B.1 Die einzelnen Module

Im einzelnen kommen den Präprozessoren folgende Aufgaben zu:

• TRANSGRID ist ein Präprozessor zur Generierung dreidimensionaler Strukturen. Als Eingabe benötigt dieser Präprozessor quaderförmige Elemente, deren Kanten auch gekrümmt sein können. Der Anwender spezifiziert in seiner Eingabedatei eine grobe quaderförmige Vordiskretisierung des Problems, und der Präprozessor zerteilt diese großen Quader mit Hilfe einer transfiniten Interpolation unter Beibehaltung der richtigen in kleinere Quader. In einem weiteren Schritt wird das Gitter in die gewünschten Tetraederelemente zerlegt.
• CUTGRID verarbeitet zweidimensionale Geometrien, wie z.B. Schnitte durch Leiterbahnstrukturen. Mehrfach zusammenhängende Gebiete, auch wenn sie rekursiv verschachtelt sind, werden in einfach zusammenhängende Gebiete zerlegt und dann in Dreieckselemente zerlegt. Dieser Präprozessor ist bis auf wenige Änderungen ein Teil des nächsten Präprozessors.
• LAYGRID nutzt die Schichtenbauweise der Verdrahtungsstrukturen in integrierten Bauteilen aus. Der Anwender spezifiziert für jede Schicht eine Maske, die eine gewisse Schichtdicke aufweist, und Material- bzw. Kontaktspezifikationen referenziert. Zur Vergitterung der Struktur werden vom Programm alle Masken übereinandergelegt, Schnittflächen generiert und diese in Dreiecke zerlegt. Im nächsten Schritt werden die Dreieckselemente in die Höhe gezogen, wodurch prismatische Elemente entstehen. Darauf folgt eine Zerteilung der prismatischen Elemente in die gewünschten Tetraeder. Nichtplanare Randflächen zwischen den Schichten können ebenso behandelt werden.

Dem Hauptprogramm SCAP ( SMART CAPACITANCE ANALYSIS PROGRAM ) sind Aufgaben wie Feld-, Energie- und Kapazitätsberechnung, aber auch eine einfache Gitterverfeinerung zugeteilt.

Über die Kommando-Zeile kann z.B. zwischen iterativen oder Gaußschen Lösern gewählt werden. Die Art der Formfunktionen, die Gitterverfeinerung, um die Genauigkeit der Lösung zu erhöhen, bestimmte Potentialverteilungen, welche für den Postprozessor zu schreiben sind, können ebenso ausgewählt werden.

Der Postprozessor FEMPOST ermöglicht eine Kontrolle des vom Präprozessor erzeugten Gitters und der berechneten Potentialverteilungen. Dazu stellt das Visualisierungsmodul Prozeduren für Isoflächendarstellung, Schattierungen von Oberflächen und Objektrotationen mit korrekter verdeckter Flächendarstellung zur Verfügung. Das Programm visualisiert zwei- und dreidimensionale Objekte aus Dreiecks- oder Tetraederelementen mit linearen oder quadratischen Formfunktionen.

Die unter X-Windows angezeigten Objekte können auch in Postscript ausgedruckt werden.

  
Abbildung: C3-Shell

Die in Abbildung B.1 gezeigte Shell C3 ermöglicht eine äußerst einfache Bedienung der genannten Programme. Die Shell wurde mit dem Interpreter TK/TCL programmiert. Dieser von Ousterhout erstellte Interpreter [Ous91] ermöglicht eine einfache und rasche Erstellung von interaktiven Programmen und ist außerdem frei erhältlich.

Eine Hilfezeile am unteren Rand, die automatisch aktualisiert wird, gibt zu den Menüpunkten Kurzinformationen aus. Menüpunkte, die noch gewisse Vorbedingungen benötigen, welche aber noch nicht erfüllt sind, werden gesperrt.

So muß zuerst das Gitter aus den Eingabedaten mit einem Präprozessor generiert werden und dann kann das Hauptprogramm SCAP aufgerufen werden. Ein in die Shell integriertes Modul kann die Konvergenzgeschichte eines iterativen Lösers mit Balkengrafik visualisieren. Die in Abbildung B.1 gezeigten Kästchen zeigen, welches Programm gerade in Verwendung ist, und geben auch über den Datenfluß Aufschluß.

Das Programmpaket wurde auf 32- und 64-Bit-Unix-Systemen installiert. Es existiert auch eine DOS-Version, die auf dem von D.J. Delorie angepaßten Gnu-C-Kompiler basiert. Dieses Paket stellt einen 32-Bit-80386 DOS Extender zur Verfügung, der mit VCPI und DPMI Speichermodellen arbeiten kann. Für zweidimensionale Probleme sollten 2 MByte Hauptspeicher ausreichend sein. Für dreidimensionale Problemstellungen sind mindestens 8 MByte zur Berechnung von kleinen realistischen Problemen notwendig.

Die C3-Shell wurde nicht portiert, da es zur Zeit noch keine vollständige Portierung von TK/TCL unter DOS gibt. Der Präprozessor FEMPOST wurde unter Verwendung der X-Windows Emulationsbibliothek xlibemu von U. Leodolter und der GRX-Bibliothek von C. Biegl implementiert.