COMSOL Multiphysics® 的几何内核

Lorant Olasz 2014年 4月 16日

几何内核 是负责处理 COMSOL Multiphysics® 中几何的软件组件。您或许想要了解它的意义、原理及作用。我们将在下文中进行介绍。

仿真过程中的几何

在 COMSOL Multiphysics 中建模的第一步通常是创建或导入几何。根据具体的仿真目的,几何可以是一台设备的现实化或理想化表征。

几何有多种构建方式。例如,在工作平面上绘制几何形状,然后进行拉伸,或者创建一个实体对象,并将它与其他实体对象合并在一起,最终使几何成型。在某些情况下,我们要绘制的设备由多个零件构成。为了能够应用不同的材料设置,我们需要将这些零件绘制成单独的实体对象。

从 CAD 文件中导入的几何通常需要经过修复或简化等操作,删除很小或多余的细节。在 COMSOL® 软件中,我们可以绘制新构型来补充导入的对象。不管采取哪种方式创建几何,我们都可以随时返回,编辑各种操作(它们集中在“模型开发器”中几何 节点的几何序列下)。

创建了几何后,我们继续去定义包含材料和边界设置在内的物理场,然后剖分几何的网格。在必要时,我们可以返回定义步骤去修改设计,这时我们最初选定的域和边界会保留物理场设置。在求解之前,我们先创建有限元网格,保证对几何进行充分近似。最后,通过在几何中绘制仿真结果来对其进行评估。

Geometry of a wheel rim COMSOL Multiphysics® 的几何内核
疲劳分析不同阶段的轮辋几何。

仿真背后的数学家

在 COMSOL Multiphysics 中,几何内核 是确保所有上述功能平稳运行的软件组件。内核会始终保留所绘制或导入几何对象的数学表达形式。它所拥有的功能和算法可用于构建几何对象及其之间的交互,例如合并或相交。另外,几何内核的一部分作用是确保几何的关联性,也就是说,在修改几何时,我们不需要重新应用物理场设置。此外,内核还可以为其他软件组件提供几何信息,例如,为网格生成器计算投影或面曲率。

不止一个,而是双重几何内核

针对不同类型的任务,几何内核具有不同的配置。为了保证最佳性能,COMSOL 软件提供了不止一个,而是两个内核。一个是 COMSOL 内核,它最适合处理在软件中创建的几何。为了处理导入的 CAD 几何,“CAD 导入模块”和 CAD 的 LiveLink™ 模块封装了一个专用的几何内核——Parasolid® 内核(在 UI 中被称为“CAD 导入模块”内核)。

Parasolid® 内核为导入的 CAD 设计提供了修复功能和简化功能(例如删除圆角或孔)。不过,Parasolid® 内核的用途不仅限于修复和特征去除。一般的几何操作也由 Parasolid®内核实现。这意味着就算我们正在使用此内核,也能创建和修改包括导入的 CAD 对象在内的几何。

Defeaturing example COMSOL Multiphysics® 的几何内核
在特征去除过程中,删除几何中的孔和其他细节。

选择几何内核

如果我们使用了包含“CAD 导入模块”或某个 CAD 的 LiveLink™ 模块的许可证来安装 COMSOL Multiphysics,那么在启动新模型时,系统会把 Parasolid® 内核设为默认内核。不过我们可以在首选项 窗口中轻松地更改这一设置。

Preferences window COMSOL Multiphysics® 的几何内核

开始建模后,要检查并更改模型组件中的几何内核,可以单击“模型开发器”中的“几何”节点,浏览到“几何”设置窗口。

Geometry settings window COMSOL Multiphysics® 的几何内核

借助更改设置中的几何表示,我们可以决定哪一个内核将处理当前模型组件中的几何。在更改内核之前,我们必须使用切换到的内核重新生成几何序列。如果 COMSOL 内核包含任何只能使用“CAD 导入模块”内核的操作,则无法使用 COMSOL 内核重新生成几何序列。这些操作包括几何 工具栏中的特征去除和修复 以及导入 功能(如果导入的文件是“CAD 导入模块”支持的格式)下的操作。在这些情况下,我们可以转换要使用的几何,使其与 COMSOL 内核适配。

转换几何对象

从 CAD 文件导入几何时,我们常常使用“CAD 导入模块”内核提供的修复和特征去除操作,以做好分析的准备。虽然打开包含类似几何序列的模型必须使用“CAD 导入模块”,不过我们可以通过两个简单步骤以 COMSOL 格式共享几何。第一步,将去除特征的几何对象转换为 COMSOL 格式。“转换为 COMSOL 对象”操作位于几何 工具栏的转换 选项下,如下图所示。

Convert to COMSOL operation COMSOL Multiphysics® 的几何内核

第二部,将转换好的几何对象导出为 COMSOL Multiphysics 格式(.mphbin 或 .mphtxt)。

扩展阅读

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