FEniCS — CAE用语解释

FEniCS（有限元计算软件）是由Cambridge和Chalmers等大学联盟开发的开源FEM计算框架，可用于Python和C++。最大的特点是一种称为UFC的数学表达式描述语言，可以"将弱形式的变分问题几乎直接写入代码中"。例如，可以用UFC表达式uvdx = fvdx来编写泊松方程的弱形式，只需添加几行Python代码就能生成可工作的FEM代码。它非常适合研究人员为新的物理模型或单元类型创建原型，并在TopologyOptimization和自定义构成法则的实现等CAE研究中被广泛使用。

FEniCS面向"研究和原型开发"，与商业求解器有着不同的应用领域。接触问题、大规模并行计算、复杂边界条件的自动化等方面商业求解器具有压倒性优势，但对于"想要将自己推导的方程自己编程实现"的研究人员来说，FEniCS是理想的选择。新版本FEniCSx（又名Dolphin-X）完全支持MPI并行计算，可用于超级计算机上的大规模计算。在学术论文中，"使用FEniCS实现"相比"使用Abaqus"能展示更高的实现透明度，因此评价倾向更好。最近，基于PDE的反演问题和机器学习集成研究中，FEniCSx结合JAX（自动微分）的应用十分活跃。