功能強大的專業(yè)數(shù)值分析軟件包FEMLAB

1、功能強大的專業(yè)數(shù)值分析軟件包FEMLABFEMLAB (Finite Element Modeling Laboratory)對于所有科學和工程領(lǐng)域內(nèi)物理過程的建模和仿真提供了一個嶄新的技術(shù)！l 通過FEMLAB的多物理場功能，你可以通過選擇不同的模塊同時模擬任意物理場組合的耦合分析；l 通過使用相應(yīng)模塊直接定義物理參數(shù)創(chuàng)建模型；l 使用基于方程的模型可以自由定義用戶自己的方程；多物理場問題一次輕松解決，擺脫多種軟件昂貴CAE 租用成本的夢魘，讓您一次就能輕松擁有超強功能，超低價格的CAE軟件。FEMLAB 具有強大的界面環(huán)境，以偏微分方程(PDEs) 的基礎(chǔ)，來建立模型并且解決科學及工程問題

2、。 FEMLAB 極具彈性及高度發(fā)展能力，能夠獨立處理并解決在工程及科學領(lǐng)域中，所包含的繁雜偏微分方程( PDEs) 耦合多變量問題之CAE 軟件。更重要的是，處理耦合問題的數(shù)目是沒有限制的。 FEMLAB提供新的技術(shù)，透過強大且直覺式的圖像使用者界面( Graphical User Interface ; GUI)，使你容易地在所有工程及科學的規(guī)范下，建立所需的設(shè)備及處理程序模型。FEMLAB 的主要特征是容易建立模型且可客戶化，能執(zhí)行1D、2D或是3D模型。1、 FEMLAB應(yīng)用領(lǐng)域：世界領(lǐng)先、功能強大的專業(yè)數(shù)值分析軟件包FEMLAB應(yīng)用領(lǐng)域：l 聲學l 生物科學l 化學反應(yīng)l 彌散l 電

3、磁學l 流體動力學l 燃燒罐l 地球科學l 熱傳導l 微電機系統(tǒng)l 微波工程l 光學l 光子學l 多孔介質(zhì)l 量子力學l 無線電頻率部件l 半導體設(shè)備l 結(jié)構(gòu)力學l 傳動現(xiàn)象l 波的傳播2、FEMLAB應(yīng)用模塊：雖然用戶可以自己通過建立幾何模型進行建模，決定采用何種方程并把它們輸入到軟件當中去，但是通常這些都不是必須的。FEMALB軟件核心包中集成了大量的模型，它們都是針對不同的物理領(lǐng)域，主要有：l 聲學l 集中彌散l 熱傳導l AC-DC電磁場l 靜電場l 靜磁場l 不可壓縮流體l 結(jié)構(gòu)力學l Helmholtz方程l Schrödinger方程l 波動方程l 廣義偏微分方程當你在

4、FEMLAB用戶界面中激活任意一個模型庫時，你所需做的只是建立幾何模型，提供必要的參數(shù)。你也可以針對你所有的幾何模型，或者是部分模型而有選擇的激活模型庫或者方程。3、FEMLAB模型庫如上面所提到的，應(yīng)用模型都是針對單一物理場的模型。但是大多數(shù)實際問題中，往往包含了多種物理場的疊加。為了幫助你理解怎樣使用FEMLAB軟件求解多場耦合問題，以及如何從創(chuàng)立自己的模型開始入手，F(xiàn)EMLAB標準版用戶可以獲得一張包含上百個演示例子的光盤。這些模型都非常具體而且使用，按照分類主要如下：l 聲學l 標準檢驗?zāi)Ｐ蚻 化學工程l 電磁學l 基于方程模型l 流體動力l 地球科學l 熱傳導l 跨專業(yè)模型l 多物理

5、場l 量子力學l 半導體設(shè)備l 結(jié)構(gòu)力學l 波的傳播另外，在化學工程模塊、電磁場模塊和結(jié)構(gòu)分析模塊中都分別包含了它們各自領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)模型庫。4、FEMLAB 在科研方面：定義和耦合任意數(shù)量偏微分方程的能力使得FEMLAB成為一個強大的分析工具。其靈活性和基于方程的建模方式可以幫助用戶深入在MEMS、納米技術(shù)、燃燒室、光子學、生物工程和許多其它領(lǐng)域內(nèi)的研究。5、FEMLAB在設(shè)計開發(fā)方面：FEMLAB軟件提供了一個快速、便捷的建模環(huán)境，這對設(shè)計開發(fā)完全適用。通過基于Java開發(fā)的界面環(huán)境，你可以快速的建模并通過改變參數(shù)來進行優(yōu)化設(shè)計。程序的開放式結(jié)構(gòu)和與MATLAB的集成對系統(tǒng)地進行模擬和分析提

6、供了一個完美的環(huán)境。6、FEMALB在教育方面FEMLAB模型模擬和顯示了所有物理和工程領(lǐng)域的應(yīng)用。使用它的基于方程建模途徑，使用者可以很容易地得到偏微分方程的詳細解答。軟件包的靈活性和易用性使FEMLAB軟件成為一個有效的教學工具。使用FEMLAB軟件可以大量地縮短在學習建模過程中所花費的時間，這樣可以讓老師和學生將更多的精力放在應(yīng)用分析和結(jié)果上。7、使用FEMLAB通過FEMLAB的交互建模環(huán)境，你可以從開始建立模型一直到分析結(jié)束，而不需要借助任何其它軟件；FEMLAB的集成工具可以確保你有效地進行建模過程的每一步驟。通過便捷的圖形環(huán)境，F(xiàn)EMLAB使得在不同步驟之間（如建立幾何模型、設(shè)定

7、物理參數(shù)、劃分網(wǎng)格、求解以及后處理）進行轉(zhuǎn)換相當方便，即使當你改變幾何模型尺寸，模型仍然保留邊界條件和約束方程。通過FEMLAB中基于Java的圖形交互界面，可以很直觀的創(chuàng)立模型。在界面環(huán)境下可以直接處理建模過程中的每一步操作，而不用通過繁瑣的導入模型或者在不同步驟之間進行編輯。上圖的模型解決了一個電動閥在靜電場和Navier-Stokes方程耦合作用下的分析。典型的建模過程包括如下步驟：1. 建立幾何模型： FEMLAB軟件提供了強大的CAD工具用于創(chuàng)立一維、二維和三維幾何實體模型。通過工作平面創(chuàng)立二維的幾何輪廓，并使用旋轉(zhuǎn)、拉伸等功能生成三維實體。你也可以直接使用基本幾何形狀（圓、矩形、塊

8、和球體）創(chuàng)立幾何模型，然后使用布爾操作形成復(fù)雜的實體形狀。你可以在FEMLAB軟件中引入其它軟件創(chuàng)建的模型。FEMLAB軟件的模型導入和修補功能可以支持DXF格式（用于二維）和IGES格式（用于三維）的文件。也可以導入二維的JPG、TIF和BMP文件并把它們轉(zhuǎn)化成為FEMLAB的幾何模型，對于三維結(jié)構(gòu)也同樣如此，甚至支持三維MRI（磁共振數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)。2. 定義物理參數(shù)：雖然使用常規(guī)的建模方式完全可以建立出模型，但是FEMLAB軟件可以使你的工作更加輕松方便。定義模型的物理參數(shù)只需要在預(yù)處理軟件中對變量進行簡單的設(shè)置，例如Navier-Stokes方程中的黏度和密度參數(shù)，以及電磁場中的傳導率和介

9、電常數(shù)等。參數(shù)可以是各向同性、各向異性的，可以是模型變量、空間坐標和時間的函數(shù)。3. 劃分有限元網(wǎng)格：FEMLAB網(wǎng)格生成器可以劃分三角形和四面體的網(wǎng)格單元。自適應(yīng)為網(wǎng)格劃分可以自動提高網(wǎng)格質(zhì)量。另外，你也可以人工參與網(wǎng)格的生成從而達到更精確的結(jié)果。4. 求解：FEMLAB的求解器是基于C+程序采用最新的數(shù)值計算技術(shù)編寫而成，其中包括最新的直接求解和迭代求解方法、多極前處理器、高效的時間步運算法則和本證模型。5. 可視化后處理器：FEMLAB提供了廣泛的可視化能力，主要如下:l 所有場變量和其它特殊應(yīng)用參數(shù)的人工交互式圖形處理；l 一些求解運算參數(shù)在求解過程中的在線圖形顯示；l 使用OpenG

10、L硬件加速的高效圖形處理；l 使用AVI和QuickTime文件進行動畫模擬；l 邊界和子域的集成；l 橫截面和部分模型的圖形結(jié)果處理。6. 拓撲優(yōu)化和參數(shù)化分析：很多情況下，模型的分析都包括參數(shù)的分析、優(yōu)化設(shè)計、迭代設(shè)計和一個系統(tǒng)中幾個部分結(jié)構(gòu)之間連接的自動控制。在FEMLAB中參數(shù)化求解器提供了一個進行檢測一系列變量參數(shù)的有效方式。典型的變量參數(shù)如代表材料性質(zhì)、頻率或反應(yīng)率的參數(shù)等。你也可以將FEMLAB模型存成“.M”文件格式，將其作為MATLAB的腳本文件進行調(diào)用，然后進行優(yōu)化設(shè)計或后處理。FEMLAB中多物理場功能可以使你將不同的物理現(xiàn)象自由的耦合在一起進行計算。上圖中，是一個微電機

11、開關(guān)處于準靜態(tài)電場和結(jié)構(gòu)力學場耦合作用的模型。在結(jié)果中可以看出，電場產(chǎn)生了力的作用并將懸臂梁彎曲。8、無限制的多重物理量耦合分析除了可以進行單一類型的計算分析，F(xiàn)EMLAB還提供了一個多物理場模塊和簡便的環(huán)境進行多重物理量耦合分析。1. 化學工程模塊：我們已經(jīng)開發(fā)了化學工程模塊主要用于模擬分析：l 反應(yīng)堆；l 過濾和分離器；l 熱交換器；l 其它化學工業(yè)中的常見設(shè)備。此模塊主要處理化學工程師們經(jīng)常注意的流體流動、擴散、反應(yīng)過程的耦合場以及熱傳導耦合場等問題。這個模塊可以通過使用圖形建模方式或者基于方程的建模方式，來滿足化學反應(yīng)工程和傳熱現(xiàn)象的建模工作。靜態(tài)攪拌器中刀片周圍的濃度和壓力場可以提供

12、相當多的信息。左邊的模型將流體流動動態(tài)平衡和兩種混合物的材料平衡耦合在一起，通過沿著流體軌跡混合物橫截面上的離心計算，給出了對攪拌效率的模擬結(jié)果。新版本特征：FEMLAB所有模塊特征：l 對于線性、非線性時間依賴函數(shù)偏微分方程，任意數(shù)量耦合的并發(fā)計算；l 無限制的多物理場耦合。增加的特征：l 對于化學工程分析交互界面的提煉；l 在化學反應(yīng)中，對于動量、熱和材料平衡完全耦合的預(yù)定義和方程處理；l 對化學工程模擬后處理和可視化的應(yīng)用；l 模型庫和完備的化學工程實例資料；l 詳細的資料和注解。FEMLAB中的化學工程：在FEMLAB中化學工程模塊分為以下幾種應(yīng)用部分：動量平衡：流體流動的Navier

13、-Stokes方程；多孔介質(zhì)流動的Darcy定理；對于多孔介質(zhì)流動和粘體動量傳遞Darcy定理得Brinkman的擴展；非牛頓流動；非等溫流動；2. 電磁場模塊：為了電磁場工程師分析的特殊需求，我們開發(fā)了電磁場模塊。FEMLAB電磁場模塊中增加了多物理場建模的最新技術(shù)，包含用于靜態(tài)和低頻建模，以及無線電和微波應(yīng)用的表達式。實例中包含了磁鐵、電容器、電機、天線和波導方面的應(yīng)用，在頻譜的高頻端也可以找出相關(guān)的例子。此模塊的理論基礎(chǔ)是Maxwell方程，以及關(guān)于電磁場和波的經(jīng)典教科書。我們的目的是為了讓工程師和相關(guān)專業(yè)的學生都能了解我們選擇的語言和概念。除了在波和電磁場分析方面的簡便應(yīng)用，這個模塊還

14、給出了電磁場與溫度場、結(jié)構(gòu)和流場的任意耦合分析。這種組合為一些模型的分析提供了更好的支持，例如MEMS設(shè)計、納米系統(tǒng)以及壓電現(xiàn)象。你可以在此模塊中將用戶定義的基于方程的模型和預(yù)處理結(jié)合起來進行分析。所有的應(yīng)用部分都允許用戶進行對電子回路模型中參數(shù)的計算如：電阻、電容、感應(yīng)系數(shù)和S-參數(shù)等。 電磁場模塊為沿著整個頻譜進行電場和磁場領(lǐng)域分析的模塊。上圖中顯示了一個用于產(chǎn)生均勻磁場的Helmholtz線圈。 設(shè)計的目的是為了在實驗中產(chǎn)生一個可知的磁場環(huán)境，用于測定磁場屏蔽作用的影響以及標定磁力計的刻度。圖中顯示的為磁力線和磁場強度。 新版本特征：FEMLAB所有模塊特征：l 對于線性、非線性時間依賴

15、函數(shù)偏微分方程，任意數(shù)量耦合的并發(fā)計算；增加的特征：l 用于電磁場分析的交互式圖形界面；l 對AC-DC電磁場和波傳播分析的預(yù)設(shè)定，包括模態(tài)分析；l 從聲場傳播到AC-DC應(yīng)用實例和資料的擴展模型庫；l 電磁場方面的詳細資料和注解；l 電磁場分析的可視化后處理；l 三維聲傳播的內(nèi)嵌單元庫。電磁場模塊為電磁學問題的分析提供了精煉的界面和表達式環(huán)境，所能進行的分析主要包括：l 靜電分析；l 靜磁分析；l 低頻電磁分析；l 平面內(nèi)波的傳送；l 軸對稱波的傳送；l 三維完全矢量波的傳送；l 二維和三維完全矢量化波的傳送。3. 結(jié)構(gòu)分析模塊：為了提供給結(jié)構(gòu)工程師一個熟悉而有效的環(huán)境，我們開發(fā)了結(jié)構(gòu)分析模

16、塊。它的圖形用戶界面基于結(jié)構(gòu)力學領(lǐng)域慣用的符號和約定，適用于廣闊應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究：大到加工工業(yè)中大型油罐的設(shè)計，小至MEMS（微電動機械系統(tǒng)）設(shè)計。 FEMLAB中結(jié)構(gòu)分析模塊有限元分析的悠久歷史說明我們對這個領(lǐng)域內(nèi)掌握了大量的知識和理論。我們使用這些資源可以提供給你任何分析的可能：從簡單的梁和殼單元到先進材料模型的分析，如在MEMS中應(yīng)用的壓電材料和電彈性材料等。在結(jié)構(gòu)分析模塊中，除了簡單便捷的界面處理，我們還進一步對其開發(fā)使得用戶可以完全利用FEMLAB中無限制多物理場和基于方程表達式的分析。因此你可以隨意得將結(jié)構(gòu)力學分析與其它物理現(xiàn)象如電磁場、流場和熱傳導等耦合起來進行分析。上圖

17、為一個活塞頂燃燒氣體溫度的瞬態(tài)增加導致了熱應(yīng)力的產(chǎn)生，這種熱應(yīng)力比相應(yīng)穩(wěn)態(tài)下的熱應(yīng)力要高很多。此研究模型分析了楊氏模量是溫度的函數(shù)。新版本特征：FEMLAB所有模塊特征：l 對于線性、非線性時間依賴函數(shù)偏微分方程，任意數(shù)量耦合的并發(fā)計算；l 正交各向異性和各向異性材料的建模；l CAD導入DXF格式和IGES格式模型和機和修復(fù)。增加的特征：l 對于結(jié)構(gòu)固體力學分析的交互式圖形界面；l 靜態(tài)、瞬態(tài)、準靜態(tài)、參數(shù)化瞬態(tài)、特征頻率以及頻率響應(yīng)分析；l 大變形和彈塑性材料的非線性分析；l 板和殼體；l 結(jié)構(gòu)模型；l 二維和三維的梁單元，可以與結(jié)構(gòu)單元進行耦合；l 結(jié)構(gòu)力學中二維簡化模型的應(yīng)用：平面應(yīng)力、平面應(yīng)變和軸對稱模型；l 用戶自定義坐標系統(tǒng)；l 簡便的溫度和結(jié)構(gòu)耦合分析；l 擴展材料和橫截面庫；l 無限制的多物理場和其它FEMLAB分析的交互；l 結(jié)構(gòu)分析的可視化后處理；l 不同類型的結(jié)構(gòu)力學分析中模型庫和完備的實例資料。分析類型：結(jié)構(gòu)分析模塊標志著在FEMLAB中保留同樣強大的功能和簡便的用戶界面同時，為結(jié)構(gòu)固體力學分析專門提煉出的模塊。它為所有結(jié)構(gòu)工程中的普遍分析提供了便捷的界面處理，并為同F(xiàn)EMLAB中其它如聲場、熱傳導、流體力學等分析提供了更容易處理的耦合分析。此模塊分為如下幾個研究領(lǐng)域：二維應(yīng)用：l 平面應(yīng)力；l 平面應(yīng)變；l 后板分析；l 軸對稱；l 歐拉梁。三維