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COMSOL V4.2发行说明——借助COMSOL Multiphysics拓展多物理场应用
原文作者:中仿科技 发布时间: 2011-05-27 15:59:24 新闻来源: www.cntech.com
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全新的声—壳耦合多物理界面能够模拟薄弹性结构振动及其引起的声压场。上图显示了一个薄膜的振动及其周围空气中的声压级(dB)。
上面的模型展示了利用新的微流模块模拟半导体离子注入器中的自由分子流,证明COMSOL可以在器件设计过程中发挥重要作用,使沿离子束流动路径方向的压力蕞小。
新的参数化曲面功能允许用户基于解析表达式或数据表格创建曲面。上图为一对岩石裂隙流动的模拟,其几何结构是利用导入的高程数据实现的。
 
     伯灵顿,马萨诸塞2011年5月18日讯,COMSOL公司宣布于今日推出屡获殊荣的仿真平台COMSOL Multiphysics的新版本。在新的COMSOL Multiphysics V4.2中,软件涵盖的应用范围得到了扩展。新的产品将被很快的送到所有预定用户的手中。
 
     “COMSOL V4及之后版本的推出为我们的用户提供了一个平台,使他们可以向着更广阔的领域发展,”COMSOL公司总裁兼首席执行官Svante Littmarck说:“而我们现在推出的COMSOL V4.2就是基于这个平台推出的产品。”
 
     COMSOL V4.2 通过三个新的应用模块——微流模块、岩土力学模块、电镀模块,以及新的面向AutoCADR和SpaceClaimR的同步链接模块,扩展了COMSOL Multiphysics涵盖的应用范围。“这次发行的版本使我们的产品更加有竞争力,满足更多领域的市场需求,”Littmarck说。“力学、电磁、化学、流体、以及CAD互操作性都涵盖于目前的版本中。即使是其他领域的用户,也可以从改进后的求解器技术中受益。”
 
     “COMSOL V4.2的功能列表令人印象深刻,”Littmarck补充说“不论以何种标准来衡量,这都是一个重要的版本。如所有COMSOL用户所期待的,从几何功 能、网格划分,到求解器、后处理,用户界面都得到了升级。这些新功能可以应用于整个COMSOL仿真环境,包括现有的和新增的所有模块中。”
 
核心的多物理求解能力为仿真提速
 
     这个版本蕞重要的就是COMSOL对软件内核做了进一步的优化,从而为所有用户改善和扩展了多物理仿真性能。新功能瞄准几何、网格、和求解功能。这些改进使得COMSOL的在计算速度的优势进一步扩大。
 
     COMSOL V4.2中提供了新的虚拟几何工具,能够识别导入CAD模型的主要部件,互略不必要的细节,并据此创建网格,从而提高计算速度和内存使用效率。瞬态自适应 网格和自动网格重划功能,令求解器和网格剖分算法更紧密的配合,可用于任何移动网格分析,大大提高求解能力。比如求解存在移动扩散峰的问题和材料的沉积与 运移问题时会更加高效。
 
COMSOL V4.2中增加了新的虚拟几何,能够在不改变底层表面曲率的情况下对CAD模型进行修改,从而能够获得一个能够准确表现几何的网格,同时可以将网格数量保持在蕞低水平(右图)忽略一些不必要的细节。
     全新的参数曲面功能使得用户能够基于解析表达式或数据表格创建曲面。这各功能在地球科学领域尤其受到青睐,因为用户可以导入GIS测量数据直接完成几何建模。COMSOL的直接求解器多年前就已经可以进行多核或并行求解了。从COMSOL V4.2开始,多物理组合算法和迭代求解器也可以用于并行计算,使您在从笔记本电脑到集群机的几乎所有的计算平台上都能获得更快的求解速度和更高的内存效率。“并行化汇聚意味着多数的用户将获得更快的速度,”COMSOL公司产品副总裁Bjorn Sjodin评论说:“通过基准测试我们看到,一个静态层流混合器的求解速度增加了425%,而一个微流体片上实验室的模拟速度提高了164%。”
 
模型生成器的更新带来了建模桌面上便利的新工具
 
     在V4.2版本中,COMSOL应用户的要求增加了新的报告生成器。对于一个给定的模型,这一集成的、可定制的工具使得用户可以创建HTML格式的报告, 用户可以让报告或者简短、或者完整,包含非常丰富的数据,涉及模型的方方面面。几份报告可以添加到同一模型中,使得用户能够用一个组织严密且易于阅读的格 式与其他人沟通这些重要数据。
在COMSOL V4.0中,我们首次推出了带有模型创建器的COMSOL Desktop用户界面。现在,模型创建树增加了对支持鼠标拖放功能的支持,从而能够快速编辑模型内容。对模拟结果的显示也得到了升级。在模型创建器中, 默认绘图类型将根据模型中的物理模式决定,并使用描述性的名称。新的绘图模式包括用于统计分析的直方图,用于频响研究的Nyquist图,以及描述流动的 带状图。
 
CAD互操作性能
     COMSOL的用户一直都非常重视产品的CAD互操作性能,而这一仿真的核心技术在V4.2版本中也得到了显著的扩充。
SolidWorks同步链接工具的共用窗口界面使用户能够直接在他们的SolidWorks设计环境中的CAD模型上直接运行COMSOL仿真程序。
 
     SolidWorksR同步链接模块新增了单一窗口功能,现在SolidWorks用户能够在SolidWorks环境中实现与COMSOL Multiphysics的同步工作。新 的SpaceClaim同步链接界面将建模和多物理场仿真融合在一个紧密集成的环境中。类似的,通过新的AutoCAD同步链接界面,用户能够将 AutoCAD中的3D模型导入到COMSOL Multiphysics中。对于这两种产品来说,在COMSOL中同步的几何模型都保持着与原格式的CAD几何模型的联系。这就意味着应用到几何模型上 的设置,例如物理或网格的设置,将在随后的同步中被保留下来。同步链接接口也可以是双向的,允许用户在COMSOL中主导对CAD几何的修改。
 
关于某些特定应用模型的更新
    
     声学模块增加了新的用于热粘性声学的专用建模工具,能够实现对微型扬声器和手机麦克风以及其它手持设备的高精度模拟。由于市场开始期待小型的能带来全面而高品质的音频体验的产品,这一类型的分析将变得越来越重要。
上图为利用声学模块进行一个带有亥姆霍兹共振阻尼器的声音耦合器(耳道模拟器)的热声学模拟。模型考虑了热传导和粘性损失问题,并允许自定义声波响应。
 
     结构力学、MEMS和声学模块中增加了新的功能强大且易于使用的本征模预应力分析和频率响应分析工具。固体力学界面中的结构模型能够分析由于机械力、热、以及其它基于多物理的载荷所产生的应力。
 
     CFD模块中新的高马赫数流体流动界面适用于流速大于0.3马赫的粘性,可压缩流动问题的分析,不管是否存在扼流或者激波,都可以处理。该界面适用于喷嘴、管网、阀门设计,以及空气动力学模拟。
 
     对于薄层热传问题,热传模块新增加的多层选项能够轻松而快速的模拟由多层不同热导率薄膜组成的薄层结构。
 
     新的表面反应模拟工具增强了化学反应工程模块和等离子体模块的功能,它能够模拟表面物质与周围大部分物质相关的双向吸附型问题。重要的应用包括化学气象沉 积法(CVD)以及等离子体增强CVD。电池和燃料电池模块中则增加了新的交流阻抗研究类型,以模拟电化学阻抗谱(EIS)。新的表面反应界面能够模拟边 界曲面上的表面反应。升级后的电池和燃料电池材料库则增加了常见的电极材料和电解质。
上图显示的是一个汽车用电池组中的冷却管道和锂离子电池中的温度场分布情况。该型中耦合了一个非常贴近实际的电化学模型、电池的热分析、电池组件以及冷却管道中的流体流动模拟。
 
     RF模块中增加了更为高效的表面等离子激元的计算工具,很方便的计算折射率、反射率和一阶衍射系数与入射角关系曲线。当然,也为引入了新的Floquet型周期边界条件。
 
微流模块
    
     新的微流模块是模拟微流装置和稀薄气体流动问题的简单易用的工具。其重要应用包括片上实验室装置、电动和磁动装置、喷墨打印机、以及真空系统。
    
     除了增强的单相流界面,微流模块的用户还拥有利用水平集法、相场法、以及移动网格法模拟两相流问题的专用接口。所有接口都包括表面张力、毛细作用、以及Marangoni效应。
 
     COMSOL通用的多物理特性使得用户能够轻松的建立电动和磁动力的耦合模拟,例如电泳、磁泳、介电泳、点电渗和电湿润。微流模块中的稀物质扩散和化学反 应接口能够模拟发生在片上实验室装置上的过程。为了进行稀薄气体流动的模拟,模块中还提供了专门的边界条件以激活滑移流动区域的流动模拟。
 
     使用快速角系数法的自由分子流接口允许我们模拟分子平均自由程远大于几何尺寸的情况。与COMSOL提供的行业标准CAD软件包同步链接模块结合,这一工具对真空系统设计非常有用,能够进行腔室形状和泵结构的快速参数化分析。
 
岩土力学模块
    
     岩土力学模块是结构力学模块的附加专业模块,能够用于岩土工程领域的仿真模拟,例如隧道、开挖、边坡稳定、以及支护结构等。这个模块采用定制的借口来研究塑性、变形、土壤和岩石的失效,以及他们与混凝土及人工结构间的相互作用。
 
     产品提供了多种土壤本构模型:Cam-clay、Drucker-Prager, Mohr-Coulomb, Matsuoka-Naka, and Lade-Duncan。除了内置的塑性模型,用户可以通过COMSOL Multiphysics提供的基于方程的用户界面创建自定义的屈服函数。定义这些本构时可以考虑各种多物理效应,比如温度或者其它物理量。
 
     对于混凝土和岩石材料的模拟来说,岩土力学模块也是一个非常强有力的工具。Willam-Warnke, Bresler-Pister, Ottosen, and Hoek-Brown等模型作为内置选项,可被用户调整并扩展到更具一般性的脆性材料。此外,岩土力学模块可以很容易的与COMSOL的其它模块相结合进 行分析,如渗流模块的多孔介质流、孔隙弹性、溶质传递功能等。
 
电镀模块
 
     建模和仿真是理解、优化和控制电沉积过程的蕞省钱的途径之一。典型的模拟得到电极表面的电流分布、镀层厚度和成分等,这些结果可用来研究重要参数的影响,例如电镀池的几何结构、电解液成分、电极动力学、工作电势和电流、以及温度等。
 
     电镀模块为COMSOL Multiphysics带来了对电沉积过程的模拟能力。模块提供了易用的物理界面来模拟第一、第二和第三类电流分布模式,同时模型参数中包括了对沉积层堆积的准确的几何描述。
 
     电镀模块适用于各种不同的应用,包括电子电器部件的金属沉积,腐蚀和磨损保护,装饰性电镀,薄或结构负责部件的电镀,金属电解等。
 
上图为利用新的COMSOL电镀模块模拟一件家具把手上的装饰性镀层的厚度.
 
不断扩大的多物理应用领域
 
     COMSOL Multiphysics V4.2显著拓展了软件的应用领域、特色和功能。V4.2助力当前的用户利用COMSOL Multiphysics仿真环境去做更多的事情,同时新兴产业可以充分利用多物理仿真进行创新。在这一版本中,COMSOL继续兑现其承诺,用先进的 仿真产品继续为各个扩展领域的工程师和科学家们提供支持。
 
COMSOL V4.2 亮点
  • 微流模块为微流装置和稀薄气体流动的研究带来了简单的工具;
  • 岩土力学模块实现了岩土工程应用中的多物理模拟,例如隧道、挖掘、边坡稳定、以及支护结构;
  • 电镀模块使COMSOL的强大功能在镀铬、电子涂料、电着色、装饰性电镀、电沉积等电化学过程中得到应用;
  • AutoCAD同步链接模块实现了AutoCAD 3D几何模型在COMSOL Multiphysics中的应用;
  • SpaceClaim同步链接模块使得多物理场建模和仿真融合在一个紧密集成的环境中;
  • SolidWorks同步链接模块的共用窗口界面功能使得SolidWorks用户能够在SolidWorks中同步使用COMSOL Multiphysics的功能;
  • 快速多物理场组合求解带来了从笔记本电脑到集群机几乎所有计算平台上计算速度和内存效率的提升;
  • 报告生成器可以生成HTML格式的,不同详细程度的简报或完整报告;
  • 可压缩高马赫数流分析可用于喷嘴、管网、阀门设计,以及空气动力学模拟;
  • 虚拟几何可以在不改变底层表面曲率的情况下修改CAD模型,形成高效的网格;
  • 瞬态自适应网格自动解析两相流模拟中的急剧扩散面问题,带来更快速、更精准的模拟;
  • 自动网格重划功能使得我们能够利用移动网格模拟更加极端的变形问题。

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