FEPG有限元應(yīng)用深入剖析

內(nèi)容概要

　　這不是一本普通的軟件用戶手冊！FEPG是目前唯一的開放源碼國產(chǎn)有限元軟件，并獲得了國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。作為一名有著6年使用經(jīng)驗(yàn)的資深用戶，第一作者白冰從研究FEPG背后機(jī)理的角度著手，圍繞一個(gè)完整的非線性熱傳導(dǎo)算例，將一般的有限元理論、FEPG后臺操作機(jī)制以及生成的代碼相結(jié)合深入探秘FEPG，力圖揭開用戶使用FEPG過程中的迷點(diǎn)，幫助用戶知其然也知其所以然，最終達(dá)到靈活、高效使用FEPG的目的。

作者簡介

　　白冰，2008年畢業(yè)于中國科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所），獲巖土工程博士學(xué)位。現(xiàn)為武漢巖土力學(xué)研究所助理研究員，主要從事巖土力學(xué)理論、試驗(yàn)、技術(shù)尤其是碳捕獲與封存（CCS）等方面的研究工作。目前發(fā)表論文20余篇，出版專著1部，參編專著1部，獲軟件著作權(quán)1份。
　　李小春，日本茨城大學(xué)博士，曾就職于日本地質(zhì)調(diào)查所、地球環(huán)境產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，現(xiàn)為中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究員、博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”科學(xué)家，學(xué)術(shù)職務(wù)包括中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會理事，《巖石力學(xué)與工程》、《巖土力學(xué)》和《International
Journal of Greenhouse Gas
Control》期刊編委。目前，主要從事碳捕獲與封存（CCS）方面的研究工作，獲得專利及軟件著作權(quán)30余項(xiàng)。

書籍目錄

第1章 FEPG簡介與安裝1
1.1 FEPG是什么1
1.2 學(xué)習(xí)FEPG的起點(diǎn)1
1.3 為什么用FEPG，誰用FEPG2
1.4 FEPG的特色及其應(yīng)用模式3
1.4.1 定量科學(xué)研究的數(shù)學(xué)模型范式3
1.4.2 FEPG的特色及應(yīng)用模式比較4
1.4.3 FEPG自由模式及其文件準(zhǔn)備6
1.5 有限元語言7
1.6 FEPG的歷史與版本8
1.6.1 FEPG的歷史8
1.6.2 FEPG產(chǎn)品系列9
1.6.3 FEPG .PC.V6的軟硬件環(huán)境10
1.7 從安裝開始11
1.7.1 安裝及配置經(jīng)驗(yàn)11
1.7.2 留意！一個(gè)編譯細(xì)節(jié)13
1.7.3 FEPG不必重新安裝14
1.8 安裝目錄及文件概覽14
1.9 網(wǎng)絡(luò)版與單機(jī)版的比較及安裝14
1.9.1 網(wǎng)絡(luò)版與單機(jī)版使用模式比較14
1.9.2 網(wǎng)絡(luò)版IFEPG客戶端的安裝16
第2章 一個(gè)完整實(shí)例——基于用戶文件法的開發(fā)18
2.1 明確你的角色18
2.2 實(shí)際問題18
2.3 寫出數(shù)學(xué)模型19
2.4 推導(dǎo)弱形式20
2.5 FEPG實(shí)現(xiàn)22
2.6 b2p命令與元件程序的合并27
2.7 第一次運(yùn)行你的程序——程序應(yīng)用階段28
2.8 程序的修改和調(diào)試29
2.9 脫離FEPG30
第3章 前后處理與pre文件33
3.1 GID前處理及其界面命令33
3.2 GID后處理及其界面命令35
3.3 用GID作通用前后處理器的一般原理37
3.4 FEPG中使用GID的設(shè)置40
3.4.1 設(shè)置過程探秘40
3.4.2 從fepg1.bas文件到giddisp文件42
3.4.3 FEPG.BAT——食之無味，棄之“違法”43
3.4.4 體驗(yàn)設(shè)置——換一種口味44
3.5 pre文件及其與GID界面的對應(yīng)45
3.6 計(jì)算命令流批處理文件探秘47
3.6.1 批處理文件內(nèi)容分析47
3.6.2 批處理文件的來源48
3.6.3 元件程序的輸入輸出文件——臺面上49
第4章 程序自動生成過程51
4.1 程序的自動生成過程51
4.2 Fortran源程序的編譯和連接60
4.2.1 單元子程序的編譯60
4.2.2 骨干程序的編譯和連接62
4.3 FEPG中的文件體系68
4.3.1 文件總體分類68
4.3.2 開發(fā)階段文件69
4.3.3 使用階段文件70
4.4 幾點(diǎn)說明71
第5章 理論準(zhǔn)備——實(shí)例的FEPG有限元公式推導(dǎo)72
5.1 強(qiáng)解積分形式72
5.2 方程的線性化72
5.3 弱解積分式73
5.4 區(qū)域剖分（網(wǎng)格剖分或空間離散）73
5.5 單元插值73
5.6 單元有限元方程74
5.7 時(shí)間離散化75
5.8 本質(zhì)邊界條件處理、節(jié)點(diǎn)集中荷載（集中熱源）、總體方程組右端項(xiàng)76
5.9 總體合成——總體系數(shù)矩陣的疊加77
5.10 線性代數(shù)方程組求解78
5.11 非線性迭代的控制78
5.12 時(shí)間步控制78
5.13 解后計(jì)算79
第6章 應(yīng)用程序框架：鳥瞰80
6.1 應(yīng)用程序框架80
6.2 Fortran程序組成81
6.2.1 Fortran語言的程序組成81
6.2.2 什么是“元件程序”83
6.3 編譯命令與文件依賴關(guān)系85
6.4 源程序的輸入/輸出文件內(nèi)容概貌86
6.4.1 元件程序的輸入/輸出文件——臺上臺下86
6.4.2 FEPG內(nèi)核輸出文件86
6.4.3 GID的輸出文件np.dat87
6.4.4 fgidpre.for的輸出文件88
6.4.5 starta.for的輸出文件91
6.4.6 bft.for的輸出文件92
6.4.7 enpa.for的輸出文件93
6.4.8 solve.for的輸出文件95
6.4.9 unpa.for的輸出文件95
6.4.10 gidpost0.for的輸出文件96
第7章 應(yīng)用程序框架：剖析97
7.1 前接口程序fgidpre97
7.1.1 程序功能描述97
7.1.2 調(diào)用關(guān)系圖97
7.1.3 進(jìn)入源代碼98
7.1.4 關(guān)鍵技術(shù)詳解103
7.2 start元件程序104
7.2.1 程序功能描述104
7.2.2 調(diào)用關(guān)系圖104
7.2.3 進(jìn)入源代碼105
7.2.4 關(guān)鍵技術(shù)詳解110
7.3 bft元件程序113
7.3.1 程序功能描述113
7.3.2 調(diào)用關(guān)系圖113
7.3.3 進(jìn)入源代碼113
7.3.4 關(guān)鍵技術(shù)詳解119
7.4 e元件程序119
7.4.1 程序功能描述119
7.4.2 調(diào)用關(guān)系圖119
7.4.3 進(jìn)入源代碼121
7.4.4 關(guān)鍵技術(shù)詳解127
7.5 單元子程序aeq4g2.for133
7.5.1 程序功能描述133
7.5.2 調(diào)用關(guān)系圖133
7.5.3 進(jìn)入源代碼134
7.5.4 關(guān)鍵技術(shù)詳解140
7.6 單元子程序agl2.for150
7.6.1 程序功能描述150
7.6.2 調(diào)用關(guān)系圖150
7.6.3 進(jìn)入源代碼151
7.6.4 關(guān)鍵技術(shù)詳解151
7.7 庫文件CCSHAP.FOR158
7.7.1 進(jìn)入源代碼158
7.7.2 關(guān)鍵技術(shù)詳解161
7.8 solv元件程序163
7.8.1 程序功能描述163
7.8.2 調(diào)用關(guān)系圖163
7.8.3 進(jìn)入源代碼163
7.8.4 關(guān)鍵技術(shù)詳解169
7.9 u元件程序173
7.9.1 程序功能描述173
7.9.2 調(diào)用關(guān)系圖173
7.9.3 進(jìn)入源代碼173
7.9.4 關(guān)鍵技術(shù)詳解177
7.10 后接口程序gidpost0179
7.10.1 程序功能描述179
7.10.2 調(diào)用關(guān)系圖180
7.10.3 進(jìn)入源代碼180
7.11 串起代碼之綱——批命令文件185
7.12 FEPG程序的內(nèi)存分配186
第8章 理論-腳本-程序的對應(yīng)188
8.1 理論-腳本-代碼的對應(yīng)188
8.2 腳本說明191
第9章 多場耦合原理193
9.1 場與耦合193
9.1.1 場與耦合概述193
9.1.2 耦合的數(shù)學(xué)實(shí)質(zhì)：微分方程組193
9.1.3 多場耦合實(shí)例194
9.1.4 “FEPG場”與耦合194
9.2 微分方程組求解的有限元公式推導(dǎo)196
9.3 多場問題的工作步驟198
9.4 FEPG對耦合的處理198
9.5 FEPG的文件命名規(guī)律200
第10章 雜談202
10.1 FEPG問題對策——錯(cuò)誤定位技巧202
10.2 FEPG用戶的“段位”203
10.3 代碼重用、自動生成與開發(fā)效率203
10.4 FEPG中一些關(guān)鍵字的含義204
10.5 FEPG問答204
參考文獻(xiàn)208

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：到目前為止，我們系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了利用FEPG開發(fā)一個(gè)有限元程序?qū)嵗倪^程，學(xué)會了利用所開發(fā)的程序進(jìn)行簡單的分析。也許您會說：我已經(jīng)學(xué)會，F(xiàn)EPG了。如果您能夠?qū)⒁褜W(xué)知識遷移應(yīng)用于其他問題，那么可以說您已經(jīng)是一位初級用戶了。如果您更加深入地領(lǐng)會了第4章的內(nèi)容，那么可以更加驕傲地說：“我不僅學(xué)會了應(yīng)用FEPG，而且知道了整個(gè)程序的生成流程。”那么更要恭喜您，真是“知其然更知其所以然”。不過，到目前為止，我們還僅限于如何使用FEPG來輔助生成有限元程序的操作，而對生成的代碼卻“不感興趣”。甚至不少初學(xué)者，特別是已經(jīng)有了其他商業(yè)CAE軟件的使用經(jīng)驗(yàn)，然后帶著這些經(jīng)驗(yàn)來學(xué)習(xí)FEPG的用戶，很可能就不關(guān)心生成的代碼了。的確，源代碼的復(fù)雜煩瑣確實(shí)容易讓人望而卻步，事實(shí)上，開發(fā)FEPG的初衷也是希望能夠既實(shí)現(xiàn)像使用源代碼那樣自由，又?jǐn)[脫直接和源代碼打交道的復(fù)雜和繁瑣?；谶@些理由，不關(guān)心所生成的源代碼似乎也是理所當(dāng)然的。FEPG通過少量的腳本文件簡化了對源代碼的操作和控制。當(dāng)用戶想修改源代碼時(shí)，直接思考如何在腳本文件中實(shí)現(xiàn)，然后通過命令生成想要的源代碼就可以了。這確實(shí)也是FEPG的初衷和推薦的方式。然而，依據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，如果不能對生成的源代碼的程序框架有一個(gè)基本的了解，那么用戶幾乎很難理解這些腳本文件中所附加的源代碼。而且，程序生成后往往需要修改和調(diào)試，如果每次修改的程序都要寫在腳本中，然后進(jìn)行一次代碼生成過程，那真是煩不勝煩，倒不如直接修改源代碼來得直接、簡便。

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