FEATool Multiphysics ("Caja de herramientas de análisis de elementos finitos para multifísica ") es una caja de herramientas de física, análisis de elementos finitos (FEA) y simulación de PDE . [2] FEATool Multiphysics presenta la capacidad de modelar transferencia de calor totalmente acoplada , dinámica de fluidos , ingeniería química , mecánica estructural , interacción fluido-estructura (FSI) , electromagnetismo , así como problemas de PDE personalizados y definidos por el usuario en 1D, 2D ( axisimetría ), o 3D, todo dentro de una interfaz gráfica de usuario ( GUI ) o, opcionalmente, como archivos de script. [3]FEATool ha sido empleado y utilizado en investigación académica, [4] [5] docencia, [6] [7] y contextos de simulación de ingeniería industrial. [8]
Desarrollador (es) | Simulación precisa |
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Lanzamiento estable | 1.14 / 19 de abril de 2021 |
Repositorio | github |
Escrito en | MATLAB , C , Fortran |
Sistema operativo | Windows , Linux , Mac OSX |
Tipo | Ingeniería asistida por computadora (CAE) , multifísica , análisis de elementos finitos (FEA) , software de simulación |
Sitio web | www |
Características distintivas
FEATool Multiphysics es un entorno de simulación de física y PDE totalmente integrado en el que el proceso de modelado se subdivide en seis pasos; preprocesamiento ( CAD y modelado de geometría ), generación de mallas y cuadrículas , especificación física y PDE, especificación de condiciones de contorno, solución y posprocesamiento y visualización. [9]
1. Modo de geometría | 2. Modo cuadrícula | 3. Modo multifísico |
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4. Modo de límite | 5. Modo de resolución | 6. Modo de publicación |
GUI fácil de usar
La interfaz gráfica de usuario (GUI) de FEATool que se muestra arriba se diseñó para facilitar su uso y tener un conocimiento previo mínimo. [10] Específicamente, debido a la integración completa de CAD y herramientas de simulación, los usuarios pueden cambiar entre los modos de preprocesamiento, análisis y posprocesamiento para cambiar los parámetros de simulación, modificar la geometría y las mallas, evaluar la solución y visualizarla. De esta manera, FEATool puede compensar cualquier sobrecarga de rendimiento ahorrando tiempo a los usuarios con la configuración y el análisis de problemas. [11]
Interfaces de resolución OpenFOAM y SU2 CFD
FEATool ha introducido una función de simulación múltiple mediante la cual se desarrollan interfaces para solucionadores académicos y de código abierto populares. Esta función permite que estos solucionadores se utilicen desde la GUI y la CLI de FEATool sin un conocimiento detallado de la sintaxis o peculiaridades de cada solucionador.
Las interfaces de resolución de CFD permiten resolver problemas de dinámica de fluidos con los solucionadores de CFD de volumen finito OpenFOAM [12] y SU2 . El uso de las interfaces convierte automáticamente los modelos FEATool incompresibles de Navier-Stokes en archivos de diccionario de control, límites y mallas OpenFOAM / SU2 compatibles, ejecuta simulaciones y luego importa e interpola las soluciones resultantes de nuevo en FEATool. De esta manera, se pueden simular modelos CFD más avanzados, más grandes y paralelos, por ejemplo, que incluyen turbulencias, sin salir de la interfaz FEATool.
Interfaz de solucionador multifísico FEniCS
Similar a las interfaces de resolución de OpenFOAM y SU2, FEATool también cuenta con una interfaz totalmente integrada para el solucionador de multifísica y FEM general FEniCS . [13] Usando la interfaz FEATool-FEniCS, ya que ambos códigos cuentan con lenguajes de definición PDE, los problemas multifísicos se pueden traducir y convertir automáticamente a archivos de definición FEniCS Python , después de lo cual se realizan llamadas al sistema al solucionador FEniCS y se vuelve a importar la solución resultante .
Interfaz CLI completamente programable
La operación de la GUI se registra como llamadas de función equivalentes y, por lo tanto, además de los formatos binarios, los modelos de simulación de FEATool también se pueden guardar y exportar como archivos de m-script compatibles con MATLAB totalmente programables y editables . [14] El breve script de MATLAB a continuación ilustra cómo un flujo completo alrededor de un problema de referencia de dinámica de fluidos computacional (CFD) de cilindros puede definirse y resolverse con las funciones de script m de FEATool (incluida la geometría, la generación de cuadrículas, la definición de problemas, la resolución y el posprocesamiento todo en unas pocas líneas de código). [15] [16] [17] Específicamente, las ecuaciones diferenciales parciales (PDE) y las expresiones personalizadas pueden simplemente ingresarse y evaluarse como expresiones de cadena tal como están, sin necesidad de compilación adicional o escritura de funciones personalizadas. [18]
% Geometría y generación de mallas.fea . sdim = { 'x' 'y' }; fea . geom . objetos = { 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 . cuadrícula = cuadrícula ( fea , 'hmax' , 0.02 ); % Definición del problema (modo multifísico de ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles).fea = addphys ( fea , @ navierstokes ); % Prescriba la viscosidad del fluido (la densidad es 1 por defecto).fea . Phys . ns . eqn . coef { 2 , end } = { 0.001 }; % Condiciones de contorno (los límites no especificados son% según las paredes de velocidad cero antideslizantes prescritas por defecto).% De entrada (bc tipo 2) en el límite 4.fea . Phys . ns . hab . sel ( 4 ) = 2 ; % De flujo de salida (bc tipo 3, presión cero) en el límite 2.fea . Phys . ns . hab . sel ( 2 ) = 3 ; % Expresión de velocidad x del perfil de flujo de entrada parabólico.fea . Phys . ns . hab . coef { 2 , end } { 1 , 4 } = '4 * 0.3 * y * (0.41-y) /0.41^2' ; % Compruebe, analice y resuelva el problema.fea = parsephys ( fea ); fea = parseprob ( fea ); fea . sol . u = solvestat ( fea ); % Resuelva alternativamente con OpenFOAM o SU2% fea.sol.u = espuma abierta (fea);% fea.sol.u = su2 (fea);% Postprocesamiento y visualización.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
Interfaces externas del generador de malla
Similar a las interfaces de resolución externa, FEATool presenta soporte incorporado para los generadores de malla Gmsh [19] y Triangle [20] . Si se solicita en lugar del algoritmo de generación de malla incorporado, [21] FEATool convertirá y exportará los archivos de datos de entrada Gridgen2D, Gmsh o Triangle apropiados, llamará a los generadores de malla a través de llamadas al sistema externo y volverá a importar las cuadrículas resultantes a FEATool.
Otras características distintivas
- Funcionamiento autónomo (sin MATLAB) o se puede utilizar como caja de herramientas de MATLAB.
- Interoperabilidad de MATLAB totalmente multiplataforma, incluidas otras cajas de herramientas.
- Amplia biblioteca de funciones de base FEM ( discretizaciones FEM lineales y de alto orden P 1 -P 5 , discretizaciones FEM no conformes, de burbujas y vectoriales).
- Soporte para elementos de malla de intervalos, triángulos, cuadriláteros, tetraédricos y hexaédricos estructurados y no estructurados.
- 28 ecuaciones predefinidas y modos multifísicos en coordenadas 1D, 2D cartesianas y cilíndricas, así como 3D completo.
- Soporte para ecuaciones PDE personalizadas definidas por el usuario.
- Importación, exportación y conversión de malla y geometría entre formatos de cuadrícula OpenFOAM , SU2 , Dolfin / FEniCS XML, GiD, [22] Gmsh , GMV, [23] Triangle (PSLG) y ASCII simple . [24]
- Posprocesamiento en línea y exportación de imágenes con ParaView Glance, Plotly y el intercambio social de resultados.
Ver también
- Multifísica
- Ingeniería asistida por computadora (CAE)
- Mecánica de Medios Continuos
- Método de elementos finitos (FEM)
Referencias
- ^ "Página de inicio de FEATool Multiphysics" .
- ^ "¿Simulación de multifísica FEM para MATLAB !? (engineer.com)" .
- ^ "Ingeniería - Simulación multifísica FEM para MATLAB (engineering.com)" .
- ^ "Modelado de los efectos del aumento de la concentración de glucosa en la presión intraocular Programa de verano CSURE 2014" (PDF) .
- ^ "Modelado de múltiples escalas para el análisis predictivo de la deformación del material" (PDF) .
- ^ "el Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Memphis CIVIL 7117 notas del curso" .
- ^ "Notas del curso del Departamento de Matemáticas de la Universidad Lamar" .
- ^ "Modelado de optimización de topología con MATLAB y FEATool Multiphysics" .
- ^ "Suite de documentación en línea FEATool Multiphysics" .
- ^ "Diseño de software técnico y de simulación fácil de usar" .
- ^ "¿Qué es la simulación CAE multifísica?" . Archivado desde el original el 24 de marzo de 2017 . Consultado el 23 de marzo de 2017 .
- ^ OpenCFD. "OpenFOAM® - Hogar oficial de la caja de herramientas de dinámica de fluidos computacional (CFD) de código abierto" . www.openfoam.com . Archivado desde el original el 22 de septiembre de 2016.
- ^ "La página del proyecto FEniCS" . El Proyecto FEniCS . Consultado el 28 de julio de 2016 .
- ^ "Selección del editor de ingeniería digital: FEATool Multiphysics 1.4 (digitaleng.news)" . Archivado desde el original el 24 de julio de 2018 . Consultado el 23 de julio de 2018 .
- ^ De Vahl Davis, G. (1996). "Cálculos de referencia de flujo laminar alrededor de un cilindro". Simulación de flujo con computadoras de alto rendimiento II, Notas sobre dinámica numérica de fluidos . 52 (3): 547–566. doi : 10.1002 / fld.1650030305 .
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- ^ John, Volker; Matthies, Gunar (2001). "Discretizaciones de elementos finitos de orden superior en un problema de referencia para flujos incompresibles". Revista internacional de métodos numéricos en fluidos . 37 (8): 885–903. CiteSeerX 10.1.1.42.8087 . doi : 10.1002 / fld.195 .
- ^ "Tutorial de modelado PDE y ecuaciones personalizadas de Black-Scholes" .
- ^ "Comparación de generadores de malla de código abierto (GiD, Gmsh y Triangle)" .
- ^ Shewchuk, Jonathan Richard (1996). Triángulo: Ingeniería de un generador de malla de calidad 2D y un triangulador de Delaunay . Geometría Computacional Aplicada a la Ingeniería Geométrica . Apuntes de conferencias en informática. 1148 . págs. 203–222 . CiteSeerX 10.1.1.62.1901 . doi : 10.1007 / BFb0014497 . ISBN 978-3-540-61785-3.
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- ^ "GiD - La página de inicio personal de pre y post procesador" .
- ^ "GMV - La página de inicio de General Mesh Viewer" . Archivado desde el original el 26 de septiembre de 2013 . Consultado el 23 de julio de 2018 .
- ^ "Especificaciones técnicas FEATool Multiphysics" .
Enlaces y recursos externos
- Sitio web de FEATool Multiphysics
- Tutoriales y modelos de escaparate de multifísica
- Blog y artículos técnicos de FEA
- Guía de inicio rápido de FEATool Multiphysics
- Documentación en línea de FEATool Multiphysics