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Finite Elemente mit Elmer
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Finite Elemente mit Elmer

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Finite Elemente - Open Source Multiphysics …

Finite Elemente - Open Source Multiphysics
Vortragsreihe Simulation, 29.4.2010

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Transcript

  • 1. Finite Elemente mit ElmerOpen Source Multiphysics
    Thomas Schrefl
    thomas.schrefl@fhstp.ac.at
  • 2. Überblick
    • Was ist Elmer?
    • 3. Installation
    • 4. Erste SchritteWärmeleitung in einem Werkstück
    • 5. Multi-Physics BeispielNavier-Stokes + Wärmeleitung
    • 6. Zusammenfassung
  • Was ist Elmer ?
    Anwendungsfelder
    • Finite Elemente für partielle Differentialgleichungen
    • 7. Multi-Physics (Strömung, Wärme, Elektromagnetismus, Akustik, …)
    • 8. Open Source
    Entwickler
    • CSC – IT Center for Science
    • 9. Helsinki University of Technology
    • 10. VTT Technical Research Centre of Finland
    • 11. ….
    Lizenz
    • GNU General Public License
    • 12. oder individueller Vertrag mit CSC
    Temperatur Verteilung der fließenden Schmelzebeim Wachstum von Silizium
  • 13. Elmer Modelle und Methoden (1/2)
    Physical Models
    • Heat transfer: models for conduction, radiation and phase change
    • 14. Fluid flow: the Navier-Stokes, Stokes and Reynolds equations, k- model
    • 15. Species transport: generic convection-diffusion equation
    • 16. Elasticity: general elasticity equations, dimensionally reduced models for plates and shells
    • 17. Acoustics: the Helmholtz equation
    • 18. Electromagnetism: electrostatics, magnetostatics, induction
    • 19. Microfluidics: slip conditions, the Poisson-Boltzmann equation
    • 20. Levelset method: Eulerian free boundary problems
    • 21. Quantum Mechanics: density functional theory (Kohn-Sham)
  • Elmer Modelle und Methoden (2/2)
    Numerical methods
    • All basic element shapes in 1D, 2D and 3D with the Lagrange shape functions of degree k ≤ 2
    • 22. Higher degree approximation using p-elements
    • 23. Time integration schemes for the first and second order equations
    • 24. Solution methods for eigenvalue problems
    • 25. Direct linear system solvers (Lapack & Umfpack)
    • 26. Iterative Krylov subspace solvers for linear systems
    • 27. Multigrid solvers (GMG and AMG) for some basic equations
    • 28. ILU preconditioning of linear systems
    • 29. Parallelization of iterative methods
    • 30. The discontinuous Galerkin method
    • 31. Stabilized finite element formulations, including the methods of residual free bubbles and SUPG
    • 32. Adaptivity, particularly in 2D
    • 33. BEM solvers (without multipole acceleration)
  • Mehr Informationhttp://www.csc.fi/english/pages/elmer
    Software
    • Download Windows Installer
    • 34. http://sourceforge.net/projects/elmerfem/
    Diskussion / Wiki
    • http://www.elmerfem.org/wiki
    • 35. http://www.elmerfem.org/forum
  • Temperaturverteilung in einem Werkstückerste Schritte mit Elmer
    CAD Modell
    • STEP: STandard for the Exchange of Product model data
    • 36. IGES: Initial Graphics Exchange Specification
    • 37. BREP: Boundary representation
    • 38. und andere
  • WärmeleitungGleichung und Randbedingungen
    Wärmeleitungs-koeffizientAluminium
    Wärmequelle0.01 W/kg
    Problembeschreibung
    • Interne Wärmequelle im Aluminiumstück
    • 39. Teile des Randes auf Umgebungstemperatur
    Schritte zur Lösung
    • Lade CAD-Zeichnung und generiere ein Gitter
    • 40. Setup (Gleichgewicht, nicht-linear oder zeitabhängig)
    Definiere
    Lösung und Visualisierung
    Temperatur
  • 44. Finites Element ModellGeometrie, Gitter, Setup
    Lade die Geometrie
    aus Emler6samplesElmerGUI
    Verknüpfe Randflächemit gleichen Eigenschaften
    halte Ctrl gedrückte und selektiere Oberflächen mit der Maus
    linear, zeithabhängig, … ?
  • 45. Finites Element ModelGleichung und Material
    Gleichung
    1
    Material
    1
  • 46. Finites Element ModelBody Forces
    Wärmequelle
    1
    1
    1
  • 47. RandbedingungenDefinieren und zuweisen
    Definiere Randbedingungen
    Weise Randbedingeneiner Oberfläche zu
    selektiere Oberflächen mit der Maus
  • 48. Berechnungstarte den Löser
    Schreibe Kommandos für Elmer(Solver Instruction File)
    Speichere das Projekt
    (ein Ordner enthält eine Gruppe von Files)
    Starte den Löser
  • 49. Visualisierung
    Starte den Postprozessor
    Temperaturverteilung auf der Oberfläche
  • 50. Konvektion
    Randbedingungen
    T = 293.0
    Temperatur
    Problembeschreibung
    • Wasser in einer Box
    • 51. Temperaturdifferenz zwischenUnterseite und Oberseite
    Schritte zur Lösung
    • Lade CAD-Zeichnung und generiere ein Gitter
    • 52. Setup (Gleichgewicht, nicht-linear oder zeitabhängig)
    Definiere
    Lösung und Visualisierung
    T = 293.5
    Geschwindigkeit
  • 57. Finites Element Modell
    Lade die Geometrie
    Verknüpfe Randflächen mit gleichen Eigenschaften
    linear, zeithabhängig, … ?
  • 58. Finites Element Modell
    Gleichung
  • 59. Finites Element Modell
    Material
    Auftrieb
  • 60. Anfangsbedingungen
    Anfangsbedingungen
    Temperatur und Geschwindigkeitzum Beginn zum Zeitpunt t = 0
  • 61. Randbedingungen
    Oben und Unten
    Seite
    Temperatur und Geschwindigkeit am RandWeise die Bedingungen Bottom, Top, Sidesden jeweiligen Rändern zu
  • 62. Berechnungstarte den Löser
    Schreibe Kommandos für Elmer(Solver Instruction File)
    Speichere das Projekt
    (ein Ordner enthält eine Gruppe von Files)
    Starte den Löser
    Die Simulation kann bis zu 10 min dauern
  • 63. Visualisierung
    Starte den Postprozessor
  • 64. Zusammenfassung
    • Finite Element SoftwareOpen Source / Multi-Physics
    • 65. Schritte zür Lösung
    • 66. Geometrie, Gitter
    • 67. Model Setup, Gleichung, Material
    • 68. Anfangs- und Randbedingungen
    • 69. Instruktions-File für den Solver
    • 70. Visualisierung
    http://www.csc.fi/english/pages/elmer

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