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電氣、力學、流體流動和化工等應用領域的仿真工具

COMSOL Multiphysics ®是一款基於高級數值方法、用於建模和模擬物理場問題的通用軟體平台。借助COMSOL Multiphysics,您將能夠解釋耦合現像或多物理場現象。軟體包含超過30個附加模組供您選擇,並可以通過電氣、力學、流體流動和化學等領域的專用物理介面和工具,來進一步擴展建模功能。附加的介面模組可以將COMSOL Multiphysics仿真與工程計算、CAD和ECAD等類型的多種軟體相連接。

用於跨學科產品開發的COMSOL Desktop ®

COMSOL Desktop ®是一個功能強大的整合環境,旨在通過統一的建模流程來支持全應用領域跨學科產品的開發。其附加模組可與COMSOL Multiphysics實現無縫接合,同時無論對於哪款插件產品,您都可以用與軟體一致的操作方式進行操作。您可以在模型開發器的模型樹中縱覽整個模型,並能訪問包括幾何、網格、物理場設置、邊界條件、研究、求解器、後處理及可視化在內的所有功能。借助COMSOL Multiphysics,您可將傳統的單物理場模型輕鬆擴展為能同時求解耦合物理現象的多物理場模型。更重要的是,掌握這些功能並不需要具備高深的數學或數值分析知識。

COMSOL ®將仿真的力量交到了您的手中

借助COMSOL Multiphysics ® FEA軟體強大的靈活性及其直觀、易用的COMSOL Desktop ®界面,您可以模擬各種各樣的物理現象。

例如,您可以在COMSOL Multiphysics ®中自由添加自己的方程,來對材料屬性、邊界、源或匯項,甚至一組獨特的偏微分方程組(PDEs)進行描述。您也可以根據輸入的方程創建新的物理場介面。當通過App開發器創建App時,您可以基於模型設計自己的用戶界面,這一界面既可以是模型的簡化版本,也可以僅包含您希望App用戶訪問的輸入及輸出編輯框。COMSOL Multiphysics ®中還提供了COMSOL ® API for use with Java ®,使您能夠更加靈活地連接COMSOL Multiphysics ®模型與其他應用。

COMSOL Desktop®:一種用於計算有效應力和變形的扳手的機械模擬。
微混合器中的流體流動和化學傳輸的模擬。 所示為流體速度場和物質濃度。
COMSOL Desktop&reg ;:計算電壓和電流分佈的起搏器電極的電氣仿真。

COMSOL Desktop是一個功能強大的整合用戶界面環境,專為跨學科產品開發而設計,具有電氣,機械,流體和化學應用的統一工作流程。

基於物理場和方程的模擬介面

COMSOL Multiphysics 為您提供了豐富的物理場模擬功能,以及多個物理場之間的耦合模擬功能。附加的專業模組包含了一系列專業的建模工具,大大拓展了軟體在電氣、機械、流體流動和化工等應用領域的建模能力。COMSOL Multiphysics 本身提供了一系列核心物理場介面,可用於結構分析、層流、聲壓、稀物質傳遞、靜電、電流、傳熱和焦耳熱等常見應用領域。與專業附加模組中的相應介面相比,這些介面的功能相對簡化。

對於沒有預定義物理場介面的任意數學或物理問題,軟體提供了一系列通用的物理場介面,使用戶可根據基本原理來定義方程,進行模擬。軟體自帶的偏微分方程(PDE)模板大大簡化了二階線性或非線性方程組的模擬過程。通過將若干方程疊加在一起,還可以求解高階微分方程。這些基於方程的工具還可以進一步與COMSOL Multiphysics 預置的物理場或任意附加模組組合,進行耦合計算和定制化分析。因此,用戶不再需要為自定義方程、材料屬性、邊界條件或源項編寫用戶子程序。對於經典的偏微分方程,例如Laplace 方程、Poisson 方程、波動方程、Helmholtz 方程、熱方程和對流-擴散方程等,軟體也預置了一系列模板。

坐標系

在軟體中可對任意多個局部坐標系進行定義,這是用戶十分青睞的一項功能。軟體內置了多個常用坐標系,例如圓柱形坐標系、球形坐標系和基於Euler 角的坐標系,並提供了自動創建坐標系的方法,這些功能使用戶可以方便地跟隨彎曲幾何形狀來定義各向異性材料屬性。此類內置於COMSOL Multiphysics 中的曲線坐標工具可被應用於任意類型的物理場,例如傳熱中的各向異性熱導率、結構力學的正交各向異性材料,以及電磁學中的各向異性介質。

模型耦合

借助COMSOL Desktop ®,您可以同時在三維、二維、一維和零維下建模。所謂“模型耦合”是指可以跨空間維度映射任意物理量。例如,二維解可以映射到三維表面或拉伸到整個三維體上。該功能簡化了跨維度仿真的設置。此外,還可以將被稱為零維模型的代數方程組、常微分方程(ODE)組或微分代數方程(DAE)組與隨空間變化的一維、二維和三維模型進行組合。

偏微分方程:基於方程的心臟電信號模型,求解瞬態非線性偏微分方程組。

利用ALE 移動網格

COMSOL Multiphysics具有基於任意Lagrangian-Eulerian (ALE)法的高級移動網格功能,您可以根據移動參考框架來定義物理場,還可以根據具體的物理場來選擇材料框架或空間框架。一些附加模組中也同時包含了這一技巧,可將移動網格與其他物理場耦合:例如流固耦合(結構力學模組和MEMS模組)、腐蝕表面(腐蝕模組)、電鍍(電鍍模組)、機電(MEMS模組)和兩相流(微流體模組)。即使當內置選項不可用時,用戶也可藉助包含於COMSOL Multiphysics中的ALE功能來執行自定義仿真。

網格剖分和有限元類型

COMSOL Multiphysics 中提供了自動及半自動的網格剖分工具,包括自由四面體網格剖分和掃掠網格剖分。對於在固體中定義的物理場,缺省算法為自由四面體網格;對於在流體中定義的物理場,缺省算法為結合四面體網格和邊界層網格。您還可以通過定義所謂的網格序列,來完全控制用於創建網格的操作序列。網格序列允許混合使用四面體、棱柱體或六面體單元,並可以進行參數化驅動。此外,在導入基於NASTRAN 格式的網格時,還支持棱錐單元。通過基於坐標的附加操作,還可以繼續對導入到軟體的NASTRAN 格式的網格在域、邊界和邊層級上進行分割。

COMSOL 軟體獨特的多物理場方法將有限元的幾何形狀(三維下的四面體、棱柱體、六面體、棱錐)與“有限元形函數”分離。這一方法提供了最大程度的靈活性,並且每個幾何形狀都支持一階、二階和三階形函數,分別對應於傳統的一次、二次和三次有限元,在某些情況下,甚至支持更高階的形函數。很多物理場在求解時採用Lagrange 有限元, Lagrange 有限元也被稱為基於等參節點的有限元。這類物理場包括傳熱、結構力學、靜電場等。對於CFD 問題,軟體還使用了一些專業的單元類型和數值穩定方法。對於矢量電磁場,使用了曲邊和更高階旋度單元,也就是邊或矢量單元。

  • 網格剖分:COMSOL Multiphysics 的網格剖分方法包括自由四面體網格、掃掠網格和邊界層網格。 圖片中顯示了使用高階單元的流動仿真網格。

網格剖分:COMSOL Multiphysics 的網格剖分方法包括自由四面體網格、掃掠網格和邊界層網格。圖片中顯示了使用高階單元的流動仿真網格。

幾何建模

COMSOL Multiphysics通過其原生的幾何內核提供了一維、二維和三維幾何建模工具。同時還提供了大量的基本對象,以及將二維幾何對象拉伸成三維的功能。此外,還可以沿參數化曲線對二維對象進行旋轉或掃掠。並集、差集和交集等布爾運算可被用於構造包含實體、表面、曲線和點等多元素組合的更為複雜的結構。自由形式模擬功能包括參數化表面、參數化曲線和插值曲線。所有幾何操作都被部署在模型樹中的參數化操作序列中。CAD導入模組和為CAD設計的LiveLink™產品提供了更高級的CAD功能,並通過加入Parasolid ®幾何內核提升了軟體的幾何建模能力,同時還提供了一系列的CAD導入/導出格式,以及與高級CAD系統的CAD交互操作功能。關於幾何建模功能和導入/導出的格式列表,請參見CAD規格頁面。

  • 幾何建模:COMSOL Multiphysics 內置了幾何建模引擎,支持一維、二維和三維環境下的參數化模型。 通過CAD 導入模組和CAD 的LiveLink 產品,可以獲得高級的幾何建模功能。

幾何建模:COMSOL Multiphysics 內置了幾何建模引擎,支持一維、二維和三維環境下的參數化模型。通過CAD 導入模組和CAD 的LiveLink 產品,可以獲得高級的幾何建模功能。

最先進的數值方法
COMSOL Multiphysics 利用最先進的數值分析方法來聯立和求解模型。軟體附加模組中使用了幾種不同的數值方法,包括有限元法分析、有限體積法、邊界元法和粒子追蹤方法等。但COMSOL Multiphysics 的重點仍然是有限元方法。軟體提供了多類有限元算法,並且會在求解時會自動生成全耦合的單元。正是憑藉這種動態生成有限元的專利方法,軟體才能支援任意多物理場的組合,這同時也是COMSOL Multiphysics 特有的功能。

這款物理場軟體使用了一系列數值求解器,並結合了自適應網格剖分(如選中)和誤差控制機制來運行分析,使用的求解器包括直接和迭代稀疏矩陣求解器、代數和幾何多重網格法,以及一系列預處理器。軟體會根據物理場耦合自動配置缺省求解器。用戶可以查看求解器設置,也可以手動配置低級別的設定。當多核計算可用時,無論COMSOL許可證是哪種類型,求解器和其他計算密集型算法均支持多核計算。網絡浮動許可證選項支持集群和雲計算。一系列的求解器被組織在一個更高級別的“研究”節點中;一個“研究”節點中可以包含一個求解器序列,用於分析穩態、特徵頻率、頻域和瞬態等內容。針對具體應用的模組還提供了額外的求解器選項,例如用於預應力或小信號分析的求解器,以及用於頻域和時域組合分析的求解器。COMSOL Multiphysics還具備敏感性分析功能,同時附加的優化模組中提供了一套優化求解器。

參數化和關聯模型
COMSOL 軟體通過操作序列來對創建幾何、網格剖分、研究與求解器設置、可視化和結果呈現等所有步驟進行記錄。因此,只需更改模型樹中的某個節點並重新運行操作序列,就可以便捷地對模型的任意部分進行參數化處理。程序會記住並重新在模型中應用其他所有的信息和數據。此外,幾何結構和模型設置之間是完全關聯的,即當幾何結構發生更改時,整個模型都會自動隨之更新。如果您更習慣於命令驅動式環境,也可以在批處理模式下運行COMSOL Multiphysics。

參數化模型:利用參數之間的代數關係對模型進行參數化處理。參數可以表示幾何尺寸和物理屬性。

參數化模型:利用參數之間的代數關係對模型進行參數化處理。 參數可以表示幾何尺寸和物理屬性。

變量、表達式和查找表
COMSOL Multiphysics 內置了數學表達式編譯器。用戶可以使用表達式來定義變量,以供之後在材料屬性、邊界條件或源項中使用。這意味著在大多數情況下當需要定製表達式時,您都無需再通過編寫代碼來修改軟體。坐標變量x、y 和z 可用於定義隨空間變化的量,例如分佈式載荷。與此類似,軟體保留了小寫字母t 來表示時間,可用於在表達式中構造瞬態模型的時變脈衝。

軟體提供了平滑、線性化、微分等多種算子。除了軟體提供的一組內置函數模板(例如Gaussian和矩形脈衝)外,您還可以直接在COMSOL Desktop ®中定義或從文件中讀取查找表函數。非均質材料的屬性可以通過將材料屬性設置為空間坐標的函數,並在體積查找表中獲取。除數值表外,您還可以使用一些通用圖片格式的圖片數據作為內插函數的基礎。例如,可以使用這種方法將圖像像素值映射到材料屬性值。您也可以在包含數學表達式與函數調用的複合表達式中將這二者結合。對於地形幾何結構的表示問題,您還可以導入數字高程圖(DEM)數據並將其與參數化表面結合使用。

  • 變量和表達式:COMSOL Desktop® 允許您定義和使用含未知場分量及其導數、空間坐標及時間的表達式來定義和使用變量。

變量和表達式:COMSOL Desktop ®允許您定義和使用含未知場分量及其導數、空間坐標及時間的表達式來定義和使用變量。

App 建立器

App建立器支援您在COMSOL Multiphysics®模型的基礎上快速創建專業化和易於使用的模擬App應用程序,以供您的同事和客戶使用。App建立器的桌面環境中提供了用於創建App的兩項重要工具:表單編輯器和方法編輯器。表單編輯器提供了便於用戶存取的拖放功能,並包含例如輸入框、圖形窗口和按鈕等的用戶界面組件。方法編輯器是一個編程環境,支援您修改代表COMSOL Multiphysics®模型的數據結構。在編輯器中,您可以編寫Java ®程式碼來擴展和增強模擬App的用戶體驗。

在COMSOL Multiphysics ®的Windows ®版中,您可以使用模擬平台及附加產品中的所有特徵與功能來創建App。App可通過用於創建原始App的附加 產品的COMSOL Multiphysics®授權碼或COMSOL Server™授權碼運行。

App可以在Windows ®、Mac OS X和Linux ®環境的COMSOL Desktop ®中運行。另外,它們也可以通過COMSOL Server™授權碼在Windows ®、Mac OS X、iOS ®、Linux ®

API 和物理場建立器

COMSOL Desktop®環境和App建立器使您可以輕鬆地定制您的模型和App,此外,軟體還提供了多種應用編程介面(API),以便進行更加高級的定制。COMSOL Multiphysics®預置COMSOL ® API for use with Java®,提供了通過編譯物件程式碼來管理和驅動軟體的程序化方法。LiveLink™ for MATLAB ®可以將COMSOL Multiphysics ®與MATLAB ®技術計算語言聯合使用。COMSOL ® APIfor use with Java ®和LiveLink™ for MATLAB ®很容易上手,因為您可以將在COMSOL Desktop ®設置的模型分別保存為Java ®或MATLAB ®檔案格式。

COMSOL Multiphysics ®中還包括了物理場建立器,使您可以通過COMSOL ®軟體中基於方程的模擬功能來自行開發物理場介面。通過在COMSOL Desktop® 中開發和預置的物理場介面具有相同的外觀和體驗的介面,您可以拓展物理場模擬功能。要實現這一點,您可以直接在COMSOL Desktop ®中的物理場建立器樹中定義新的用戶介面組件,無需任何編程操作。

 
導出結果和生成報告

結果可以導出為.txt、.dat和.csv格式的文字檔案。通過LiveLink™ for Excel ®,結果可以導出為Microsoft ®Excel ® .xlsx格式。圖像可以導出為幾種常用的圖像格式,而動畫可以導出為動畫GIF、Adobe® Flash®或AVI。

整個模擬項目的總結報告可以導出為HTML(.htm、.html)或Microsoft® Word® (.doc) 格式。軟體提供了三種預設的報告選項:簡報、中級或完整。不過,您也可以針對模型樹的不同部分生成定制報告。

生成報告:模擬總結報告可以輸出為HTML 或Word® 格式。

結果可視化和後處理

可 視化功能包括表面、切片、等位面、截面、箭頭、流線 圖、及其他繪圖類型。數據可視化並不僅限於內置的物理量,也可以通過輸入未知場變數的數學表示式來擴展到復合物理量。因此,您可以查看模擬結果中您感興趣 的任意相關量。可以使用後處理工具來進行計算和積分。您可以在整體、表面、曲線和點上計算任意量或複合量的最大值、最小值、平均值和積分值。

可視化:內置的可視化工具包括表面、切片、等位面、截面、箭頭、流線圖,以及圖形。圖片通過表面顏色圖(上部)和傳播損耗-頻率曲線(下部)顯示了汽車消聲器中的聲壓級。

生成報告:模擬總結報告可以輸出為HTML 或Word® 格式。

結果可視化和後處理

可 視化功能包括表面、切片、等位面、截面、箭頭、流線圖、及其他繪圖類型。數據 可視化並不僅限於內置的物理量,也可以通過輸入未知場變數的數學表示式來擴展到復合物理量。因此,您可以查看模擬結果中您感興趣的任意相關量。可以使用後 處理工具來進行計算和積分。您可以在整體、表面、曲線和點上計算任意量或複合量的最大值、最小值、平均值和積分值。

生成報告:模擬總結報告可以輸出為HTML 或Word® 格式。

 

可視化:內置的可視化工具包括表面、切片、等位面、截面、箭頭、流線圖,以及圖形。圖片通過表面顏色圖(上部)和傳播損耗-頻率曲線(下部)顯示了汽車消聲器中的聲壓級。

可視化:內置的可視化工具包括表面、切片、等位面、截面、箭頭、流線圖,以及圖形。 圖片通過表面顏色圖(上部)和傳播損耗-頻率曲線(下部)顯示了汽車消聲器中的聲壓級。

 APP建立器一人開發、眾人使用

借助 App 建立器,您可以基於自己的 COMSOL
Multiphysics 模型快速創建易於使用的專業化模擬 App 應用程式,以供您的同事和客戶使用。

App 建立器的桌面環境提供了用於創建 App 的兩項重要工具:表單編輯器和方法編輯器。

表單編輯器提供了便於用戶存取的拖放功能,並包含了輸入框、圖形視窗和按鈕等使用者介面元件。

方法編輯器是一個程式設計環境,支援對代表 COMSOL Multiphysics 模型的資料結構進行修改。在編輯器中,您可以編寫 Java® 代碼來擴展和增強模擬 App 的用戶體驗。

在 Windows® 版的 COMSOL Multiphysics® 中,您可以使用模擬平臺及附加模組中的所有特徵與功能來創建 App。App可通過用於創建原始 App 的外掛程式產品的 COMSOL Multiphysics 許可證或 COMSOL Server™ 許可證運行。


模擬 App 可以在Windows®、Mac OS X 和 Linux® 環境的 COMSOL Desktop®中運行。

另外,通過COMSOL Server™許可證,您也可以利用 Windows®、Mac OS X、iOS®、Linux® 和 Android™ 系統的標準網路流覽器來運行 App 。

同時,在 Windows® 環境下,您還可以通過易於安裝的 COMSOL®用戶端在連接 COMSOL Server™後運行 COMSOL® App,用戶端可在COMSOL 官網中下載。

COMSOL Server ™不包含 COMSOL Desktop® 環境中的 App 建立器、物理場建立器和模型建立器。