由 Thomas Forrister 创作的所有博客
优化耳机设计 实现自由聆听体验
戴着耳机听音乐已经成为了大家日常生活的一部分。工程师在设计耳机时必须保证耳机以下几个方面的质量：音质、可靠性和安全性，不过这可能极具挑战性。
智能微波炉的优化设计
你有没有过这样的经历:当你坐下来享用微波炉加热过的食物时，咬下第一口被烫伤了嘴，而下一口却又是冰冻的。这是因为传统的微波炉并不总是均匀地加热食物。
通过流体动力学研究摊煎饼的最佳方法
对于物理学家来说，随时都可能迸发出更好的设计和技术灵感。对于一个饥饿的物理学家来说，灵感尤其会在用餐时迸发出来。
如何延长锂离子电池的使用寿命
锂离子（Li-ion）电池因其能效而广为人知，并逐渐成为电动汽车（EV）设计人员的首选电池。然而，这些电池的效率会随着温度的突然变化快速降低。控制温度（无论是环境温度还是电池本身产生的温度）升高的一种方法是采用液体冷却
通过仿真研究如何击败巨型怪兽
当你在观看怪兽题材电影时，有没有想过：如果地球上真的存在巨型怪兽会怎样？为了找到保护人类的有效方法，来自卡迪夫大学（Cardiff University）和牛津大学（University of Oxford）的两个数学生物学家使用数学建模对电影中常见的消灭这些巨型怪兽的方法进行了测试。通过对仿真结果的分析，他们还进一步确定了适用于不同地区的最佳策略。 基于种群生态学理论研究如何消灭巨型怪兽 一个科学考察队在探索马里亚纳海沟（Mariana Trench）深处时，意外地从温跃层的裂缝中释放了一只史前巨鲨——巨齿鲨。随后，他们耗费了大量武器、技术和船员来追捕这头巨鲨。在另一个类似的虚构故事中，一头体型庞大的大白鲨用它锋利的牙齿威胁度假岛上的人类……直到主角将它击败送回海底深处。 《大白鲨》（Jaws）的拍摄地点位于美国马萨诸塞州的马撒葡萄园岛（Martha’s Vineyard, Massachusetts），科德角海岸附近。在真实世界中，近年来鲨鱼的数量一直在迅速增长。虽然鲨鱼袭击人类的事件远比电影中展现的要少得多，但当人们看到海滩上出现大量背鳍时，仍然会感到担忧。那么，究竟是什么原因导致这么多的大白鲨靠近海岸呢？ 大白鲨。图片由 Olga Ernst 提供自己的作品。通过 Wikimedia Commons 在 CC BY-SA 4.0 下获得许可。 简单来说，海豹数量的减少是导致这个问题的主要原因。在1880 年代到 1960 年代，由于海豹会捕食鳕鱼，新英格兰渔民便将其视为渔业的威胁，因此大量捕杀海豹，直到该地区的海豹数量有明显减少。之后， 1970 年代颁布的《海洋哺乳动物保护法》（ Marine Mammal Protection Act）中将杀死海洋哺乳动物定为非法行为，这才使得海豹的数量有所回升…… 以海豹为食的鲨鱼数量也随之增多。 一些人提议捕杀海豹，另一些人提议捕杀鲨鱼，但通过捕杀这种方法可能会使问题变得更加严重。如何预测哪些选择会产生预期结果，哪些选择会带来意想不到的后果呢？其中一种方法就是运用数学方法研究生物学。 种群生态学理论 为了激发人们对真实生活中的生态问题（如大白鲨重返海角）的兴趣，数学生物学家 Thomas Woolley 博士和 Philip Maini 教授将目光转向了惊险刺激的怪兽电影。他们基于《环太平洋》（Pacific Rim）、《侏罗纪世界》（Jurassic World）、《哥斯拉》（Godzilla）和《金刚》（King Kong) 等各种类型的电影所发现的“证据”，将理论种群生态学数学应用于一个研究名为 Kaijus 的巨型怪兽和 Jaegers巨型机器人的虚构场景中。在下文中，您将看到这些典型的证据可以指导他们确定仿真参数。 尽管这一研究所需要考虑的问题有很多，但其基本原理仍围绕着自然界已经发现的理论：种群动态。对于 Woolley 而言，使用电影类比来吸引人们对种群生态学产生关注是一个很好的切入点，他说：“我们如何才能以最好的方式将研究的东西展示出来呢？”人们可以很容易地以僵尸灾难与 疟疾或流感的传播进行比较，因为它们的数学模型是一样的。而对于怪兽题材来说，生物学家们关注于物种间的竞争，捕食者与猎物之间的相互作用，以及人类尝试灭绝物种等。 使用 COMSOL Multiphysics® 软件内置的捕食者－猎物方程等常用工具，可以对生态害虫问题进行研究。该方程的官方名称为 Lotka–Volterra，它从数学上描述了两个物种相互作用的方式，其中一个是捕食者，另一个是猎物，以及它们的种群随时间的变化情况。研究人员以捕食者-猎物的相互作用问题为基础，对上文提到的 Kaijus 巨型怪兽进行了仿真计算。 kaiju 巨型怪兽种群的数学建模 在制定消灭策略之前，生物学家根据以下主要标准为 Kaijus 定义了预测种群规模的参数： 相互作用 行动路径 环境边界 初始分布 怪兽 Kaiju 的设定表明，这些生物不仅具备繁殖能力，当种群数量过多，必须为资源竞争时，它们还会自相残杀。因此，科学家们在模型的交互部分使用了逻辑斯蒂增长微分方程。在现实生活中，这类方程可用于描述从酵母到狼等各种生物种群。 在移动方面，科学家们基于流行电影中这些怪兽的能力，确定它们能在不到一天的时间内从海洋移动到陆地，并根据从环太平洋沿岸到日本（约 1000 英里）所需的 24 小时时间周期来计算它们的移动速度。他们发现，Kaijus 能以大约每小时 40 英里的速度游泳。作为自然力量，Kaijus 倾向于从起点随机移动到最近的陆地。这有助于科学家们根据怪兽密度的扩散和时空演变推导出偏微分方程。此外，他们还考虑了怪兽可以改变方向的情况，尤其是在遇到边界时。 […]
通过数值模拟优化润滑系统
SIMTEC 的专家使用数值建模设计了一种润滑机械接触，并构建了一个应用程序，用于优化滚动轴承和滑动轴承的润滑使用。
使用 COMSOL Multiphysics® 优化 PID 控制器性能
想象一下，你正在公路旅行，以每小时 60 英里的速度在公路上行驶。为了保持这个速度，你决定打开巡航控制。毕竟你正在度假——为什么不让汽车替你干活呢？无论你是上坡还是下坡，汽车都会对速度变化做出反应，自动加速或减速。
主题演讲视频：通过 App 改进流程理解
仿真 App 如何加强公司与其客户之间的关系？Huntsman Advanced Materials 公司的 Florian Klunker 在 COMSOL 用户年会 2018 洛桑站的主题演讲中讨论了将仿真作为一种服务提供给客户。
光声光谱腔拓扑优化分析
在气体光声光谱学中，光和声用于检测周围环境中有害化合物的浓度。与其他光谱技术相比，光声学由于其检测方案而显示出最高的信噪比——但由于产生的声波通常太弱而不能被麦克风检测到，因此我们使用声学单元来放大信号。
熵捕获中的 DNA 快速分离过程模拟
在调查犯罪时，法医专家有时会使用DNA证据来识别犯罪嫌疑人。然而，DNA不仅包含识别信息，还有我们基因构成的线索。DNA 分离可以用来深入研究 DNA 链，但是传统方法很耗时。
通过仿真分析球形盖的变形问题
当结构承受过大的压力时（即当负载达到临界状态时），它们会由于不稳定而发生变形（称为屈曲）。为了了解这些变形会如何影响设计，工程师们不仅要研究临界载荷点的情况，而且还要研究过了临界载荷点之后的情况。
建立逼真的声悬浮器模型对抗重力
这不仅仅是科幻小说：物体真的可以漂浮。实现这一点的一种方法是利用声波在半空中提升和悬浮粒子。仿真可以拓宽这项技术的使用范围。
通过仿真防止大气腐蚀
某些环境因素，如湿度和雪，会导致大气腐蚀。结果呢?生锈的自行车、汽车和其他金属结构。仿真可以防止这种影响。
弹塑性金属条颈缩基准模型评估
当对具有特定几何结构的可延展材料样品进行拉伸试验时，会发生一种称为颈缩的现象。在一定载荷下，变形不再均匀，并形成局部“颈缩”。工程技术人员可以使用仿真来预测何时出现这种现象。
涡流制动系统简介及建模优化
如今，人们对旅行的需求与日俱增，随之而来的是更加环保的交通方式的选择——噪声更小且速度更快。但是不论什么运动最终必须停止，大多数飞机，火车和汽车都使用机械制动，但这种制动方式会造成结构磨损并且在高速时变得不安全。
动脉自膨胀式支架的建模与仿真
人工支架是治疗冠心病的一种常用方法。人工支架可以增加流向心脏的血液流动，但也会带来并发症，因为患者心脏周围的动脉具有不规则的解剖结构。自膨胀式支架是人工支架的一种，它能够贴合血管，并随着血管的变化而变化。
建筑设计中的消防系统建模与仿真
您对同事说：“我不知道今天安排有消防演习。” 他们回答说：“没有。” 然后，你就闻到了烟味。 在这篇有关建筑物理的博客文章中将会继续讲述这个故事。
2 种计算机主板冲击响应分析方法的比较
在进入市场之前，主板和其他易碎的电子元件需要能够承受一定的机械冲击负荷。这就是休克反应分析的用武之地。
评估核废料的耐火外包装
限制系统的封装用于安全储存放射性废物。Sogin采用传热模型设计安全可靠的防火封装。
借助仿真技术清理海洋垃圾
漂浮在海面上的塑料经常卷绕在充满碎片的旋涡流中，它们通常被称为“垃圾带”。这些在海洋中传播的塑料碎片对野生生物构成了威胁，并正在缓慢进入食物链中。美国国家海洋和大气管理局的“海洋碎片清理项目”（NOAA Marine Debris Program）正在借助浮动围栏技术清除这些碎片，该技术常用于遏制石油泄漏。
主题演讲视频：仿真助力心脏泵设计改进
心力衰竭是一个全球性的健康问题，影响着数百万人，使他们无法正常生活。但是，如果有一种装置可以让患者的心脏保持跳动，甚至提高他们的生活质量，将会怎样呢？
模拟喇叭中的非线性声传播
当对声学器件建模时，虽然总存在非线性因素，但通常只考虑线性传播就足够了。然而，当在设计中信号幅度达到较高程度时，非线性效应就会显得尤为重要。工程师可以利用 COMSOL Multiphysics® 软件中的非线性声学（Westervelt） 特性，在仿真中加入非线性效应，如指数曲线形喇叭示例所示。
使用“复合材料模块”分析风力发电机叶片
以风力发电机复合材料叶片为例，认识“复合材料模块”中专用于分析多层薄结构的功能。
通过光力学模型研究人眼的老花现象
在例行检查过程中，眼科护理专业人员会检查常见的屈光不正症状，如近视、远视和散光。随着患者年龄的增长，医生还会检查老花眼，这是一种眼调节能力减弱的现象，会导致近视力长期完全丧失。视觉调节过程非常复杂，很难获得改进老视诊断和治疗所需的有用眼睛特性。为了解决晶状体折射率的测量问题，研究人员利用仿真开发了一种逆向工程技术。
