FEATool

FEATool Multiphysics
FEATool Multiphysics Toolbox with MATLAB GUI
ТипComputer-aided engineering (CAE), мультифізика, finite element analysis (FEA), simulation software
РозробникиPrecise Simulation
Стабільний випуск1.14 (19 квітня 2021)
Операційна системаUnix/Linux/Windows/Mac
Мова програмуванняMATLAB
Вебсайтwww.featool.com[1]

FEATool Multiphysics (Finite Element Analysis Toolbox for Multiphysics)  - це простий у використанні інструментарій моделювання фізики за допомогою методу скінченних елементів[2]в рівняннях часткових похідних для MATLAB[3]. FEATool Multiphysics надає можливість повністю моделювати задачі теплобміну, динаміки рідини, хімічних реакцій, структурної механіки та електромагнетизму в 1D, 2D (осесимметрія) або 3D, все це в зручному графічному інтерфейсі користувача(GUI)[4]. FEATool був спеціально розробленим для того, щоб використовуватись без необхідності консультаційної документації, тому знайшов використання в академічних дослідженнях, навчанні та моделювання промислової інженерії[5][6].

Особливості

[ред. | ред. код]

Повністю скриптовий інтерфейс

[ред. | ред. код]

FEATool Multiphysics - це повністю інтегроване середовище моделювання фізики та РЧП, включаючи попередню обробку, моделей CAD та геометрії, автоматичне створення сітки, знаходження розв'язку  та обробка результатів[7]. Операції з графічним інтерфейсом також записуються як еквівалентні функції MATLAB, тому, крім бінарних форматів, моделі також можуть бути збережені та експортовані як  скриптові файли m-script, сумісні з MATLAB та Octave[8]. Короткий сценарій MATLAB нижче демонструє, як можна обчислити повний потік навколо циліндра для задачі динаміки обчислювальної рідини(CFD) за допомогою функцій m-script FEATool[9][10][11]. Зокрема, звичайні рівняння з частинними похідними(РЧП) чи математичні вирази можна просто ввести і працювати з ними як із символьними виразами, без необхідності додаткової компіляції чи написання власних функцій[12]. 

% Генерація сітки та геометрії.
fea.sdim = { 'x' 'y' };
fea.geom.objects = { 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.grid = gridgen( fea, 'hmax', 0.02 );


% Постановка задачі
% (Нестиснуте рівняння Нав'є Стокса в режимі мультифізики).
fea = addphys( fea, @navierstokes );

% Вказуємо в'язкість рідини (Густина має значення за замовчуванням 1).
fea.phys.ns.eqn.coef{2,end} = { 0.001 };

% Граничні умови
% (не вказані межі за замовчуванням встановлюються як нековзкі стіни і нульовою швидкістю).

% Притік (гранична умова 2 типу) на границі 4.
fea.phys.ns.bdr.sel(4) = 2;

% Відтік (гранична умова 3 типу, нульовий тиск) на границі 2.
fea.phys.ns.bdr.sel(2) = 3;

% Параболічний притік вираз для швидкісті по x.
fea.phys.ns.bdr.coef{2,end}{1,4} = '4*0.3*y*(0.41-y)/0.41^2';


% Перевірити,зчитати, розв'язати
fea = parsephys( fea );
fea = parseprob( fea );
fea.sol.u = solvestat( fea );

% Альтернативний розв'язок за допомгою  OpenFOAM
% fea.sol.u = openfoam( fea );


% Обробка результатів та візуалізація.
postplot( 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

Зовнішнє моделювання програмних інтерфейсів

[ред. | ред. код]

FEATool Multiphysics також має вбудовану можливість інтегрувати коди інших систем моделювання, таким чином можна підключити зовнішні сіточні генератори DistMesh[13], Gmsh[14] і PSLG(трикутниками)[15], а також спеціальні розв'язувачі CFD, такі як OpenFOAM, і FEM solver FEniCS, що дозволяє використовувати високопродуктивні паралельні обчислення та мультифізичні симуляції, які слід налаштувати та виконувати безпосередньо в MATLAB та Octave[16].

Інші особливості

[ред. | ред. код]
  • Повністю інтегрований і простий у використанні графічний інтерфейс.
  • Багатоплатформеність, MATLAB та Octave сумісності, включаючи інші набори інструментів.
  • Великий вибір МСЕ у вигляді функцій бібліотеки (лінійний та високий порядок відповідає P1-P5, а також дискректизації МСЕ).
  • 15 заздалегідь визначених рівнянь та режимів мультифізики в 1D, 2D картезіанських та циліндричних координатах, а також повний 3D.
  • Підтримка користувальницьких рівнянь з частинними похідними.
  • Імпорт, експорт та перетворення сіткок та геометрій між OpenFOAM, Dolfin / FEniCS XML, GiD[17], Gmsh, GMV[18], PSLG(трикутниками) та звичайними форматами сітки в ASCII[19].

Дивись також

[ред. | ред. код]

Посилання

[ред. | ред. код]
  1. ↑ FEATool Multiphysics homepage.
  2. ↑ Савула, Ярема (2004). Числовий аналіз задач математичної фізики варіаційними методами. Львівський нац. ун-т ім. І. Франка. с. 222.
  3. ↑ FEM Multiphysics Simulation for MATLAB!? (engineer.com). Архів оригіналу за 12 червня 2018. Процитовано 21 травня 2018.
  4. ↑ Engineering - FEM Multiphysics Simulation for MATLAB (engineering.com). Архів оригіналу за 12 червня 2018. Процитовано 21 травня 2018.
  5. ↑ Modeling the Effects of Increased Glucose Concentration on Intraocular Pressure CSURE 2014 Summer Program (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 30 грудня 2020. Процитовано 21 травня 2018.
  6. ↑ Topology Optimization Modeling with MATLAB and FEATool Multiphysics. Архів оригіналу за 12 червня 2018. Процитовано 21 травня 2018.
  7. ↑ FEATool Multiphysics online documentation suite.
  8. ↑ Digital Engineering Editor’s Pick: FEATool Multiphysics 1.4 (digitaleng.news). Архів оригіналу за 12 червня 2018. Процитовано 21 травня 2018.
  9. ↑ Benchmark computations of laminar flow around a cylinder. Flow Simulation with High-Performance Computers II, Notes on Numerical Fluid Dynamics. 52: 547—566. 1996.
  10. ↑ On higher order methods for the stationary incompressible Navier-Stokes equations (PhD). University of Heidelberg. 1998. Архів оригіналу за 19 травня 2018. Процитовано 21 травня 2018.
  11. ↑ Higher-order finite element discretizations in a benchmark problem for incompressible flows. International Journal for Numerical Methods in Fluids. 37 (8): 885—903. 2001.
  12. ↑ Black-Scholes custom equation and PDE modeling tutorial.
  13. ↑ A Simple Mesh Generator in MATLAB. SIAM Review. 46 (2): 329—345. 2004.
  14. ↑ Comparison of open source mesh generators (DistMesh, Gmsh, and Triangle). Архів оригіналу за 12 червня 2018. Процитовано 21 травня 2018.
  15. ↑ Triangle: Engineering a 2D quality mesh generator and Delaunay triangulator. Applied Computational Geometry Towards Geometric Engineering. 1148: 203—222. 1996.
  16. ↑ What is Multiphysics CAE Simulation?. Архів оригіналу за 24 березня 2017. Процитовано 21 травня 2018.
  17. ↑ GiD - The personal pre and post processor homepage. Архів оригіналу за 26 березня 2022. Процитовано 24 квітня 2022.
  18. ↑ GMV - The General Mesh Viewer homepage. Архів оригіналу за 26 вересня 2013. Процитовано 21 травня 2018.
  19. ↑ FEATool Multiphysics technical specifications.

Зовнішні посилання та ресурси

[ред. | ред. код]