Developing a 3D finite element software with an object-oriented approach

Abstract

Bu çalışmada nesne yönelimli programlama yaklaşımı ile, üç boyutlu sonlu elemanlar analizi gerçekleştirebilecek bir yazılım geliştirilmiştir. Geliştirilen yazılım üç ana bölümden oluşmaktadır. Bu bölümlerden ilki bir, iki, veya üç boyutlu model oluşturmak için kullanılabilecek bir geometri modülü, ikincisi oluşturulan herhangi bir geometrik modeli basit geometrili elemanlara bölebilecek bir çözüm ağı modülü, üçüncüsü ise sonlu elemanlar çözümünü gerçekleştirebilecek bir çözücü modülüdür. Geometri modülünün geliştirilmesinde açık kaynak kodlu Open Cascade kütüphanesinden, mesh modülünün geliştirilmesinde ise aynı şekilde açık kaynak kodlu Gmsh kütüphanesinden yararlanılmıştır. Buna karşılık çözücü modülünde kullanılan kütüphane nesne yönelimli programlama yaklaşımı ile sıfırdan yazar tarafından geliştirilmiştir ve söz konusu programa entegre edilmiştir. Geliştirilen EAFE yazılımı kullanılarak elde edilen sonuçların doğruluğunu test etmek için statik ve dinamik bazı örnek problemler çözülmüş ve sonuçlar Abaqus yazılımı ile karşılaştırılmıştır. Her iki yazılım ile elde edilen sonuçların büyük oranda örtüştüğü gösterilmiştir. Böylelikle nesne yönelimli programlamanın sonlu elemanlar analizi için uygun bir yaklaşım olduğu gösterilmiştir.

In this thesis, a 3D finite element software is developed in the basis of an object-oriented approach. EAFE software has three main modules. The first module, which is developed by using open source Open Cascade library, is the geometry module and it is used to build 1D, 2D, or 3D geometric models. The second module, which is developed by using open source Gmsh library, is the mesh module and it is used to discretize a given geometric domain. The third module is the solver module and it is used to assemble global stiffness matrix, global mass matrix, and global force vector and to solve the system of linear equations. Different from the other two modules a stand-alone library named EafeLib is developed from scratch for the solver module. Some benchmark problems are solved by making use of developed EafeLib library and it is shown that object-oriented programming approach is well suited for implementing finite element method in computer.