Semináře 2005 MATLAB/FEMLAB Bratislava Košice 1.6. Žilina

Prezentace na téma: "Semináře 2005 MATLAB/FEMLAB Bratislava Košice 1.6. Žilina"— Transkript prezentace:

1 Semináře 2005 MATLAB/FEMLAB 30.5. Bratislava 31.5. Košice 1.6. Žilina
Karel Bittner Pavel Beneš

2 Program semináře Registrace účastníků: 8:30 - 9:00 Zahájení: 9:00
Prezentace MATLABu: 9: :50 Licenční politika: 9: :00 Přestávka, občerstvení: 10: :20 Prezentace FEMLABu: 10: :10 Licenční politika: 11: :20 Závěr, diskuse, konzultace 11:20

3 FEMLAB 3.1

4 FEMLAB 3.1 COMSOL, Švédsko http://www.femlab.com
Společnost založena v červenci 1986 ve Stockholmu Pobočky v Dánsku, Norsku, Německu, Anglii, USA, atd. Současný počet pracovníků kolem 90 lidí Zaměření firmy na simulační SW, PDE Toolbox v roce 1995, nyní vlastní produkt FEMLAB Komerční zákazníci - Bell Labs, Danish Steel Works, Ericsson, Honeywel, SAAB, VOLVO, Procter & Gamble a další. University a vědecké laboratoře - USA, Evropa, Asie

5 FEMLAB 3.1 Nástroj k modelování a simulaci fyzikálních dějů s využitím parciálních diferenciálních rovnic (PDE) a metody konečných prvků (FEM) Využití v oblastech jako jsou: pružnost a pevnost, chemické reakce, prostup a vedení tepla, dynamika tekutin, proudění plynů, akustika, šíření elektromagnetických vln, modelování polovodičů, fotonová optika, proudění porézními materiály, geofyzika, obecná fyzika, kvantová mechanika, atd. Intuitivní grafické prostředí (dialogy i modelový prostor 1, 2 a 3D) Otevřenost systému (definice vlastních aplikací pomocí PDE) Modelování multifyzikálních úloh zahrnutí více fyzikálních vlivů v jedné úloze, např. vliv tepla při zatížení strojní součásti (prostup tepla + rovinná deformace), ohřívání proudící kapaliny (prostup tepla + proudění)

6 FEMLAB 3.1 Krok 1 symetrie Krok 2

7 Typy PDR řešených FEMLABem
Předdefinované rovnice různé fyzikální režimy (aplikační režimy) akustika, elektromagnetismus, prostup tepla, nestlačitelné proudění, rovinná napjatost, rovinná deformace, difuze klasické PDE - Laplaceova, Poissonova, Helmholzova a Schrödingerova rovnice, rovnice tepla a rovnice vlnění Definice vlastních úloh (uživatelské nastavení PDE) zadáním koeficientů PDE - zaměřeno na lineární úlohy obecný tvar PDE - zaměřeno na nelineární úlohy Diskretizace modelu a převedení na FEM Řešiče stacionární lineární, nelineární úlohy závislé na čase dynamické modely (vlastní čísla) parametrické úlohy

8 FEMLAB 3.1 Postprocesor Řešení Generování sítě Okrajové podmínky
GUI Femlabu Workspace MATLABu Textový soubor M-soubor Postprocesor Řešení Generování sítě Parametry Automatické CAD nástroje DXF, IGES SolidWorks Okrajové podmínky Multifyzika (Coupling Variables) Geometrie 1D,2D,3D

9 FEMLAB 3.1 Potenciál mezi dvěma válci ve vakuu - ukázka 3D prostředí
Aplikace: Elektromagnetismus/Elektrostatika Potenciál mezi válci (+1, -1V)

10 FEMLAB 3.1 Příklady

11 FEMLAB 3.1 Homogenizace tepelné vodivosti ve spreji (hliník)
aplikace prostupu tepla v základním FEMLABu zjednodušuje prostorové změny tepelné vodivosti ve spreji na ekvivalentní jednoduchou tepelnou vodivost. Proces známý jako homogenizace využití v elektrostatice, proudění v pórovitých médiích Darcyho pravidlem, difuze, atd. tepelná vodivost pro hliníkové bubliny je 200, pro vzdušné 0.01 ke generování se používá funkce MATLABu

12 FEMLAB 3.1 Elektroda kardiostimulátoru
aplikace: vodivá média stejnosměrného proudu subdoména je biologická tkáň zobrazení elektrického potenciálu na hranicích modelu proudnice zobrazují hustotu elektrického proudu

13 FEMLAB 3.1 Simulace zatížení krevní cévy - aorta
aorta malého dítěte, céva je umístěna v srdečním svalu kombinace Navier-Stokes a Stress-strain ve 3D (v zákl. FEMLABu) analýza rychlostního pole proudící krve a deformace tepny multifyzikální úloha

14 FEMLAB 3.1 Vířivá odstředivka
apliakce: 3D k-epsilon turbulentní model (Chemical Eng. Module) simulace rychlostního pole v odstředivce drobných částic rozptýlených v plynném prostředí účelem simulace je odhadnout pokles tlaku v odstředivce a kritické množství oddělitelných hmotných částic od hlavního proudu směsi model má 188 tis. DOF

15 FEMLAB 3.1 Vulkán Vulkán ve 2D 620 tis. DOF
aplikace: Magnetostatika, Vodivá média stejnosměrného proudu, Darcyho pravidlo (Earth Scince Module) vznik eletrokinetického napětí prostupem tekutin pórovitými látkami, magnetické pole produkované vznikajícím proudem a zpětná vazba od el. pole do proudící tekutiny zkoumá se např. posuv podpovrchových vrstev a tekutin, odhad posuvu lávy pod zemí 620 tis. DOF Vulkán ve 2D

16 FEMLAB 3.1 Generátor Aplikace: Perpendicular currents (EM), 190 tis. DOF generované napětí se počítá jako funkce času v průběhu otáčení. K rotaci jsou použity coupling variables (extrudovaných svázaných proměnných) analyzuje se vliv napětí, rychlost otáček rotor je z žíhané uhlíkové oceli s velkou relativní permeabilitou, kolem středu jsou umístěny permanentní magnety vytvářející silné magnetické pole

17 FEMLAB 3.1 Vlnění - simulace Perfectly Matched Layers (PML)
rozptýlená forma dielektrických objektů, jejich absorbce PML aplikace: EM, In plane Waves (příčné vlny - TE) řeší otevřené hranice v oblasti vyzařování Vlnovod s H ohybem přenos vlnění TE10 přes pravoúhlé zakřivení aplikace: elektromagnetické vlny, harmonické

18 FEMLAB 3.1 Supravodiče aplikace: PDE v obecném tvaru analýza škodlivých vlivů na supravodivý systém, průřez vodičem při růstu proudu nad kritickou mez se zvyšuje vodivost, avšak zároveň se zvyšuje teplota a tím se zvětšuje nevodivá část supravodiče SAR - absorbované vyzáření mobilního telefonu do lidského mozku (Specific Absorption Rate) aplikace: elektromagnetické vlny geometrie ve formátu IGES 900 tis. DOF, řešení 64-bit řešeny frekvence 900MHz a 1800MHz

19 FEMLAB 3.1 Těleso připevněné k povrchu
aplikace: prostup tepla (Heat Transfer Module) geometrie v IGES formátu tepelná analýza, zdroj tepla je napěťový regulátor

20 FEMLAB 3.1 Resistojet aplikace: Non-Isotermal flow, General Heat transfer manévrovací motory u satelitů elektrický ohřev uvolňuje plyny proudící tryskou plocha značí rychlostní profil, kontury Machovo číslo použit je parametrický řešič (parametrem je tlak)

21 FEMLAB 3.1 Dynamika močového měchýře
aplikace: Stress-Strain (samotný FEMLABu) dynamika odezvy modelu na krátké zakašlání zakašlání je definováno jako periodický impuls model je složen z obrazů CAT, vzdálenost řezů je 1cm stěny měchýře jsou elastické tekutina se uvažuje elastická

22 Specializované moduly
FEMLAB 3.1 Specializované moduly Modul pro přírodní vědy (EM) MEMS Modul (MEMS) Modul pro prostup tepla (HT) Chemickotechnol. Modul (Chem) Elektromagentický Modul (EM) Modul pro pružnost pevnost (SMM) MATLAB - Workspace - Command Window FEMLAB

23 FEMLAB 3.1 Modul pro pružnost a pevnost (SMM Module)
statická a nelineární statická analýza, vlastní frekvence, přechodové jevy, parametrická analýza, kvazistatická analýza rovinná deformace, rovinná napjatost Mindlinovské desky Eulerovy nosníky skořepiny Piezoelektrické efekty (rovinná deformace, rovinná napjatost)

24 FEMLAB 3.1 Elektromagnetický modul (EM)
elektrostatika a magnetostatika dielektrických, vodivých a magnetických materiálů kvazistatika, časově harmonická analýza elektromagnetické vlny vlnění v rovině (TE vlny, TM vlny, hybridní režimy vlnění) stojaté (kolmé) vlnění

25 FEMLAB 3.1 Chemickotechnologický modul (Chemical Engineering module)
energetická bilance (vedeni, vedení a konvekce) hmotová bilance difuze difuze a konvekce Maxwell - Stefanova difuze a konvekce Nernst - Planckova aplikace (difuze, konvekce a migrace) elektrokinetické proudění momentová bilance Brinkmanova rovnice Darcyho pravidlo k-epsilon turbulentní model Navier - Stokes neizotermální proudění nenewtonovské proudění

26 FEMLAB 3.1 Prostup tepla (Heat Transfer Module) obecný prostup tepla
rovnice biotepla neizotermální proudění tenké vodivé skořepiny

27 FEMLAB 3.1 MEMS Modul vodivá média stejnosměrného proudu
elektrostatika rovinná deformace rovinná napjatost piezoelektrické efekty elektrokinetické proudění

28 FEMLAB 3.1 Modul pro přírodní vědy (Earth Science Module)
proudění tekutin Darcyho pravidlo Brinkmanovy rovnice Richardsova rovnice Navier-Stokesova rovnice Prostup tepla vedením a konvekcí vedením transport rozpouštěné látky

29 FEMLAB 3.1 Režimy práce FEMLABu
jednouživatelská licence, síťová licence Client/Server architektura Počítač Klient (GUI) Sever (Solvery) 32-bit proces 32- nebo 64-bit proces Počítač Klient (GUI) Sever (Solvery) 32-bit proces 32- nebo 64-bit proces

30 FEMLAB 3.1 Požadavky na HW Unix
Windows NT 4.0 (Service Pack 5, 6, nebo 6a), Windows 2000, Windows XP, Windows ME nebo Windows 98 Pentium II nebo novější OpenGL 1.1 Microsoft nebo akcelerátor podporující OpenGL 1.1, nebo DirectX version 8.0 nebo pozdější. Grafická karta min. 16 MB paměti. Pro práci s MATLABem verze MATLAB 6.5, 6.5.1, 7.0, nebo7.0.4 minimální RAM 256 MB Unix Solaris 8,9 HP-UX 11.0 Linux (AMD Opteron, AMD Athlon 64, EM64T, Itanium 2) Debian 3.0, RedHat 9, RedHat Enterprise 3, Fedora Core 2, SUSE 9.1 64-bit: SUSE 9.0 (64 bit), SUSE 9.1 (64 bit), RedHat Enterprise 3 (AMD64/Intel EM64T)

31 Děkuji za pozornost