FELAC多物理场耦合计算软件

FELAC主要特性

1、模型自定义
FELAC提供了方便灵活的模型自定义功能，用户可以编辑软件提供的各应用领域的偏微分方程（PDEs）弱形式，使用函数或者表达式编辑和定义材料属性、边界条件等。通过模型自定义功能，可以自由灵活实现各类物理问题的仿真分析。

2、多物理场耦合
现实世界中的物理现象并不是孤立发生的，很多工程和科研问题都是多个场之间相互影响、相互叠加的问题。FELAC从多物理场耦合的基本原理出发，将多场问题的物理模型、耦合关系、求解模式以及耦合算法以一种开放、灵活的方式提供给用户。借助于FELAC多物理场耦合功能，用户可以方便、高效的实现科研与工程中任意多物理场耦合仿真分析。

3、二次开发源码开放
FELAC二次开发功能源码开放，用户通过FELAC软件建立的物理模型，均可以通过二次开发接口获取物理模型的有限元计算程序源码。FELAC提供方便、灵活的脚本建模功能，用户可以根据物理模型的方程、边界、算法以及数据结构编写模型脚本，解决工程与科研领域的难点与创新性问题。

4、大规模并行计算
FELAC并行计算模块，采用全新的并行架构，提高了并行程序的计算规模和通信效率。用户在FELAC软件建立的串行计算模型，通过一键提交，无需任何修改，直接转换并行计算模型，解决用户超大规模并行计算问题。基于FELAC的并行计算程序，在计算问题的物理场数量、求解问题的规模以及超级计算机硬件节点的利用量和利用效率方面，均可实现无瓶颈的并行计算。2013年 FELAC参与了国家863重大专项课题研究，并于2013年12月在超级计算机“天河一号”上，完成了20亿个节点60亿个自由度万核并行计算测试。

5、定制软件开发
FELAC软件二次开发功能的强大之处，不仅仅是为用户提供了方便、灵活的脚本建模，更重要的在于通过脚本建模得到的开源程序，可以很好的满足用户软件定制开发的个性化需求。基于FELAC软件平台，用户可以根据物理模型定制组件程序、编写模块接口、移植专用算法等，快速高效的完成专用软件定制化开发，提高开发效率，缩短开发周期。

FELAC主要功能

1、传热
自然界和生产科技中几乎到处都存在着温度差，所以热效应就成为自然界和生产科技中一种普遍现象。传热模块就是一个专门处理热传导、热对流、热辐射任意组合的传热问题的工具，同时FELAC允许用户将该模块中的热分析与其他任意物理场进行耦合计算分析。

FELAC传热模块提供了热传导模型，给出了指定温度、热流、热交换边界条件，以及初始温度和热载荷等。

传热不仅是常见的自然现象，而且广泛存在于工程技术领域。随着科学技术的不断发展，传热越来越多的与结构力学、流体力学、电磁学等学科相互渗透，在能源动力、机械制造、建筑工程、交通运输、化工制药、材料冶金以及生物工程等领域有着广泛的应用。

2、固体
自然界中存在着大至天体、小至粒子的固态物理和各种固体力学问题。由于工程范围的不断扩大和科学技术的迅速发展，固体力学理论在工程和实际问题应用中得到了不断完善和发展。固体模块就是一个专门处理线弹性、粘弹性等固体力学问题的工具，同时FELAC允许用户将该模块中的力学分析与其他任意物理场进行耦合计算分析。

FELAC固体模块提供了线弹性、粘弹性本构模型，给出了指定位移、压力边界等边界条件，预置了初始位移、初始速度、初始加速度以及各种维度下的载荷等接口。

作为力学的分支学科之一，固体力学一直伴随着工程技术的进步而发展。工程结构的力学分析在传统力学领域得到了广泛应用，为土木工程、结构建筑、航天航空、水利工程等提供了工程与设计的依据和指导。目前，力学分析与其他学科的有效结合，在生物力学、材料纳米学、仿生流体学、爆炸力学等新兴学科中得到了更进一步的应用和发展。

3、电磁
电场和磁场在自然界中往往是紧密联系在一起的，电磁场的分析主要包括电磁波、电磁场以及有关电荷、带电物体的动力分析等。在现代电子技术如电力、通讯、广播、电势、导航、雷达、遥感、测控、电子仪器等都离不开电磁分析。电磁模块是一个专门处理静电场、静磁场以及动态电磁场等电磁问题的工具，同时，FELAC允许用户将该模块中的电磁分析与其他任意物理场进行耦合计算分析。

FELAC电磁模块提供了静电场、稳恒电流模型，给出了指定电位、边界电荷密度等边界条件，预置了初始电位等接口。

目前，由电磁学发展起来的电子技术已应用在电力工程、通信工程、计算机技术等多学科领域。同时，电磁理论也广泛应用于国防、工业、农业、医疗、卫生等领域，并深入到人们的日常生活中。

4、流体
流体是气体和液体的总称，在人们的生活和生产活动中随时都会遇到流体问题，所以流体力学是与人类日常生活和生产事业密切相关的。随着科学研究的不断发展，大量流体力学模型如理想流体、粘性流体、不可压缩流体、可压缩流体、非牛顿流等得到了深入的研究，发展了有限元、有限体积等流体计算方法。流体模块就是一个专门处理层流、湍流等模型，模拟各种复杂流动问题的工具，同时，FELAC允许用户将该模块中的流体分析与其他任意物理场进行耦合计算分析。

FELAC流体模块提供了单相层流模型，给出了固壁边界、流量、指定速度、指定压强等边界条件，预置了初始速度、初始压强、惯性力等接口。

所有涉及流体流动、热交换、分子输运等现象的问题，几乎都可以通过计算流体学的方法进行分析和模拟。CFD不仅作为一个研究工具，而且还作为设计工具在水利工程、土木工程、环境工程、食品工程、海洋结构工程、工业制作等领域发挥着重要作用。

5、多物理场耦合
在工程与科研领域，仿真分析越来越多的用于求解真实的物理问题。通常来讲，任何一个物理现象都不是单独存在的，这种多场耦合问题的求解要比单场问题复杂的多。随着科学技术的不断发展，计算机能力的提升使得有限元仿真由单场到多场耦合变成现实，多场耦合计算技术将让科学家们的思想走得更远。耦合模块就是一个专门处理流固耦合、电热耦合、热结构耦合、热电结构耦合等任意多物理场耦合问题的工具。同时，FELAC允许用户将软件预置的单场模块进行任意的耦合计算分析。

FELAC耦合模块预置了热、结构、流体、电磁模块的任意耦合计算分析，简洁、高效的完成预置模块的耦合模型设置。同时，通过软件的脚本建模功能可以解决用户自定义任意多物理场耦合仿真问题。

6、脚本
脚本建模是FELAC为用户提供的一种二次开发模块，用户通过编写脚本可以实现任意物理模型的仿真分析。该脚本直接面向物理模型的方程、边界以及求解算法等，语法简单、结构清晰，可以在数天甚至数小时内完成通常需要一个月甚至数月才能完成的程序开发工作。FELAC的创新性在于它的灵活与开放性，用户通过脚本建模可以获取所有计算程序的源码，该程序具有跨平台、可移植性。借助于FELAC软件平台，用户可以方便、灵活的设计模型、算法、接口以及软件架构等，实现专用软件的定制开发。