برنامج FEATool Multiphysics

يتميز برنامج FEATool بخاصية المحاكاة/الحل المتعدد، حيث يوفر واجهات مستخدم متكاملة لبرامج الحل مفتوحة المصدر الشائعة. يتيح ذلك استخدام عدة برامج حل من خلال واجهة مستخدم رسومية وواجهة سطر أوامر واحدة، دون الحاجة إلى معرفة تفصيلية بكل برنامج. كما تتيح واجهات برنامج حل ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) حل مسائل ديناميكيات الموائع باستخدام برامج حل ديناميكيات الموائع الحسابية ذات الحجم المحدود OpenFOAM ^{[ 10 ]} و SU2، دون الحاجة إلى مغادرة واجهة FEATool.

على غرار واجهات حل المعادلات في OpenFOAM وSU2، يتميز FEATool أيضًا بواجهة متكاملة تمامًا مع برنامج FEniCS لحل المعادلات العامة باستخدام طريقة العناصر المحدودة (FEM) والفيزياء المتعددة. ^{[ 11 ]} باستخدام واجهة FEATool-FEniCS، ونظرًا لأن كلا البرنامجين يدعمان لغات تعريف المعادلات التفاضلية الجزئية، يمكن ترجمة مسائل الفيزياء المتعددة وتحويلها تلقائيًا إلى ملفات تعريف FEniCS بلغة بايثون ، وبعد ذلك يتم استدعاء برنامج FEniCS، وإعادة استيراد الحل الناتج.

تُسجّل عمليات واجهة المستخدم الرسومية كاستدعاءات دوال مكافئة، وبالتالي، بالإضافة إلى التنسيقات الثنائية، يمكن حفظ نماذج محاكاة FEATool وتصديرها كملفات m-script متوافقة مع MATLAB وقابلة للتحرير بالكامل . ^{[ 12 ]} يوضح نص MATLAB القصير أدناه كيفية تعريف وحل مسألة قياس أداء ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) لتدفق كامل حول أسطوانة باستخدام دوال m-script الخاصة بـ FEATool (بما في ذلك الهندسة، وتوليد الشبكة، وتعريف المسألة، والحل، والمعالجة اللاحقة، كل ذلك في بضعة أسطر من التعليمات البرمجية). ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]} على وجه التحديد، يمكن إدخال المعادلات التفاضلية الجزئية (PDE) والتعبيرات المخصصة وتقييمها ببساطة كتعبيرات نصية كما هي، دون الحاجة إلى مزيد من التجميع أو كتابة دوال مخصصة. ^{[ 16 ]}

% توليد الهندسة والشبكة. 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 ) ;% تعريف المشكلة (معادلات نافيير-ستوكس غير القابلة للانضغاط في وضع الفيزياء المتعددة). fea = addphys ( fea , @ navierstokes );% تحديد لزوجة السائل (الكثافة هي القيمة الافتراضية 1). fea . phys . ns . eqn . coef { 2 , end } = { 0.001 };% شروط الحدود (الحدود غير المحددة هي % افتراضياً جدران بدون انزلاق وسرعة صفرية).% تدفق داخلي (نوع bc 2) عند الحد 4. fea . phys . ns . bdr . sel ( 4 ) = 2 ;% التدفق الخارجي (نوع bc 3، ضغط صفري) عند الحد 2. fea . phys . ns . bdr . sel ( 2 ) = 3 ;% تعبير سرعة التدفق المكافئ. fea . phys . ns . bdr . coef { 2 , end }{ 1 , 4 } = '4*0.3*y*(0.41-y)/0.41^2' ;% فحص وتحليل وحل المشكلة. fea = بارسيفيس ( fea ); fea = parseprob ( fea ); .​ سول . u = سوليفستات ( فيا )؛% أو حل باستخدام OpenFOAM أو SU2 % fea.sol.u = openfoam( fea ); % fea.sol.u = su2( fea );% المعالجة اللاحقة والتصور. 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

على غرار واجهات الحلول الخارجية، يوفر برنامج FEATool دعمًا مدمجًا لمولدات الشبكة Gmsh ^{[ 17 ]} وTriangle ^{[ 18 ]} . في حال طلب ذلك بدلًا من خوارزمية توليد الشبكة المدمجة ^{[ 19 ]} ، يقوم FEATool بتحويل وتصدير ملفات بيانات الإدخال المناسبة من نوع Gridgen2D أو Gmsh أو Triangle، ثم يستدعي مولدات الشبكة عبر استدعاءات النظام الخارجية، ويعيد استيراد الشبكات الناتجة إلى FEATool.

• يمكن تشغيله بشكل مستقل (بدون MATLAB) أو يمكن استخدامه كمجموعة أدوات MATLAB.
• التوافق التام بين منصات MATLAB المختلفة، بما في ذلك مجموعات الأدوات الأخرى .
• مكتبة واسعة من دوال الأساس FEM (التقسيمات الخطية والتوافقية عالية الرتبة P ₁ -P ₅ ، وغير التوافقية، والفقاعية، والمتجهة FEM).
• يسمح بعناصر الشبكة المنظمة وغير المنظمة ذات الفواصل الخطية، والمثلثات، والأشكال الرباعية، والأشكال الرباعية الأوجه، والأشكال السداسية الأوجه.
• يسمح بإنشاء معادلات تفاضلية جزئية مخصصة يحددها المستخدم .
• 28 معادلة محددة مسبقًا وأنماط متعددة الفيزياء في إحداثيات أحادية وثنائية الأبعاد ديكارتية وأسطوانية، بالإضافة إلى ثلاثية الأبعاد كاملة.
• استيراد وتصدير وتحويل الشبكات والهندسة بين تنسيقات OpenFOAM و SU2 وDolfin/ FEniCS XML وGiD و ^{[ 20 ]} Gmsh وGMV و ^{[ 21 ]} Triangle (PSLG) وتنسيقات شبكة ASCII العادية . ^{[ 22 ]}
• المعالجة اللاحقة عبر الإنترنت وتصدير الصور باستخدام ParaView Glance و Plotly ومشاركة النتائج على وسائل التواصل الاجتماعي.