科学研究与工程数值模拟必备工具---FEMLAB(上海梁琳)在科学研究与工程数值模拟中，经常需要进行大量的数学分析计算。其中有限元法是在科研工作中应用最为广泛的数值计算方法之一。当前已开发了一批大型商业有限元软件，如：ANSYS、MSC/Nastran、ALGOR，但它们主要是以工程技术应用为主，对于科学理论研究与工程模拟密切结合的分析软件则非FEMLAB莫属。FEMLAB(FiniteElementModelingLaboratory)是一个专业有限元数值分析软件，是基于偏微分方程的科学和工程问题进行建模和仿真计算的交互开发环境系统，而偏微分方程是科学问题的基础和根本。本文就FEMLAB软件的发展、应用范围、核心模块、分析功能和和使用步骤做一简要介绍。FEMLAB最初版本是集成于MATLAB软件一个专业有限元工具包，目前的最新版本FEMLAB3.0已完全独立成一套功能强大的软件，并与MATLAB中的toolboxes及Simulink无缝结合。运用最先进的、高性能的计算引擎(C++)，让更复杂、更大规模的题目得到快速、准确的解决。以Java引擎设计的人机交互图形界面，使处理建模的所有流程更具效率，能从不同的角度定义、描述与分析问题。FEMLAB对于科学研究，产品开发和教学各领域已形成为一强劲的建模求解环境。FEMLAB应用领域广泛，它不但能分析传统有限元中的数学、结构力学问题，还能完善处理声学、化学、电磁学、光学、光子学、纳米技术、热传导学、微电子系统、微波工程、过程控制、多孔介质渗流、量子力学、生物力学、流体动力学、扩散、燃料电池、地球物理学、无线电学、半导体研发、波传播等专业领域问题。多学科交叉研究的蓬勃发展趋势使得以多重物理量耦合分析而著称的FEMLAB软件倍受青睐。FEMLAB在科研教学与工程开发方面具有明显优势。定义和耦合任意数量偏微分方程的能力使得FEMLAB成为一个强大的分析工具。其灵活性和基于方程的建模方式可以帮助用户深入在数理化基础学科研究、MEMS、纳米技术、燃烧室、光子学、生物工程和许多交叉学科领域内的研究。FEMLAB模型模拟和显示了所有数学物理和工程领域的开发应用。通过使用它的基于方程建模途径，使用者可以很容易地得到偏微分方程的详细解答。软件包的灵活性和易用性使FEMLAB软件成为一个有效的教学工具。使用FEMLAB软件可以大量地缩短在学习建模过程中所花费的时间，这样可以让老师和学生将更多的精力放在应用分析和结果研究上。FEMLAB在设计开发方面提供了一个快速、便捷的建模环境，这对设计开发完全适用。通过基于Java开发的界面环境，您可以快速的建模并通过改变参数来进行优化设计。软件包代码的开放式结构和与MATLAB的无缝集成对系统地进行模拟和分析提供了一个完美的环境。FEMALB软件集成了大量的数学物理模型，它们都是针对不同的专业领域，当您在FEMLAB用户界面中激活任意一个模型库时，您所需做的只是建立几何模型，提供必要的参数。您也可以针对您所有的几何模型，或者是部分模型而有选择的激活模型库或者方程。当然您也可以自己通过建立几何模型进行建模，决定采用何种方程并把它们输入到FEMLAB当中去。应用模型都是针对单一物理场的模型，但是自然科学中大多数实际问题，往往包含了多种物理场的叠加。此时就可以通过FEMLAB的多物理场功能，选择不同的模块同时模拟任意物理场组合的耦合分析。另外，在化学工程模块、电磁场模块和结构分析模块中都分别包含了它们各自领域内的专业模型库。（如果读者对FEMLAB丰富的数学物理模型感兴趣，可以到登录FEMLABCHINA网站www.femlab.com.cn下载或洽询索取）其它专用模块：1.化学工程模块化学工程模块主要用于模拟分析：z反应堆；z过滤和分离器；z热交换器；z其它化学工业中的常见设备。此模块主要处理化学工程师们经常关注的流体流动、扩散、反应过程的耦合场以及热传导耦合场等问题。通过使用图形建模方式或者基于方程的建模方式，来满足化学反应工程和传热现象的建模工作。静态搅拌器中刀片周围的浓度和压力场可以提供相当多的信息。左边的模型将流体流动动态平衡和两种混合物的材料平衡耦合在一起，通过沿着流体轨迹混合物横截面上的离心计算，给出了对搅拌效率的模拟分析结果。2.电磁场模块FEMLAB电磁场模块中增加了多物理场建模的最新技术，包含用于静态和低频建模，以及无线电和微波应用的表达式。实例中包含了磁铁、电容器、电机、天线和波导方面的应用，在频谱的高频端也有很多成功案例。除了在波和电磁场分析方面的简便应用，这个模块还给出了电磁场与温度场、结构和流场的