集成 COMSOL Multiphysics® 和 MATLAB®

Supratik Datta | 2013年 6月 13日

您知道可以实时结合 COMSOL Multiphysics® 和 MATLAB® 的功能来运行工程仿真吗?对我而言,这就像是能兼具两者之长,让我来解释一下吧。

为什么要一起使用 COMSOL Multiphysics 和 MATLAB®?

MATLAB® 为我们提供了一个交互式的开发环境,在其中,您可以利用高级语言和多种内置特征来执行数据分析和可视化、数值计算、算法开发,以及应用程序开发等。COMSOL Multiphysics 则从另一个方面支持您按照您所能望到的任何方式来定制和结合任意数量的物理场。综合 MATLAB 的开放式技术计算环境和 COMSOL 的多物理场模拟平台,您几乎可以应对任何科学挑战。

大多数工程问题都是围绕如何找出最优的设计参数或设备的最佳运行条件而展开。设备本身的功能基于某个物理原理,有时甚至是多个物理原理。让我们来看一个例子。假设您希望设计一个电热器, 玻璃顶部沉积有一层薄金属层。加热器基于焦耳热原理工作,当电流通过金属层时会在其中产生热,然后会在金属层和玻璃层中产生随空间变化的温度曲线。作为一名设计工程师,您可能希望保证在玻璃和金属的接触面上不会出现过高的由热膨胀造成的应力,以免设备发生机械故障。从实际角度而言,您还知道应将玻璃和金属层的厚度控制在由制造规范所限定的尺寸范围内。那么,如何使用 COMSOL 和 MATLAB® 来帮您解决这类设计问题?

如何结合 COMSOL 和 MATLAB®

您可以在 COMSOL Multiphysics 中建立一个涉及焦耳热和热膨胀的多物理场仿真,然后对模型执行实验设计(DOE)操作,这是 MATLAB® Statistics Toolbox™ 中提供的功能。

COMSOL Multiphysics 中的加热电路

当然,您完全可以为您的 COMSOL 模型写一个 MATLAB® 脚本来创建响应表面设计,这是一项 DOE 技巧。或者,如果您对您模型的简单重复性互动感兴趣,或希望和其他人分享您的作品,也可以创建一个如下所示的定制 MATLAB® App。 这里所示的 App 可以针对一系列设计点重复求解 COMSOL 模型,同时为您或决策者创建一个响应表面,以便做出基于专业知识的工程决策。

MATLAB 中的加热电路响应

加热电路响应表面。

为了让仿真变得更加真实,您甚至可以使用描述材料属性随温度变化的实验数据。这类数值数据可以通过 MATLAB 的核心功能、或 Curve Fitting Toolbox™ 类工具箱中的专业功能/App 预处理,您可以在 COMSOL 模型中轻松调用这些函数。

Curve Fitting Toolbox™

现在你有了一个 MATLAB® 函数来描述将在 COMSOL Multiphysics 模型中调用的材料行为,这转而又将被 MATLAB® 实验设计 App 调用。我想您无法要求这两个软件之间进行更紧密的集成了,不是吗?

利用 LiveLink™ for MATLAB® 实现集成

为了能够结合使用 COMSOL Multiphysics 和 MATLAB®,您将需要 LiveLink™ for MATLAB®。这一接口工具允许您创建 COMSOL Multiphysics 和 MATLAB® 之间的双向集成。除了能求解上述种类的问题,您也可以充分利用该接口工具提供的灵活性来执行众多先进的建模操作。 我在下面列出了部分关键优势:

  • 函数和变量的使用
    • 从 COMSOL Desktop 调用内置和用户定义的 MATLAB® 函数
    • 在 MATLAB® 工作区中以函数的形式调用 COMSOL 模型
    • COMSOL 和 MATLAB® 变量之间的通信
  • 对建立和运行模型的编程控制
    • 通过 for 循环和 while 循环实现重复性操作
    • 使用 if-elseswitchbreakcontinue进行控制
  • 数据提取和分析
    • 定制化的数据提取和统计分析
    • 系统级模拟的状态-空间矩阵

通过存档网络研讨会深入学习

更多有关如何结合 COMSOL Multiphysics 和 MATLAB® 的信息,请观看已存档的网络研讨会 结合 MATLAB® 和 COMSOL Multiphysics® 来模拟和定制设计。本次网络研讨会中,来自 The MathWorks 的 Deepak Ramaswamy 先生将和我一起向您介绍一系列的仿真场景,其中,COMSOL Multiphysics 和 MATLAB® 的集成将带来巨大的优势。您也可以浏览一系列简短视频教程,其中演示了有关建立和求解加热电路设计优化问题的详细信息。

MATLAB 是 The MathWorks, Inc. 的注册商标

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