Bryne：有限元模型的可持续原型设计
计算物理
2025-09-03 v1 数值分析
数值分析
摘要
开源仿真框架正在快速发展，以提供可及工具用于求解偏微分方程的数值解。现代有限元 (FEM) 软件如 FEniCS、Firedrake 或 dune-fem 有助于消除模型师为每个应用重新编码离散化和线性求解器后端的需求，使快速原型化求解器成为可能。然而，尽管构建原型 FEM 模型变得更加容易，但创建超出其特定初始仿真 setup 的可重用求解器仍然困难。此外，仿真 setup 通常涵盖广泛的输入参数空间，长时间尺度上的研究项目跟踪复杂元数据已成为一个挑战。这意味着需要为模型开发补充一种编码密集型的互补工作流程，很少有被开发用于可持续复用。为解决这些问题，我们介绍我们的开源 Python 软件包 Bryne。Bryne 是基于 dune-fem Python API 构建的面向对象的 FEM 求解器框架。本文描述了它如何帮助将快速原型化求解器开发演进为可持续的仿真构建。首先，我们展示了如何将最小 dune-fem 求解器转换为 Bryne FEM 模型，以构建具有人类可读性和元数据丰富性的仿真。Bryne 然后提供仿真驱动器和模型耦合接口，用于组合实现的求解器进行 operator-split 多物理仿真。 resulting 的可重复性 enabled 基础设施允许用户在不牺牲后端灵活性的情况下处理复杂的仿真 setup。我们以对流耦合相变仿真为例演示了该工作流程，其中使用不连续 Galerkin 流动求解器耦合用于固化相变的求解器。
引用
@article{arxiv.2509.02378,
title = {Bryne: sustainable prototyping of finite element models},
author = {Benjamin Terschanski and Robert Klöfkorn and Andreas Dedner and Julia Kowalski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.02378},
year = {2025}
}