COMSOL Desktop® 更新

5.3 版本在“模型开发器”中引入了“­App 开发器”中的模型方法等一系列功能,对于所有 COMSOL Multiphysics® 用户,都可以利用这一新增功能,对任意类型的建模任务实现自动操作。请阅读以下内容,进一步了解 COMSOL Desktop® 的新增功能及其他更新。

性能改进

新版本中实现了多项性能优化,主要涉及含有大量几何特征或大量几何实体的大型模型。加载这些模型时,新版本的速度提高了数倍,例如在涉及“选择列表”窗口中的选择时,速度最多可以提高 15 倍。在“模型开发器”树的节点间切换的速度也快了许多。有关更多详细信息,请参见“发布亮点”的“主要新增功能”页面。

模型方法

方法支持您使用“App 开发器”及其“方法编辑器”在专门的应用中执行复杂的操作。此版本新增了模型方法 功能,现在“模型开发器”中也可以使用方法了,通过功能区上新增的开发工具 选项卡可以访问此项功能。使用模型方法后,您可以对正处理的模型直接执行复杂操作,如根据文本文件中的数据设置几何序列、基于特定准则更改求解器设置或创建模板绘图组。

开发工具 选项卡上选择模型方法 功能后,用户就可以在“App 开发器”的“方法编辑器”中创建和编辑方法。这时,您可以访问对您编写方法代码有帮助的功能,如使用 Ctrl+空格 键以及录制代码 功能来完成代码。您还可以使用断点来调试方法。从开发工具 选项卡运行方法将直接更新“模型开发器”中的模型。由于模型方法需要使用“App 开发器”,因此只能在 Windows® 操作系统中创建,但可以运行在任何平台上。

COMSOL Multiphysics 功能区中的新“开发工具”选项卡屏幕截图。

功能区中新增的 开发工具选项卡,您可以在其中创建、录制和运行模型方法。

功能区中新增的 开发工具选项卡,您可以在其中创建、录制和运行模型方法。
“App 开发器”中的“方法编辑器”屏幕截图。 在“App 开发器”的“方法编辑器”中创建和编辑模型方法 在“App 开发器”的“方法编辑器”中创建和编辑模型方法
COMSOL Multiphysics 5.3 版本中通过模型方法更新的模型示例。 此处的示例方法中设置了一个几何序列,在运行此方法时,对模型所做的更改会立即生效。 此处的示例方法中设置了一个几何序列,在运行此方法时,对模型所做的更改会立即生效。

在 Linux® 和 macOS 中运行模型方法

尽管您尚不能在 Linux® 或 macOS 版的 COMSOL Multiphysics® 中创建或编辑模型方法,但现在可以 在这些平台上运行现有的模型方法,新版本中支持从工具栏菜单中运行模型方法。

macOS 版本中的 COMSOL Multiphysics 工具栏屏幕截图。

从 macOS 工具栏菜单访问和运行模型方法的示例。

从 macOS 工具栏菜单访问和运行模型方法的示例。

从旧版 COMSOL Server™ 软件中复制首选项

现在,此版本支持从先前安装的 COMSOL Server™ 软件中自动复制首选项,以便在新安装中保留您的定制设置。其中包含首选项 对话框中的设置,以及用户定义的材料库。

退出隐藏模式

在前几版本的“图形”工具栏中启用单击和隐藏 特征时,您需要记得在此功能使用完成后再次禁用它。否则,在继续建模时(如创建新特征)您仍处于隐藏 模式,之后在“图形”窗口中的任何鼠标单击操作,其对象仍是隐藏的几何实体,因此这些实体不会添加到新的选择中。在 COMSOL Multiphysics® 5.3 版本中,当您开始其他操作(如在“模型开发器”树中选择其他节点)时,现在会自动退出隐藏 模式。

突出显示“单击和隐藏”按钮的“图形”窗口屏幕截图。

“图形”窗口工具栏中的 单击和隐藏

“图形”窗口工具栏中的 单击和隐藏

选择列表的改进

新版本中增加了以下两个切换按钮,使“选择列表”窗口中的处理更轻松:仅列出选定项仅列出可见项。前者过滤选择列表后仅显示选定的实体,后者则仅显示可见的实体。另外,选定实体的标识符后会显示文本字符串“(选定)”,这是对前几版软件中隐藏实体标识符后显示文本“(隐藏)”的一个补充。

包含新(选定)标签的“选择列表”窗口屏幕截图。

此图显示包含新增“(选定)”标签的“选择列表”窗口。

此图显示包含新增“(选定)”标签的“选择列表”窗口。
仅显示选定项的“选择列表”窗口屏幕截图。

此图显示的方案与左图相同,不过启用了 仅列出选定项特征,因此仅显示选定项。

此图显示的方案与左图相同,不过启用了 仅列出选定项特征,因此仅显示选定项。

移除了对 COMSOL Multiphysics® 3.5a 版本中保存模型的支持

COMSOL Multiphysics® 5.3 版本不再支持打开 3.5a 版本中保存的模型,不过仍支持 COMSOL Multiphysics® 4.0 及更高版本中保存的模型。

保存和加载 MPH 文件的速度更快

新版本中开发了求解结果数据的二进制存储,在建模过程中和 MPH 文件中,动态解数据的存储方法与之前版本不同,因而带来了更快的加载和保存 MPH 文件速度。现在,当 MPH 文件打开时会读取有限的解数据,而动态数据只在请求时读取。在保存 MPH 文件时,动态数据已写入文件,因此可以将该数据从恢复临时文件 文件夹中复制到相关的 MPH 文件中。

物理符号的功能得到增强

用户在新版本中可以更好地控制“图形”窗口中显示在几何上的物理符号,可以在各物理场接口的“设置”窗口中以及物理场节点下各个特征的设置中切换这些选项的开和关。

上图:显示“固体力学”对应的“物理符号”选项的屏幕截图。下图:显示“点载荷”对应的“物理符号”选项的屏幕截图。

“图形”窗口中模型设置上物理符号的显示切换。您可以在主节点(例如,固体力学)的“设置”窗口中选择 启用物理符号(上图),也可以在单个特征(例如,点载荷)的“设置”窗口中进行选择(下图)。

“图形”窗口中模型设置上物理符号的显示切换。您可以在主节点(例如,固体力学)的“设置”窗口中选择 启用物理符号(上图),也可以在单个特征(例如,点载荷)的“设置”窗口中进行选择(下图)。

使用边界元法模拟偏微分方程

COMSOL Multiphysics® 5.3 版本基于边界元法 (BEM) 提供了两个新的物理场接口和一个新的数学接口。“AC/DC 模块”中包含新的静电,边界元 接口,“腐蚀模块”和“电镀模块”包含新的电流分布,边界元 接口。在 COMSOL Multiphysics® 核心包中,数学 分支已扩展为包含有关二维和三维模型的新的偏微分方程,边界元 接口。此新接口用于在有限建模区域和无限建模区域求解拉普拉斯方程。


边界元法 vs. 有限元法

基于 BEM 的物理场接口与基于 FEM 的物理场接口的不同之处在于,基于 BEM 的物理场接口仅在模拟区域的边界上(在二维中为曲线,三维中为表面)使用网格单元。使用 BEM 的物理场接口适用于模拟三类体积区域:域、有限空区域和无限空区域。有限空区域和无限空区域的体对象上不会剖分网格,网格生成器仅会在这些区域相邻处生成边界元。而对于 BEM,尽管此方法仅使用包含体积网格的域的边界元,但它还能用于模拟这些域。另一方面,使用 FEM 的物理场接口只适用于模拟域,而不适用于模拟有限空区域和无限空区域。

基于 FEM 的物理场接口中产生稀疏系统矩阵,作为求解过程的一部分,而基于 BEM 的物理场接口则完全不同,这些接口会产生填充矩阵或密集矩阵。这意味着,尽管在模拟同一域和物理场时,使用 BEM 所需的自由度要少于使用 FEM 所需的自由度,但使用 BEM 时的内存需求要多于 FEM,因为几何复杂度提高了,且单元数增加了。这是通过迭代求解器和远场近似的结合使用来管理的,由此避免了显式构造大型矩阵。使用 BEM 的物理场接口的默认设置是相应的迭代求解器和远场近似的结合使用。不过,在这些接口中还可以选择使用直接求解器和非远场近似的选项。

COMSOL Multiphysics® 软件还支持使用基于 BEM 和 FEM 的物理场接口来模拟包含体积网格的同一区域或域的情况。由此产生一个混合公式,在部分模型可能包含涉及非线性、各向异性或空间变化的复杂材料属性且只能使用 FEM 公式进行模拟时,这样的结合非常有用。这是因为基于 BEM 的物理场接口要求材料属性为各向同性且在每个域内、有限空区域或无限空区域内保持恒定,而材料属性无法为非线性。

有关在“AC/DC 模块”中使用静电,边界元 接口的示例,请访问以下“案例库”路径:
ACDC_Module/Capacitive_Devices/capacitor_tunable
ACDC_Module/Tutorials/capacitive_position_sensor_bem

有关在“腐蚀模块”中使用静电,边界元 接口的示例,请访问以下“案例库”路径:
Corrosion_Module/Cathodic_Protection/multiple_oil_platforms

使用 COMSOL Multiphysics 5.3 版本中的 BEM 模拟的石油钻塔,重叠部分显示牺牲阳极的放大图。

使用边界元法 (BEM) 模拟的海水石油钻塔的静电属性。诸如尺寸、零件数和几何的常规复杂度以及钻塔所在的无限区域,这些参数都使这样一个示例优先选用 BEM 进行建模。重叠部分是石油钻塔的部分放大,显示了诸如牺牲阳极(大型钻塔结构旁的细杆)等更详细的部分。

使用边界元法 (BEM) 模拟的海水石油钻塔的静电属性。诸如尺寸、零件数和几何的常规复杂度以及钻塔所在的无限区域,这些参数都使这样一个示例优先选用 BEM 进行建模。重叠部分是石油钻塔的部分放大,显示了诸如牺牲阳极(大型钻塔结构旁的细杆)等更详细的部分。