Finite Elemente mit ElmerOpen Source Multiphysics<br />Thomas Schrefl<br />thomas.schrefl@fhstp.ac.at<br />
Überblick<br /><ul><li>Was ist Elmer?
Installation
Erste SchritteWärmeleitung in einem Werkstück
Multi-Physics BeispielNavier-Stokes + Wärmeleitung
Zusammenfassung</li></li></ul><li>Was ist Elmer ?<br />Anwendungsfelder <br /><ul><li>Finite Elemente für partielle Differ...
Multi-Physics (Strömung, Wärme, Elektromagnetismus, Akustik, …)
Open Source</li></ul>Entwickler <br /><ul><li>CSC – IT Center for Science
Helsinki University of Technology
VTT Technical Research Centre of Finland
….</li></ul>Lizenz<br /><ul><li>GNU General Public License
oder individueller Vertrag mit CSC</li></ul>Temperatur Verteilung der fließenden Schmelzebeim Wachstum von Silizium<br />
Elmer Modelle und Methoden (1/2)<br />Physical Models<br /><ul><li>Heat transfer: models for conduction, radiation and pha...
Fluid flow: the Navier-Stokes, Stokes and Reynolds equations, k- model
Species transport: generic convection-diffusion equation
Elasticity: general elasticity equations, dimensionally reduced models for plates and shells
Acoustics: the Helmholtz equation
Electromagnetism: electrostatics, magnetostatics, induction
Microfluidics: slip conditions, the Poisson-Boltzmann equation
Levelset method: Eulerian free boundary problems
Quantum Mechanics: density functional theory (Kohn-Sham)</li></li></ul><li>Elmer Modelle und Methoden (2/2)<br />Numerical...
Higher degree approximation using p-elements
Time integration schemes for the first and second order equations
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Finite Elemente mit Elmer

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Finite Elemente - Open Source Multiphysics
Vortragsreihe Simulation, 29.4.2010

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Finite Elemente mit Elmer

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

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