FEMLAB 3.0 Konference MATLAB 2003, 25. listopadu 2003 Karel Bittner, HUMUSFOT s.r.o. bittner@humusoft.cz

FEMLAB - úvod Co je FEMLAB? Nástroj k modelování a k simulaci fyzikálních dějů s využitím parciálních diferenciálních rovnic (PDR) a metody konečných prvků (FEM). Využití v oblastech jako jsou: Akustika Bilologie Chemické reakce Dynamika tekutin Elektromagnetismus Difúze Palivové články (Fuel cells) Polovodiče Proudění porézními materiály Pružnost a pevnost Prostup a vedení tepla Mikroelektromechanické systémy (MEMS) Kvantová mechanika, atd. Diffusion in a Zebra Fish The figure shows the oxygen partial pressure surrounding a zebra fish embryo in water. The flow lines show the direction of the oxygen flux and here you can see that the yolk does not consume oxygen. Instead, oxygen is consumed in the main body of the fish embryo surrounding the bulky yolk. The model was developed by COMSOL in cooperation with Dr. Sander Kranenbarg of Wageningen University, The Netherlands. ------------------------------------------------------- Helmholtz Coil The FEMLAB Electromagnetics Module handles electric and magnetic fields along the entire frequency spectrum. The picture shows a Helmholtz coil that is used to create a uniform magnetic field. The purpose of the device is to enable experiments that require a known ambient magnetic field. Applications range from determining magnetic shielding effectiveness to calibration of magnetometers and navigational equipment. The picture shows the magnetic field lines together with the magnetic field strength. ------------------------------------------------------------ MEMS Heat Exchanger The momentum and mass balances in a cross-flow micro-electromechanical systems (MEMS) heat exchanger are coupled to an energy balance using one of the ready-to-use applications in the Chemical Engineering Module. The model calculates the heat exchanger's temperature distribution and efficiency.

FEMLAB - úvod FEMLAB = Eguation Based Modelling (EBM) Hotové aplikace Knihovna parciálních diferenciálních rovnic (PDR) PDR rovnice popisující hotové aplikace Obecný tvar PDR (lineární a nelineární úlohy) Specializované moduly (rozšíření knihovny PDR) Chemicko-technologický modul Modul pro pružnost a pevnost Elektromagnetismus Hotové aplikace Akustika Konvekce - difúze Prostup tepla Elektrostatika Magnetostatika Nestlačitelné proudění Pružnost a pevnost Helmholzova rovnice Schrödingerova rovnice Rovnice vlnění

FEMLAB - úvod Modelování multifyzikálních úloh. Modelování v experimentálním reaktoru, proudění ve volném prostředí a v pórovitém médiu, studium heterogenní katalýzy Statický laminární mixér proudění tekutiny a koncentrace látek, zkoumá se účinnost promísení látek, rychlostní pole Piezoelektrický posilovač kombinace elektrostatiky a pružnosti a pevnosti, mezi dvě hliníkové desky je vložen piezoelektrický keramický materiál, elektrické pole zde indukuje sílu, která ohýbá posilovač Laminar Static Mixer -------------------- In static mixers, also called motionless or in-line mixers, fluid is pumped through a pipe containing stationary blades. This mixing technique is particularly well suited for laminar-flow mixing because it produces small pressure losses in the flow regime. This example studies flow in a twisted-blade static mixer. It evaluates mixing performance by calculating the standard deviation of the concentration of the dissolved species contained in one of the mixing streams. Porous Reactor -------------- This model treats the flow field and species distribution in an experimental reactor for studying heterogeneous catalysis, and it exemplifies the coupling of free and porous media flow in fixed-bed reactors. The model was inspired from numerical experiments performed by graduate students in chemical engineering studying under Prof. B. Finlayson at the Univ of Washington in Seattle.

FEMLAB - koncepce Volba aplikace Definice geometrického modelu Zadání okrajových podmínek Pokrytí modelu sítí Volba řešiče a řešení úlohy Následné zpracování

FEMLAB 3.0 - příklad Aplikace Prostup tepla - Conduction and Convection ve 2D symetrie

FEMLAB 3.0 - koncepce FEMLAB 3.0 FEMLAB 3.0 MATLAB 6.5 GUI v jazyce Java Nové optimalizované typy řešičů v C/C++ Neomezená multifyzika Nový formát dat .fl Přehlednější uspořádání dialogů Staví na všech vlastnostech verze 2.3 MATLAB 6.5 Možnost ukládat v MAT souborech Zpracování fem struktury v MATLABu Export do M-souboru

FEMLAB 3.0 – koncepce FEMLAB 3.0 FEMLAB 3.0 Klient - GUI Server Instalace FEMLABu na PC a na serveru

FEMLAB 3.0 - grafika Výkonná grafika v jazyce Java Vzájemná viditelnost geometrie v různých dimenzích Animace do formátu AVI a Quick Time Nezávislé generování sítě v různých solidech

FEMLAB 3.0 - řešiče Optimalizovný kód řešičů v C/C++ FEMLAB automaticky zvolí typ řešiče Větší možnosti pro nastavování parametrů řešiče dialog Solver Parameters dialog Solver Manager

FEMLAB 3.0 – řešiče FEMLAB 2.3 FEMLAB 3.0 (Java/C++) femstatic femlin (Časově nezávislé úlohy) femstatic femnlin adaption femiter adaption SPOOLES UMFPACK GMRES Sdružené gradienty Richardson Jacobi SOR/SOOR Multigrid G/A (ARPACK) femeig femeig femtime femtime (DASPK) multigrid LinSolv

FEMLAB 3.0 – nápověda Nápověda má svoje vlastní okno

FEMLAB 3.0 – nové vlastnosti Možnost odděleného nastavení okrajových podmínek pro subdomény, hrany, body, popřípadě plochy Možno definovat u všech aplikačních režimů osově symetrické případy

FEMLAB 3.0 – nové vlastnosti Nový aplikační režim – akustika Formulace v časově harmonické oblasti Formulace vlastními čísly Přechodová analýza Aplikace prostup tepla nyní zahrnuje režim Conduction Conduction and convection

FEMLAB 3.0 – moduly Chemical Engineering Module – nové aplikační režimy Maxwell-Stefanův aplikační režim pro modelování transportních jevů v koncentrovaných roztocích Nernst-Planckův aplikační režim použitý pro elektrochemické a elektromechanické proudění Aplikační režim pro neizotermické proudění ideálního plynu Rozšířené apliakční režimy pro proudění v pórovitých médiích s proměnnou hustotou Materiálová knihovna přístupná ve všech aplikačních režimech

FEMLAB 3.0 – moduly Electromagnetics Module – nové aplikační režimy Nový aplikační režim ve 3D magnetostatice bez přítomnosti proudu (permanentní magnety) Nový aplikační režim pro kvazistatiku vodivých a dielektrických materiálů s malými proudy (aplikace v biomedicíně) Výběr základních vztahů pro vlastnosti materiálů ve statickém a kvazistatickém elektromagnetismu Čarové a bodové zdroje pro snadnější modelování antén a jiných vyzařujících zdrojů

FEMLAB 3.0 – moduly Structural Mechanics Module – nové aplikační režimy Řešič pro plastické a nelineární materiály Ortotropní a anizotropní materiály Velké deformace Řešení osově symetrických úloh výkonnějším řešičem Tepelné zatížení nosníků, desek a solidů

FEMLAB - knihovna příkladů Nabízí více jak 100 příkladů z různých technických oborů a z fyziky S každou verzí příklady přibývají Každý příklad obsahuje: - rozbor úlohy (náčrty, rovnice) - pracovní postup (od vytvoření modelu až po zobrazení řešení) - postup při použití GUI (nastavení prac. prostoru, kreslení) Rozdělení příkladů: - podle použitého programu: - FEMLAB samotný - Chemickotechnologický modul - Elektromagnetický modul - Modul pružnosti a pevnosti

Požadavky na SW a HW Systémové požadavky: - MS Windows 98/2000/NT 4.0/XP - Linux, HP-UX a Solaris Požadavky na HW: - Pentium, minimum RAM 256, doporučeno 512MB a více - grafická karta s podporou grafiky OpenGL

FEMLAB 3.0 - harmonogram uvedení na trh 24.listopadu 2003 - ohlášení FEMLABu 3.0 a zahájení prodeje V současné době - FEMLAB 3.0 BETA2 fáze pro testování grafiky a řešičů postupné přidávání dalších vlastností (čtení zápis DXF, IGES, postmódy,...) V prosinci plánovaná FEMLAB 3.0 LCS Do prodeje v polovině ledna 2004

FEMLAB 3.0 - cenová politika Cena základního modulu FEMLAB 3.0 pro MS-Windows i Unix Kč 239.980 + DPH (pro školy Kč 48.980 + DPH) Všechny moduly po Kč 106.980 + DPH (pro školy Kč 34.980 + DPH) Uvedené ceny v sobě zahrnují 1 rok předplatného na nové verze produktů (update). Ceny budou platit od ledna 2004 Do konce roku 2003 je možné zakoupit FEMLAB 3.0 a jeho nadstavby za stávající ceny předchozí verze – nižší o 35% (školní o 25%)

Děkuji za pozornost.