FEATool マルチフィジックス

FEATool マルチフィジックス

MATLAB GUI を備えた FEATool マルチフィジックス ツールボックス
開発者	正確なシミュレーション
安定リリース	1.17 / 2024年9月30日 ( 2024-09-30 )
リポジトリ	github.com/precise-simulation/featool-multiphysics
書かれた	MATLAB、C、Fortran
オペレーティング·システム	Windows、Linux、Mac OSX
タイプ	コンピュータ支援エンジニアリング (CAE)、マルチフィジックス、有限要素解析 (FEA)、シミュレーション ソフトウェア
Webサイト	www.featool.com [1]

FEATool Multiphysics ("Finite Element Analysis Toolbox for Multiphysics ") は、物理学、有限要素解析 (FEA)、偏微分方程式(PDE) シミュレーションツールボックスです。^[2] FEATool Multiphysics は、完全に結合した熱伝達、流体力学、化学工学、構造力学、流体構造相互作用 (FSI)、電磁気学、およびユーザー定義およびカスタム PDE 問題を 1D、2D (軸対称)、または 3D でモデル化する機能を備えており、すべてグラフィカルユーザーインターフェイス ( GUI ) 内、またはオプションでスクリプトファイルとして使用できます。^{[3] FEATool は、学術研究、 [4] [5]}教育、^{[6] [7]}および産業工学シミュレーションのコンテキストで採用され、使用されています。^[8]

FEATool Multiphysicsは完全に統合された物理およびPDEシミュレーション環境であり、モデリングプロセスは前処理（CADおよびジオメトリモデリング）、メッシュおよびグリッド生成、物理およびPDE仕様、境界条件仕様、ソリューション、後処理および可視化の6つのステップに分割されています。^[9]

FEATool では、一般的なオープンソース ソルバーへの統合インターフェイス (UI) を利用できるマルチシミュレーション/ソルバー機能が導入されました。これにより、各ソルバーの構文や特性に関する詳細な知識を必要とせずに、単一の統合 GUI と CLI から複数のソルバーを使用できるようになります。

CFDソルバーインターフェースを使用すると、有限体積CFDソルバーOpenFOAM ^[10]およびSU2を使用して流体力学問題を解くことができます。SU2およびOpenFOAM GUI ^[11]インターフェースを使用すると、流体力学モデルが互換性のある対応するメッシュ、境界、および制御辞書ファイルに自動的に変換され、シミュレーションが実行され、その後、結果のソリューションがツールボックスにインポートされて補間されます。このようにして、たとえば乱流を含む、より高度で大規模な並列CFDモデルをFEAToolインターフェースを離れることなくシミュレートできます。

OpenFOAMおよびSU2ソルバーインターフェースと同様に、FEAToolはFEniCS汎用FEMおよびマルチフィジックスソルバーへの完全に統合されたインターフェースも備えています。^[12] FEATool-FEniCSインターフェースを使用すると、両方のコードがPDE定義言語を備えているため、マルチフィジックス問題を自動的に翻訳してFEniCS Python定義ファイルに変換し、その後FEniCSソルバーを呼び出し、結果のソリューションを再インポートすることができます。

GUI操作は同等の関数呼び出しとして記録されるため、バイナリ形式に加えて、FEAToolシミュレーションモデルは完全にスクリプト化可能で編集可能なMATLAB互換のm-scriptファイルとして保存およびエクスポートすることもできます。^[13]以下の短いMATLABスクリプトは、シリンダー周りの完全な流れの数値流体力学（CFD）ベンチマーク問題をFEATool m-script関数（ジオメトリ、グリッド生成、問題定義、解決、および後処理のすべてを含む、数行のコード）を使用して定義および解決する方法を示しています。^{[14] [15] [16]}具体的には、カスタム偏微分方程式（PDE）と式をそのまま文字列式として入力して評価するだけでよく、追加のコンパイルやカスタム関数の作成は必要ありません。^[17]

% ジオメトリとメッシュ生成。
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 );     
          
                           
     
      

% 問題の定義（非圧縮ナビエ・ストークス方程式マルチフィジックスモード）。
fea = addphys ( fea , @ navierstokes );     

% 流体の粘度を指定します（密度はデフォルトで 1）。
fea . phys . ns . eqn . coef { 2 , end } = { 0.001 };    

% 境界条件 (指定されていない境界は
、デフォルトで規定された滑りなしゼロ速度壁ごとに % です)。


%境界4における流入量（bcタイプ2 ）。fea.phys.ns.bdr.sel （4 ）= 2 ;  


%境界2における流出量（bcタイプ3 、圧力ゼロ）。fea.phys.ns.bdr.sel ( 2 ) = 3 ;  

% 放物線流入プロファイルの x 速度式。
fea . phys . ns . bdr . coef { 2 , end }{ 1 , 4 } = '4*0.3*y*(0.41-y)/0.41^2' ;  

% 問題を確認、解析、解決します。
fea =パセフィス( fea ); fea =パーセプロブ( fea );フェア。ソル。u = solvestat ( fea );    
    
    

% あるいは OpenFOAM または SU2 で解きます
% fea.sol.u = openfoam( fea ); 
% fea.sol.u = su2( fea );

% 後処理と可視化。
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       
        
     
  

外部ソルバーインターフェースと同様に、FEAToolはGmsh ^[18]およびTriangle ^[19]メッシュジェネレーターの組み込みサポートを備えています。組み込みメッシュ生成アルゴリズムの代わりに要求された場合、^[20] FEAToolは適切なGridgen2D、Gmsh、またはTriangle入力データファイルを変換してエクスポートし、外部システムコールを介してメッシュジェネレーターを呼び出し、結果のグリッドをFEAToolに再インポートします。

• スタンドアロン操作（MATLAB なし）または MATLAB ツールボックスとして使用できます。
• 他のツールボックスを含む完全なクロスプラットフォーム MATLAB 相互運用性。
• 広範な FEM 基底関数ライブラリ (線形および高次の適合 P ₁ -P ₅、非適合、バブル、およびベクトル FEM 離散化)。
• 構造化および非構造化の線間隔、三角形、四辺形、四面体、六面体のメッシュ要素をサポートします。
• 1D、2D 直交座標と円筒座標、および完全な 3D での 28 の定義済み方程式とマルチフィジックス モード。
• カスタムユーザー定義のPDE方程式のサポート。
• メッシュとジオメトリのインポート、エクスポート、OpenFOAM、SU2、Dolfin/ FEniCS XML、GiD、^[21] Gmsh、GMV、^[22] Triangle（PSLG）、プレーンASCIIグリッド形式間の変換。^[23]
• ParaView Glance、Plotlyを使用したオンライン後処理と画像エクスポート、および結果のソーシャル共有。

• マルチフィジックス
• コンピュータ支援エンジニアリング (CAE)
• 連続体力学
• 有限要素法 (FEM)

• FEATool Multiphysics ウェブサイト