开源有限元计算软件其实也很多

有限元是一套博大精深的科学方法,在其多年来的发展过程中诞生了许多有限元软件, 除了众所周知的 ANSYS 之外,还有许多其他商业,如ABAQUS、MSC.Nastran、MSC.Marc、ADINA等,以及开源的软件。

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本文介绍有限元领域经典的开源计算软件。 所谓开源软件(Open Source Softwares)就是源代码公开,且可以被公众使用的软件,此外公众对软件的修改和发行也不受限制。比如大家熟悉的 Linux 操作系统,以及OpenOffice办公软件等都是典型的开源软件。 在数值计算软件领域, 也出现了很多以教学或研究为目的的开源软件,下面向读者介绍几个常用的有限元开源软件。

1. FEAP

FEAP(Finite Element Analysis Program)是美国加州大学伯克利分校土木与环境工程系Robert L. Taylor 教授及其团队研制的通用有限元程序,研制目的是教学与科研,最新版本为FEAP 8.3,官方网站是:http://www.ce.berkeley.edu/projects/feap/。该软件用 FORTRAN 语言编写,为开源软件,但仍需收取较少的费用,免费版本是 FEAPpv。 FEAP 支持众多操作系统如 Windows、Linux、UNIX 等。FEAP 拥有较快的计算速度, 软件本身带有后处理功能,同时提供强劲的二次开发接口,FEAP 还有并行计算能力。FEAP 有完善网格划分功能,广泛的线性、非线性求解算法,可图形化显示网格划分并可用云图方式显示计算结果。包含众多单元类型,如各种三维结构单元、温度单元、梁单元、平板单元及壳单元。FEAP 包括多种本构模型,如线性及非线性弹性本构、粘弹性损伤本构模型、弹塑性模型等。 FEAPpv 是 FEAP 的个人版,FEAPpv 是免费的,个人版可用来学习和研究有限元理论,FEAPpv 下载地址为 http://www.ce.berkeley.edu/projects/feap/feappv/。学习 FEAPpv 可参考 O.C. Zienkiewicz 及 Robert L. Taylor 等人的《The Finite Element Method》一书,该书是与 FEAPpv 配套的书籍,对于学习研究有限元理论很有帮助。

2. deal.II

deal.II 是一款基于 C++编写的开源有限元软件,始于德国海德堡大学数值方法小组的工作,其编写目的是促进先进有限元程序的快速发展,deal.II 主要用于学术研究,也被用来解决实际工程项目。 学习deal.II需要有C++语言基础及较完善的有限元理论知识, 最新版本为deal.II 7.0,可到其官网下载:http://www.dealii.org/。deal.II 有如下特点:

  • 具有统一的二次开发接口;
  • 超强的自适应网格划分功能,并可进行局部网格细分;
  • 支持各种单元,如各阶拉格朗日单元,连续、非连续单元,各阶 Nedelec 单元及 Raviart­Thomas 单元等;
  • 完善的软件说明文档;
  • 软件数据组织及算法结构清晰;
  • 支持数种标准输出格式,以方便进行后处理;
  • 支持并行处理器,支持多种操作系统。

3. libMesh

libMesh 是美国德克萨斯大学奥斯汀分校于 2002 年开始开发的用于求解偏微分方程的程序库,libMesh 有些方面类似于 deal.II,比如同样基于 C++编写,同样支持并行处理器,同样擅长于自适应网格划分等,其官方网站为:http://libmesh.sourceforge.net/。libMesh 支持各种常用单元,支持稳态及瞬态仿真分析。LibMesh 使用了许多已有的优秀的程序库,如用支持并行计算的 PETSc 来求解线性方程组,利用 SLEPc 程序库来解决特征值问题等。libMesh 程序库提供的组件包括:各种通用 2D、3D 单元,稀疏矩阵求解器,网格划分器,网格文件转换(支持输出各种格式网格文件)等。

  • 发表于 2019-11-01 20:55
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