FEPG有限元应用深入剖析

　　《FEPG有限元应用深入剖析》围绕一个非线性热传导问题，详细介绍了FEPG的使用过程，并以研究和剖析的视角阐述了FEPG背后的机理。主要内容包括：FEPG的详细安装，实例的完整使用过程，FEPG与GID的接口，程序的自动生成过程，源代码详解以及有限元理论，脚本与源代码的对应关系。通过《FEPG有限元应用深入剖析》，揭开用户使用FEPG中的疑惑，帮助用户知其然也知其所以然，最终达到灵活、高效使用FEPG为科研服务的目的，为方便读者使用，《FEPG有限元应用深入剖析》配有光盘，内含《FEPG有限元应用深入剖析》实例程序、FEPG一些批命令文件、FEPG网络版客户端程序以及一些对读者有用的参考文档。《FEPG有限元应用深入剖析》适用于期待对FEPG技术有深入了解的用户，也可供高校理工类各专业教师和学生使用。

　　白冰（1980-），男，江苏睢宁人，2008年毕业于中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所），获岩土工程博士学位。现为武汉岩土力学研究所助理研究员，主要从事岩土力学理论，试验、技术尤其是碳捕获与封存（CCS）等方面的研究工作。目前发表论文20余篇，出版专著1部，参编专著1部，获软件著作权1份。李小春（1964-），男，日本茨城大学博士，曾就职于日本地质调查所，地球环境产业技术研究机构，现为中国科学院武汉岩土力学研究所研究员、博士生导师，中国科学院“百人计划”科学家，学术职务包括中国岩石力学与工程学会理事，《岩石力学与工程》、《岩土力学》和《International Journal of Green house Gas Control》期刊编委。目前，主要从事碳捕获与封存（CCS）方面的研究工作。在CCS的战略、评估、基础理论和工程实践等方面进行了深入、系统的研究，其研究成果被《Science》杂志CCS特辑以及多个权威机构报告介绍和引用，是碳封存领导者论坛（CSLF）技术工作组的中方代表，曾获CSLF第三次部长会议的Recognition奖，获得专利及软件著作权30余项。

第1章  FEPG简介与安装 1
1.1  FEPG是什么 1
1.2  学习FEPG的起点 1
1.3  为什么用FEPG，谁用FEPG 2
1.4  FEPG的特色及其应用模式 3
1.4.1  定量科学研究的数学模型范式 3
1.4.2  FEPG的特色及应用模式比较 4
1.4.3  FEPG自由模式及其文件准备 6
1.5  有限元语言 7
1.6  FEPG的历史与版本 8
1.6.1  FEPG的历史 8
1.6.2  FEPG产品系列 9
1.6.3  FEPG .PC.V6的软硬件环境 10
1.7  从安装开始 11
1.7.1  安装及配置经验 11
1.7.2  留意！一个编译细节 13
1.7.3  FEPG不必重新安装 14
1.8  安装目录及文件概览 14
1.9  网络版与单机版的比较及安装 14
1.9.1  网络版与单机版使用模式比较 14
1.9.2  网络版IFEPG客户端的安装 16第2章  一个完整实例——基于用户文件法的开发 18
2.1  明确你的角色 18
2.2  实际问题 18
2.3  写出数学模型 19
2.4  推导弱形式 20
2.5  FEPG实现 22
2.6  b2p命令与元件程序的合并 27
2.7  第一次运行你的程序——程序应用阶段 28
2.8  程序的修改和调试 29
2.9  脱离FEPG 30第3章  前后处理与pre文件 33
3.1  GID前处理及其界面命令 33
3.2  GID后处理及其界面命令 35
3.3  用GID作通用前后处理器的一般原理 37
3.4  FEPG中使用GID的设置 40
3.4.1  设置过程探秘 40
3.4.2  从fepg1.bas文件到giddisp文件 42
3.4.3  FEPG.BAT——食之无味，弃之“违法” 43
3.4.4  体验设置——换一种口味 44
3.5  pre文件及其与GID界面的对应 45
3.6  计算命令流批处理文件探秘 47
3.6.1  批处理文件内容分析 47
3.6.2  批处理文件的来源 48
3.6.3  元件程序的输入输出文件——台面上 49第4章  程序自动生成过程 51
4.1  程序的自动生成过程 51
4.2  Fortran源程序的编译和连接 60
4.2.1  单元子程序的编译 60
4.2.2  骨干程序的编译和连接 62
4.3  FEPG中的文件体系 68
4.3.1  文件总体分类 68
4.3.2  开发阶段文件 69
4.3.3  使用阶段文件 70
4.4  几点说明 71第5章  理论准备——实例的FEPG有限元公式推导 72
5.1  强解积分形式 72
5.2  方程的线性化 72
5.3  弱解积分式 73
5.4  区域剖分（网格剖分或空间离散） 73
5.5  单元插值 73
5.6  单元有限元方程 74
5.7  时间离散化 75
5.8  本质边界条件处理、节点集中荷载（集中热源）、总体方程组右端项 76
5.9  总体合成——总体系数矩阵的叠加 77
5.10  线性代数方程组求解 78
5.11  非线性迭代的控制 78
5.12  时间步控制 78
5.13  解后计算 79第6章  应用程序框架：鸟瞰 80
6.1  应用程序框架 80
6.2  Fortran程序组成 81
6.2.1  Fortran语言的程序组成 81
6.2.2  什么是“元件程序” 83
6.3  编译命令与文件依赖关系 85
6.4  源程序的输入/输出文件内容概貌 86
6.4.1  元件程序的输入/输出文件——台上台下 86
6.4.2  FEPG内核输出文件 86
6.4.3  GID的输出文件np.dat 87
6.4.4  fgidpre.for的输出文件 88
6.4.5  starta.for的输出文件 91
6.4.6  bft.for的输出文件 92
6.4.7  enpa.for的输出文件 93
6.4.8  solve.for的输出文件 95
6.4.9  unpa.for的输出文件 95
6.4.10  gidpost0.for的输出文件 96第7章  应用程序框架：剖析 97
7.1  前接口程序fgidpre 97
7.1.1  程序功能描述 97
7.1.2  调用关系图 97
7.1.3  进入源代码 98
7.1.4  关键技术详解 103
7.2  start元件程序 104
7.2.1  程序功能描述 104
7.2.2  调用关系图 104
7.2.3  进入源代码 105
7.2.4  关键技术详解 110
7.3  bft元件程序 113
7.3.1  程序功能描述 113
7.3.2  调用关系图 113
7.3.3  进入源代码 113
7.3.4  关键技术详解 119
7.4  e元件程序 119
7.4.1  程序功能描述 119
7.4.2  调用关系图 119
7.4.3  进入源代码 121
7.4.4  关键技术详解 127
7.5  单元子程序aeq4g2.for 133
7.5.1  程序功能描述 133
7.5.2  调用关系图 133
7.5.3  进入源代码 134
7.5.4  关键技术详解 140
7.6  单元子程序agl2.for 150
7.6.1  程序功能描述 150
7.6.2  调用关系图 150
7.6.3  进入源代码 151
7.6.4  关键技术详解 151
7.7  库文件CCSHAP.FOR 158
7.7.1  进入源代码 158
7.7.2  关键技术详解 161
7.8  solv元件程序 163
7.8.1  程序功能描述 163
7.8.2  调用关系图 163
7.8.3  进入源代码 163
7.8.4  关键技术详解 169
7.9  u元件程序 173
7.9.1  程序功能描述 173
7.9.2  调用关系图 173
7.9.3  进入源代码 173
7.9.4  关键技术详解 177
7.10  后接口程序gidpost0 179
7.10.1  程序功能描述 179
7.10.2  调用关系图 180
7.10.3  进入源代码 180
7.11  串起代码之纲——批命令文件 185
7.12  FEPG程序的内存分配 186第8章  理论-脚本-程序的对应 188
8.1  理论-脚本-代码的对应 188
8.2  脚本说明 191第9章  多场耦合原理 193
9.1  场与耦合 193
9.1.1  场与耦合概述 193
9.1.2  耦合的数学实质：微分方程组 193
9.1.3  多场耦合实例 194
9.1.4 “FEPG场”与耦合 194
9.2  微分方程组求解的有限元公式推导 196
9.3  多场问题的工作步骤 198
9.4  FEPG对耦合的处理 198
9.5  FEPG的文件命名规律 200第10章  杂谈 202
10.1  FEPG问题对策——错误定位技巧 202
10.2  FEPG用户的“段位” 203
10.3  代码重用、自动生成与开发效率 203
10.4  FEPG中一些关键字的含义 204
10.5  FEPG问答 204参考文献 208