Softwarekomponenten zur modularen Implementierung von Finite--Element-- und Finite--Volumen--Methoden

Bearbeiter: J. Fuhrmann, H. Langmach, I. Schmelzer

Kooperation: G. Bärwolff (WIP/TU Berlin), K. Gärtner (ETH Zürich)

Beschreibung der Forschungsarbeit:

Folgende Softwarekomponenten wurden bisher entwickelt:

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mesh -- ein Modul zur Bereitstellung von Gitterdaten für numerische Verfahren.
Hauptziel dieses Moduls ist es, eine von der konkreten internen Darstellung der Gitter unabhängige Programmierung von Lösungsverfahren für partielle Differentialgleichungen in ein--, zwei-- und dreidimensionalen Gebieten zu ermöglichen. Über mesh können verschiedene Gittergeneratoren, darunter der Gittergenerator IBG (siehe Projekt ,,3D-Gittergenerierung mit lokal anisotroper Gitterdichte``), mit Vorkonditionierern und Solvern verbunden werden, wobei diese Lösungsverfahren die interne Gitterrepräsentation der Generatoren nicht kennen müssen.

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itlib -- eine Bibliothek iterativer Verfahren.
Sie ermöglicht eine datenstrukturunabhängige Implementation vorkonditionierter iterativer Verfahren. In diese Bibliothek wurden in der Literatur bekannte Verfahren (wie BICGstab, GMRES u.a.) in teilweise modifizierten Versionen aufgenommen.

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mg2537 -- ein ein--, zwei-- und dreidimensionaler algebraisch definerter Multilevelvorkonditionierer für Probleme mit 5-- bzw. 7--diagonalen Matrizen auf Rechteck-- bzw. Quadernetzen.
Er ist außerdem in der Lage, auf O--Netzen und auf toroidalen Netzen zu arbeiten.

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gms -- eine portable Graphikbibliothek mit zwei-- und dreidimensionalen Ausgabeprimitiven ( gms = ,,Graphics Minimal System``).
Hauptziel ist die Möglichkeit, im Verlauf von Rechnungen graphische Ausgaben auf verschiedene Medien (z. B. X11--Terminal und POSTSCRIPT-Datei) vorzunehmen. Dabei wird, wenn vorhanden, 3D--Graphik--Hardware ausgenutzt.

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lissi und ci -- zwei Kommandointerpreter mit untereinander kompatiblen Programmierschnittstellen.
lissi ist ein komplexeres System mit pascal--ähnlicher Sprachstruktur. ci ist kompakter und hat eine triviale Syntax. Sie werden zur Erstellung von Eingabedateien und teilweise zur Laufzeit--Steuerung von Programmen verwendet.

• richards -- ein Programm zur Lösung der Richards--Gleichung (Projekt ,,Gesättigt--ungesättigter Fluidtransport in porösen Medien``),
• darcy -- ein Programm zur Lösung von speziellen Advektions-- Diffusionsgleichungen (Projekt ,,Numerische Simulation des reaktiven Schadstofftransports in porösen Medien``),
• nphase -- ein Programm zur Berechnung von Mehrphasenströmungen (Teststatus).

• dem Programmsystem MEDEA zur dreidimensionalen Halbleiterbauelementesimulation (eine Version des Multigridvorkonditioniers mg2537, lissi, gms),
• einem Programm zur Simulation turbulenter Strömungen ( mg2537, itlib, gms),
• den Programmsystemen TOSCA und DIOS ( gms).

Zur rationellen Erstellung der Dokumentationen für die erarbeitete Software wurden Werkzeuge auf der Basis von SGML bereitgestellt, welche sowohl die Erzeugung von LaTeX--Quellen für eine gedruckte Dokumentation als auch von ASCII--Text und von HTML--Quellen für World--Wide--Web--Browser (als online--Dokumentation) unterstützen.

Auf der Basis objektorientierter Programmierung unter C und C++ wurde mit der Erarbeitung weiterer Komponenten, darunter einer an itlib orientierten Klassenbibliothek für iterative Verfahren und einem Modul zur Objektverwaltung, begonnen.