a sítí, vyhodnocení a vizualizace řešení. Tímto způsobem může FEATool vyrovnat jakoukoli režii výkonu tím, že uživatelům ušetří čas s nastavením a analýzou problému.[11]

Rozhraní řešiče OpenFOAM a SU2 CFD

FEATool představil funkci multi-simulace, pomocí které jsou vyvíjena rozhraní s populárními akademickými a open-source řešiteli. Tato funkce umožňuje použití těchto řešičů z grafického uživatelského rozhraní a CLI FEATool bez podrobných znalostí syntaxe nebo zvláštností každého řešitele.

Rozhraní řešení CFD umožňují řešit problémy s dynamikou tekutin pomocí řešení CFD s konečným objemem OpenFOAM[12] a SU2. Pomocí rozhraní se automaticky převádějí nestlačitelné modely Navier-Stokes FEATool na kompatibilní soubory sítě OpenFOAM / SU2, hraniční a kontrolní slovníky, spouští se simulace a výsledná řešení se následně importují a interpolují zpět do FEATool. Tímto způsobem lze simulovat pokročilejší, větší a paralelní modely CFD, například včetně turbulence, aniž byste opustili rozhraní FEATool.

Rozhraní řešiče multiphysics FEniCS

Podobně jako rozhraní řešiče OpenFOAM a SU2 nabízí FEATool také plně integrované rozhraní pro FUNKCE obecný řešič MKP a multifyzika[13] Pomocí rozhraní FEATool-FEniCS, protože oba kódy obsahují jazyky definice PDE, lze automaticky překládat a převádět problémy s fyzikou na FEniCS Krajta definiční soubory, po kterých se provede systémová volání řešení FEniCS a výsledné řešení se znovu importuje.

Plně skriptovatelné rozhraní CLI

Provoz grafického uživatelského rozhraní se zaznamenává jako ekvivalentní volání funkcí, a proto lze kromě binárních formátů simulační modely FEATool také ukládat a exportovat jako plně skriptovatelné a upravitelné kompatibilní s MATLABem m-skript soubory.[14] Níže uvedený krátký skript MATLAB ilustruje, jak kompletní tok kolem válce výpočetní dynamika tekutin (CFD) referenční problém lze definovat a vyřešit pomocí funkcí m-skriptu FEATool (včetně geometrie, generování mřížky, definice problému, řešení a postprocesing vše v několika řádcích kódu).[15][16][17] Konkrétně vlastní parciální diferenciální rovnice (PDE) a výrazy lze jednoduše zadat a vyhodnotit jako řetězcové výrazy tak, jak jsou, bez nutnosti další kompilace nebo psaní vlastních funkcí.[18]

% Geometrie a generování sítě.fea.sdim = { 'X' 'y' };fea.geom.předměty = { 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.mřížka = gridgen( fea, 'hmax', 0.02 );% Definice problému (vícefyzikální režim nestlačitelných Navier-Stokesových rovnic).fea = addphys( fea, @navierstokes );% Předepište viskozitu kapaliny (hustota je výchozí 1).fea.fyz.ns.ekv.kuchař{2,konec} = { 0.001 };% Mezní podmínky (nespecifikované hranice jsou% za výchozí předepsané protiskluzové stěny nulové rychlosti).% Přítoku (bc typ 2) na hranici 4.fea.fyz.ns.bdr.sel(4) = 2;% Odtoku (BC typ 3, nulový tlak) na hranici 2.fea.fyz.ns.bdr.sel(2) = 3;% Parabolický přítokový profil x-rychlostní vyjádření.fea.fyz.ns.bdr.kuchař{2,konec}{1,4} = „4 * 0,3 * r * (0,41 r) / 0,41 ^ 2“;% Zkontrolujte, analyzujte a vyřešte problém.fea = parsephys( fea );fea = parseprob( fea );fea.sol.u = solvestat( fea );% Alternativně vyřešte pomocí OpenFOAM nebo SU2% fea.sol.u = openfoam (fea);% fea.sol.u = su2 (fea);% Postprocesing a vizualizace.postplot( fea, 'surfexpr', 'sqrt (u ^ 2 + v ^ 2)', ...               'arrowexpr', {'u' 'proti'} )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_backdelta_p_reference = 0.117520

Rozhraní externího generátoru sítě

Podobně jako rozhraní externího řešiče má FEATool integrovanou podporu pro Gmsh[19] a trojúhelník[20] generátory sítí. Pokud je požadováno místo integrovaného algoritmu generování sítě,[21] FEATool převede a exportuje příslušné vstupní datové soubory Gridgen2D, Gmsh nebo Triangle, zavolá generátory sítí prostřednictvím externích systémových volání a znovu importuje výsledné mřížky do FEATool.

Další charakteristické rysy

  • Samostatný provoz (bez MATLABu) nebo může být použit jako sada nástrojů MATLAB.
  • Plně multiplatformní interoperabilita MATLAB včetně dalších nástrojů.
  • Rozsáhlá knihovna základních funkcí FEM (lineární a vyšší řád vyhovující P1-P5, nekonformní, bublinová a vektorová diskretizace FEM).
  • Podpora pro strukturované a nestrukturované intervaly čar, trojúhelníky, čtyřstěny, čtyřboké a šestihranné prvky sítě.
  • 28 předdefinovaných rovnic a vícefyzikálních režimů v 1D, 2D kartézských a válcových souřadnicích, stejně jako plné 3D.
  • Podpora vlastních uživatelsky definovaných rovnic PDE.
  • Import a export sítě a geometrie mezi nimi OpenFOAM, SU2, Dolfin /FUNKCE XML, GiD,[22] Gmsh, GMV,[23] Trojúhelník (PSLG) a rovina ASCII formáty mřížky.[24]
  • Online postprocssing a export obrázků s ParaView Pohled, Spiknutí a sociální sdílení výsledků.

Viz také

Reference

  1. ^ „Domovská stránka FEATool Multiphysics“.
  2. ^ „FEM Multiphysics Simulation for MATLAB !? (engineer.com)“.
  3. ^ „Engineering - FEM Multiphysics Simulation for MATLAB (engineering.com)“.
  4. ^ „Modelování účinků zvýšené koncentrace glukózy na nitrooční tlak CSURE 2014 letní program“ (PDF).
  5. ^ „Vícerozměrové modelování pro prediktivní analýzu deformací materiálu“ (PDF).
  6. ^ „Katedra stavebního inženýrství na University of Memphis CIVIL 7117 poznámky k kurzu“.
  7. ^ "Katedra matematiky na Lamar University poznámky z kurzu".
  8. ^ „Modelování optimalizace topologie s MATLAB a FEATool Multiphysics“.
  9. ^ „Sada online dokumentace FEATool Multiphysics“.
  10. ^ „Návrh snadno použitelného simulačního a technického softwaru“.
  11. ^ „Co je simulace Multiphysics CAE?“. Archivovány od originál dne 2017-03-24. Citováno 2017-03-23.
  12. ^ OpenCFD. „OpenFOAM® - oficiální domov souboru nástrojů Open Source Computational Fluid Dynamics (CFD)“. www.openfoam.com. Archivováno z původního dne 22. září 2016.
  13. ^ „Stránka projektu FEniCS“. Projekt FEniCS. Citováno 28. července 2016.
  14. ^ „Výběr redakce digitálního inženýrství: FEATool Multiphysics 1.4 (digitaleng.news)“. Archivovány od originál dne 2018-07-24. Citováno 2018-07-23.
  15. ^ De Vahl Davis, G. (1996). "Srovnávací výpočty laminárního proudění kolem válce". Simulace toku s vysoce výkonnými počítači II, poznámky k numerické dynamice tekutin. 52 (3): 547–566. doi:10.1002 / fld.1650030305.
  16. ^ Na metodách vyššího řádu pro stacionární nestlačitelné Navier-Stokesovy rovnice (PhD). University of Heidelberg. 1998. CiteSeerX  10.1.1.38.533.
  17. ^ John, Volker; Matthies, Gunar (2001). "Vyššího řádu diskretizace konečných prvků v referenčním problému pro nestlačitelné toky". International Journal for Numerical Methods in Fluids. 37 (8): 885–903. CiteSeerX  10.1.1.42.8087. doi:10.1002 / fld.195.
  18. ^ „Výukový program Black-Scholes pro vlastní rovnici a modelování PDE“.
  19. ^ "Porovnání generátorů sítě s otevřeným zdrojovým kódem (GiD, Gmsh a Triangle)".
  20. ^ Shewchuk, Jonathan Richard (1996). Triangle: Engineering a 2D quality mesh generator and Delaunay triangulator. Aplikovaná výpočetní geometrie směrem ke geometrickému inženýrství. Přednášky z informatiky. 1148. str.203–222. CiteSeerX  10.1.1.62.1901. doi:10.1007 / BFb0014497. ISBN  978-3-540-61785-3.
  21. ^ Persson, Per-Olof; Strang, Gilbert (2004). Msgstr "Jednoduchý generátor sítě v MATLABu". Recenze SIAM. 46 (2): 329–345. CiteSeerX  10.1.1.84.7905. doi:10.1137 / S0036144503429121.
  22. ^ „GiD - osobní domovská stránka před a po zpracování“.
  23. ^ „GMV - domovská stránka prohlížeče General Mesh Viewer“. Archivovány od originál dne 26. 9. 2013. Citováno 2018-07-23.
  24. ^ „FEATool Multiphysics technické specifikace“.

Externí odkazy a zdroje