COMSOL Multiphysics V42隆重发布.docx
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COMSOLMultiphysicsV42隆重发布
COMSOLMultiphysicsV42隆重发布
COMSOLMultiphysicsV4.2亮点简介
让广大数值模拟工作者激动和兴奋的COMSOLMultiphysicsVersion4.2,已经面世。
本次升级版本中,除了已有模块的功能增强外,让人们眼睛一亮的是增加了电镀模块、微流模块、岩土力学模块、多孔介质流模块……COMSOLMultiphysicsVersion4.2代表了绝大多数多物理场数值仿真中的最先进技术,例如:
电磁学、结构力学、化工、流体,以及CAD交互式建模等。
微流体模块:
微流体模块用来研究微流设备和稀薄气体流动。
岩土力学模块:
地质岩土方面的多物理场模拟,如隧道开挖等。
电镀模块:
应用于模拟镀铬等电化学加工。
AutoCAD同步链接:
AutoCAD的3D模型可直接导入到COMSOLMultiphysics。
SpaceClaim同步链接:
将直接建模与多物理场仿真融合在一起,使两者紧密联系、相互协调。
共窗口界面:
与SolidWorks同步链接时,用户可在同一窗口下使用SolidWorks和COMSOLMultiphysics。
快速多物理场总装:
运算更快,节省内存,适用于任意类型操作平台,包括笔记本和集群。
报告生成器:
生成不同细节程度的HTML报告,最简略的为简要报告,最详细的为完整报告。
可压缩高马赫数流体:
用于设计喷嘴,管道网络,阀门以及空气动力学仿真。
虚拟几何工具:
用于修复CAD模型且保留底层的面曲率,提高网格划分效率。
瞬态自适应网格:
模拟两相流的尖锐扩散前沿,使仿真速度更快,准确度更高。
自动重新剖分网格:
应用于移动网格,当超过用户自定义的网格质量阀值时自动进行网格剖分。
岩土力学模块
岩土力学模块是结构力学模块的新增模块,用来模拟地质岩土方面的应用,例如隧道,开挖,边坡稳定和挡土结构等。
岩土力学模块主要用来研究在特定的分界面上,土壤岩石的塑性、形变和破坏,以及与混凝土结构、人造建筑物的相互作用。
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岩土力学模块应用案例:
挡土墙(左)、隧道开挖(中间)和柔性地基(右)
AutoCAD®同步链接
与AutoCAD建立实时链接,可将3D几何模型从AutoCAD导入到COMSOLMultiphysics,两者的几何结构保持相关性,也就是说对几何结构的设置(如接口或网格剖分)会保留到同步操作中。
实时链接接口同时为双向调用,用户可在COMSOL中修改AutoCAD的几何结构。
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电镀模块
电镀模块主要应用于电化学加工领域,包括汽车工业中的镀铬过程,涂层,上色,装饰性电镀以及印刷电路板(PCB)制造等。
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微流模块
微流体模块用来研究微流设备和稀薄气体流动。
重要的仿真应用包括芯片实验室设备,数字微流体,电动力学和磁动力学设备,喷墨打印机,真空设备等。
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微流体模块案例:
电润湿透镜(左)和分子流(右)
SpaceClaim®同步链接
COMSOLMultiphysics与SpaceClaim的同步链接是将直接建模与多物理场仿真融合在一起,使两者紧密联系、相互协调,最终通过CAD与CAE的并行处理得到最优化设计方案。
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SolidWorks®同步链接
共用窗口界面
SolidWorks与COMSOLMultiphysics在同一窗口中工作,即用户在SolidWorks界面下可与COMSOLMultiphysics同步工作。
如下图。
几何与网格
基于坐标建立选择
若对两个略有差别的模型进行仿真分析,基于坐标建立的选择可以重复进行仿真操作,而用户不需改变材料设置,边界条件或网格参数。
与几何对象的处理方式类似,基于坐标选项可进行参数化设置。
图中是一个支架的装配图:
首先是8个螺栓,然后是12个装配螺栓,其它部位结构完全一致。
选定方框中的所有物体,并对装配8个螺栓的支架设定固定约束。
在下一步中,增加了4个螺栓,基于坐标的选择自动对其设置固定约束。
端面
对几何结构进行端面操作可覆盖流体管道的底端,随后为CAD导入元件的内部剖分网格,用户只需选择将要形成的面的边界。
这项操作将纯粹结构力学模型转变成流体模型或流固相互(FSI)作用模型。
这项功能需要CAD导入模块或一个CAD软件实时链接模块。
虚拟几何操作剖分网格
虚拟几何工具可以修正CAD模型,而不改变其实际的表面曲率。
通过生成合成面,网格剖分能够更加准确地表征物体表面形状,而不用添加过多的单元。
此外,在分析过程中COMSOLMultiphysics能够利用高次单元表征弯曲面。
参数化面
参数表面功能允许用户利用解析表达式或表格数据直接生成面,用户可以调整实际的NURBS表面的分辨率,生成更细化的面和网格。
此图表示流动仿真,导入海拔数据以表征岩石断裂缺口。
求解
瞬态自适应网格
利用瞬态自适应网格优化方法可更有效地模拟两相流。
除了两相流以外,瞬态自适应网格优化也适用于其他任何瞬态模拟仿真。
图中所示为喷墨打印机模型,见微流体案例库(或CFD案例库)。
自适应网格自动识别出空气与墨水相边界周围需要更加浓密的网格,并且通过瞬态模拟动态更新网格。
移动网格自动重新剖分网格
对于涉及到移动网格的仿真过程,自动网格重剖可以处理变形程度更大的情形。
当网格变形超出了用户设定网格质量临界值时,网格会自动重新剖分,并在新网格继续仿真。
上图表示,单元和移动边界经过自动网格重剖,生成了压缩的单元。
求解步骤中选择物理场
在建模过程中,物理场选项能够激活或失效物理场接口。
用户可以利用这项功能控制物理场在某个求解步骤中是否进行求解。
求解器收敛图
收敛图可用于监控非线性、迭代和瞬态求解过程的收敛性。
对于非线性仿真,收敛图表征非线性迭代和和核心线性代数迭代求解各自的收敛性。
快速并行总装和求解器
COMSOLMultiphysics在多年以前就可以利用多核与集群进行直接求解。
在4.2版本中,多核装配和迭代求解器是并行进行的,使得计算速度更快、内存利用率更高,运行平台包括了从笔记本电脑到集群之间的任何形式的计算机平台。
结果与可视化
报告生成器
报告生成器会生成模型HTML报告,表征模型的整体信息,并且用户可以为模型添加多项报告。
每一份报告包含目录表格,并带有正文内容链接。
报告生成器使用内置样式表,用户也可以在浏览器中使用自制样式表改变报告表格形式。
Nyquist图
Nyquist图表示频率响应仿真结果的振幅和相位。
这类图显示到原点的距离和相角随频率的变化,主要应用在AC/DC,RF,结构力学模块,声学模块,MENS,电池与燃料电池模块。
流线带状图
流线图可呈带状形式,带状结构的宽度和颜色可通过任意表达式来控制。
图中为示模拟湍流的两种不同带状图。
调整颜色图例的位置
颜色图例位置可设定在图像的右端,左端,上端,下端,或设置为四个位置交替。
可变长宽比视图
方向比例非常大的模型可改变显示比例。
上图表示热动元件模型,左图为实际的、方向比例非常大的模型,右图为修改比例的模型。
报告生成器
改进二维渲染
改进了坐标轴标签;更容易选定覆盖配对边界;新的绘图表格,网格与标尺可表示指针的位置。
直方图
直方图,用于结果处理,可通过体积,表面,边或点的形式表征数据分布。
用户可以将图像设定为是连续的或离散的,数据标准化选项包括中立,峰值或整体。
数据的均方差和方差
对于派生值,用户可以利用数据系列平均值的积分或最大值。
例如,用户可立即显示数据系列中的每一步的平均值的积分或最大值。
4.2版本中新增加的算符有均方差(RMS,therootmeanorquadraticmean)和方差(Variance)。
缺省图
在模型树的结果部分,缺省绘制与物理场模型生成的绘图组的描述性名字自动适应。
数学接口
新PDE和ODE接口
PDE接口增加了一系列描述表面和边界的方程模式,应用包括利用系数形边界PDE接口描述表面扩散,边界层材料集聚和任意物理场的方程壳模型。
一系列新的接口可用于空间分布的ODE和微分代数方程DAE。
应用包括材料-记忆模拟,比如生物传热耗散计算或材料蠕变,这里材料形态由计算体积中每一点的单一状态变量表示。
经典PDE接口包含传热方程模式和对流-扩散方程模板。
所有PDE,ODE,DAE接口模式都可用于与任意特殊应用模式进行多物理场耦合。
材料库
材料渲染
材料表面可用色度,纹理,反射等方式来渲染。
黄金,铜,空气,水,混凝土等其他常用材料具备其特定表观形式。
材料表现可被设定,包括镜面,扩散,环绕颜色,纹理点水平。
要使用纹理渲染,设置可视化首选项为质量最优化。
广义COMSOL桌面功能
模型树中拖动节点
模型树支持拖动与合并功能。
利用这项功能,用户可以改变节点的顺序,或者拷贝、复制点。
更新进程和日志窗口
进程与日志信息各在独立窗口中。
进程窗口具有自动清除功能。
日志窗口支持清除与锁定功能,以及摘要滚动。
当打开模型时,会生成一个带有模型名字的额外日志。
AC/DC模块
小信号分析
所有模块均支持小信号分析功能。
图中所示为一个典型的应用:
电感器,中心为非线性磁芯的,电感随电流增加而发生变化。
变量电感又被称为小信号或微电感。
AC/DC集总端口分析
集总端口边界功能用于电磁场分析,这项功能用来激活线圈和其他导电结构,同时也能用来计算S参数。
声学模块
声-压电耦合
新增的多物理场接口,将声学-压电耦合,可进行频域和时域研究,并能够结合压力声学,固体力学,静电学和压电装置接口功能。
声-壳耦合
声-壳耦合,可用来模拟振动薄弹性结构及其感应声压场。
耦合是双向的,并且可用于3D频域和时域的研究。
声学-壳相互作用可以与声学模块的压力声学和壳接口,结构力学模块等相互结合。
弹性和多孔弹性波
声学模块新增了两个应用,用来描述波在固体和多孔介质中的传播。
对于常用的弹性固体,弹性波可以和多孔弹性波模式耦合,对多孔弹性波的传播进行频域分析。
热声耦合
声学模块新增了热粘性声学专用模拟工具,用于手机中的微型扬声器和麦克风的高精度仿真。
当声学设施的尺度相对粘性热边界层来说很小时,需要使用热声学接口。
右边的图表示具有Helmholtz衰减共振器的声学耦合器,其中包括热传导过程和粘滞损失过程。
左图表示在浅唯一波导中的热声波场,结果与解析解匹配。
电池与燃料电池
电池与燃料电池模块新增了AC阻抗研究类型,用以电化学阻抗光谱(EIS)仿真。
新的表面反应接口可以在边界面上模拟表面反应。
材料库中包含了常用的电池两极材料和电解质。
图为汽车电池冷却管道及电池组的温度场。
模型耦合了电池的高灵敏度电化学模型、电池和电池组的元件热分析、冷却管道流体流动三个过程。
新教程
∙螺旋型锂离子电池的边界效应
∙圆柱型锂离子电池的二维热力学模拟
∙圆柱型锂离子电池的三维热力学模拟(需要传热模块)
∙燃料电池的电化学阻抗谱
∙铅酸电池网格电极中的主电流分布
∙可溶解铅-酸氧化还原电池
CFD模块
高马赫数流体流动
高马赫数流体流动接口应用条件为流体流动速度足够大,可引起流体密度和温度发生明显变化时;这个过程中耦合了流体热动力学。
当流体速度接近或超过声速时,流体性质发生明显变化。
一般来说,流速大于声速0.3倍的流体被认为是高马赫数流体。
其重要应用包括:
喷嘴,管道网络,阀门和空气动力学现象。
图为在二维收缩-扩张扩散器(Sajben扩散器)中,湍流可压缩流体的标准模型。
在入口处,流体马赫数为0.46,通过收缩部分时被加速,并且在扩散器的瓶颈处达到超音速条件。
超音速流体在扩张部分终止,之后流体减为亚音速。
化学反应工程模块
反应流
稀溶液反应流物理接口,在自由介质和多孔介质内耦合质量输送与动量输送。
对浓溶液的反应流物理接口,同样可用。
可自动建立速度场与混合密度的模型耦合。
另外,根据非多孔区域的相关量,可导出多孔区域的有效输送系数。
扩散无限元
COMSOLMultiphysics4.2在无边界区域仿真引入无限元新方法。
因为不同的物理场可共享相同的无限元,用户可以在模型定义节点中定义无限元,消除每一个物理场接口的多余操作。
利用新功能,稀溶液运移接口提供了无限元扩散仿真。
图为新版本中的模型树图。
化学反应模型中的参数估计
将化学反应工程模块与优化模块结合起来,用户可使用参数估计,在反应工程接口中预定义反应类型。
图为寻找一阶反应的Arrhenius参数的辅助模型,氯化重氮苯一阶反应分解为苯,氯化物和氮。
表面反应
表面反应接口用于模拟表面吸附溶质与运移溶质之间的反应。
此接口用于模型边界层,在表面临近区域与质量输送接口耦合。
表面反应接口可以与化学溶质输送,反应流,和电化学接口耦合。
接口中内置了增长速率表达式,可用来模拟移动边界层。
传热模块
辐射热壁函数
用于湍流热壁方程支持面对面辐射模拟和高导边界层模拟。
此方程适用于精细热传模拟,可用于湍流,流体传热,固体传热,热辐射和高导薄热层(如金属薄片)之间的相互结合。
多层结构传热
对于多层薄膜传热的新处理方式,可以模拟各具不同的电导率的多层薄结构。
风扇和烘烤边界条件
用风扇和烘烤边界条件,进行电子冷却仿真。
风扇边界条件也可用于内部边界条件上,即狭缝条件。
为模拟入口处流体,风扇曲线可以直接输入,或以表格形式件载入。
热光色表
缺省颜色表(颜色刻度尺)为热光色表,对热传导仿真的可视化结果进行优化。
消除了颜色范围中底端部分,也修复了红颜色中的黑色阴影。
等离子体模块
等离子体表面反应
新功能可用以模拟表面反应和溶质浓度。
RF模块
介质(RF)远场和新模型
对天线和辐射元件计算辐射图时,远场估计是重要工具。
这项功能被进一步扩展,现在除了支持真空环境中的计算,还支持在媒介中计算。
用户可以选择对边界或者域进行计算。
右边的图表示入射在电线上的平面波模型。
折射系数,反射系数和一阶衍射都作为入射角的函数进行计算。
左边的图显示的是一个新的教程模型,模拟三端口铁氧环形器中的阻抗匹配。
新结构力学功能
预应力分析
结构力学模块、MENS模块和声学模块,为固有模式和频率响应模式下的预应力分析,提供了新的功能强大且使用容易的工具。
通过过结构力学、热学或任意多物理场的载荷,对固体力学接口建立的结构结构可以预加应力。
图表示结构力学案例库中的教学模型,与无载荷情况和有预应力情况下的频率响应形成对比。
压电PML
压电完美匹配层,能够同时吸收向外传播的压电弹性波的弹性部分和电场部分。
这个功能用于模拟压电传感器和声波滤过,比如BAW和SAW。
结构力学模块、MEMS模块和声学模块都可使用这项功能。
固体力学无限元
关于固体力学,某一模拟任务需要对材料平板的的应力和张力进行计算。
由于实际原因,这种模型的一些距离分析区域较近的模型区被人为地截断了,而分析人员面临的问题是如何对截断区域设置边界条件。
通过自动判定计算区域为无限元,从而利用无限元模拟,可以完全地避开这个问题。
结构力学模块和MENS模块提供了无限元功能。
各向异性塑性
弹性塑料分析是对线性弹性材料模型分析的继承。
这使弹塑性模型更快的建立,同时使正交材料和各向异性材料可用于塑性研究。
这项功能可用于结构力学和MEMS模块。
新的地质力学模块用更高级的预定义材料模型,进一步扩展了这个功能。
弹簧和阻尼器
对于非刚性边界的仿真,弹簧和减震器在点、边、边界和域,增加了新的边界条件。
这个功能可用于结构力学模块中的所有接口,以及声学模块和MEMS模块中的固体力学接口。
类似的,新的弹性薄层边界条件可用于内部边界和装配体中间层。
常见截面的梁截面库
当使用横梁接口时,对于许多常用的横截面,可以自动计算横梁横截面的性质。
附加质量
对于结构力学模块的接口,以及声学模块和微机电模块中的所有固体力学接口,都可在边、边界线和域上添加附加质量。
其重要的应用有:
模拟侵入水中的振动结构所具有的不作用于结构上的附加质量,对结构的刚度无贡献的薄层所具有的质量,修正CAD损伤所引起的质量变化,或者几何模型中未表现出但现实存在的组件所具有的质量。
多孔介质流动模块
多孔介质流动模块(以前称为地球科学模块)在V4.2中新增了很多功能。
将地质力学模块与地下流体模块耦合在一起,能够得到岩土耦合多物理场,比如多孔弹塑土壤模型,岩石材料溶质输送模型。
薄扩散阻隔层边界条件
在溶质输送接口上,对内部边界设定薄膜扩散阻隔边界条件,能够模拟比周围区域薄很多的薄层扩散系数。
COMSOL在中国,COMSOLMultiphysics是全球第一款真正意义上的多物理场耦合分析软件,中仿科技公司(CnTechCo.,Ltd)是COMSOL集团在中国的唯一合作伙伴,负责COMSOL产品在中国区(包括香港、澳门特别行政区)的技术支持和销售活动。
中仿科技公司凭借个性化的解决方案、成熟的CAE产品线、专业的市场推广能力以及强有力的技术支持服务赢得了国内众多科研院所以及企业的一致认可,目前国内几乎所有知名大学以及中国科学院旗下各研究所都已选择使用COMSOLMultiphysics作为其科研分析的CAE主要工具。
随着中仿科技公司在全国的各分公司、CAE技术联合中心,CAE培训中心的成立,提供更专业的更周到的本地化技术服务,目前众多企业也纷纷选用COMSOLMultiphysics作为企业的分析工具,应用全球最先进制造技术,最终增强企业的核心竞争力,保证了企业持续发展。
关于COMSOL
COMSOL公司在1986年成立于瑞典的斯德哥尔摩,目前已在比利时、丹麦、芬兰、法国、德国、挪威、瑞士、英国和美国麻州、加州等成立分公司。
COMSOL公司是全球多物理场建模与仿真解决方案的开拓者和领导者,它的旗舰产品COMSOLMultiphysics,使工程师和科学家们可以通过模拟,赋予设计理念以生命。
它有无与伦比的能力,使所有的物理现象可以在计算机上完美重现。
COMSOL的用户利用它提高了手机的接收性能,利用它改进医疗设备的性能并提供更准确的诊断,利用它使汽车和飞机变得更加安全和节能,利用它寻找新能源,利用它探索宇宙,甚至利用它去培养下一代的科学家。
关于公司的其他信息可以参见
关于中仿科技
中仿科技(CnTech)是中国区领先的仿真分析软件和项目咨询解决方案的供应商。
作为国内仿真技术行业的领跑者,中仿科技一直致力于仿真技术领域最专业的软件系统集成与实施和项目咨询,协助用户提高产品技术附加值、提升核心竞争力。
在融合世界一流数值仿真技术的同时,中仿科技依靠自主创新研发拥有自主知识产权的中仿CAE系列产品。
总部在上海,目前在北京、武汉和深圳设有分公司。
除了强大的销售和技术支持网络之外,中仿科技还设有专业的售后服务团队和培训中心。
为了更好的服务广大客户,公司将陆续在全国各大城市设置业务分支机构。
凭借多年来广大客户的支持和信任以及中仿员工的奉献精神和责任心,已为国内外数百家企业、高校及科研院所提供了专业的软件系统及项目咨询等服务,服务领域涉及教学科研、机械工业、土木工程、生物医学、航空航天、材料科学、化学化工、冶金科学、汽车工业、电子电器、气象环保、采矿和石油工程等行业。
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