几何建模功能更新

COMSOL Multiphysics® 5.3 版本对几何建模功能进行了大量改进。在此版本中,您可以指定局部坐标系,从而更轻松地构建几何并执行物理场定义操作,新的移除细节 功能还能自动创建虚拟几何操作。此外,一些几何操作的速度得到了显著提升,使用的内存也明显减少。请阅读以下内容,了解所有几何建模相关的更新。

使用工作平面定义的坐标系创建几何

当您使用先前的 COMSOL Multiphysics® 版本创建几何时,必须使用标准的全局坐标系来定义体素对象的位置和方向。现在,在编辑用于构建几何的体素或变换特征的设置时,可以在局部坐标系中进行操作。为此,首先创建一个工作平面,定义要在其中执行操作的局部坐标系。随后添加到几何结构的新体素将使用这个新的局部坐标系,从而使您更方便地指定体素的位置和方向。要使用这一新功能,可以在“设置”窗口的坐标系 栏中选择工作平面。然后,该工作平面及其局部坐标系的轴(xwywzw)将显示在“图形”窗口中。

COMSOL Multiphysics 5.3 版本中的新几何特征演示。

圆柱体特征使用的局部坐标系示例。局部坐标系由 面平行工作平面定义,该工作平面与长方体面重合,可从 坐标系栏的 工作平面下拉菜单中选择。新局部坐标系的轴(xwywzw)相对于工作平面的方向来设置。圆柱体的位置和中心线相对于局部坐标系的原点来设置。

圆柱体特征使用的局部坐标系示例。局部坐标系由 面平行工作平面定义,该工作平面与长方体面重合,可从 坐标系栏的 工作平面下拉菜单中选择。新局部坐标系的轴(xwywzw)相对于工作平面的方向来设置。圆柱体的位置和中心线相对于局部坐标系的原点来设置。
COMSOL Multiphysics 5.3 版本中的几何改进示例。

通过与最初定义的长方体中的面重合的 面平行工作平面定义的 圆柱体特征。在工作平面特征的设置中,局部坐标系的原点位于长方体的一个顶点上。

通过与最初定义的长方体中的面重合的 面平行工作平面定义的 圆柱体特征。在工作平面特征的设置中,局部坐标系的原点位于长方体的一个顶点上。
带注释的屏幕截图显示了 COMSOL Multiphysics 中的“坐标系”设置。

圆柱体几何体素的“设置”窗口,使用局部坐标系(基于先前定义的工作平面)进行定位。在“设置”窗口的 位置栏中,圆柱体定位在局部坐标系的原点处。

圆柱体几何体素的“设置”窗口,使用局部坐标系(基于先前定义的工作平面)进行定位。在“设置”窗口的 位置栏中,圆柱体定位在局部坐标系的原点处。

使用基于几何方向定义的坐标系

物理方程和属性有时通过其所属坐标系的方向矢量来定义。然而,如果建模域的几何结构不能方便地与全局坐标系保持一致,则很难定义与坐标方向相关的物理方程和属性。例如,与方向相关的各向异性材料的物理参数定义。

现在,您可以使用与几何实体的位置一致的局部坐标系来定义这些物理方程和属性。在定义 节点的坐标系 菜单中,可以选择新的坐标系类型:几何中的坐标系。此特征可以创建与所选工作平面对应的坐标系,从而轻松地创建一个坐标系,用于同某些几何实体保持一致的物理场。现在可以使用新的坐标轴 xwywzw 来定义物理方程。此外,还能相对于工作平面的局部坐标系来定义基矢坐标系旋转坐标系柱坐标系球坐标系

使用 COMSOL Multiphysics 中的几何方向定义的坐标系的示例。 工作平面与圆柱体的底面重合,该圆柱体与全局坐标系成一定的角度。局部坐标系已与该工作平面对齐,可以在该坐标系中指定物理方程和属性。 工作平面与圆柱体的底面重合,该圆柱体与全局坐标系成一定的角度。局部坐标系已与该工作平面对齐,可以在该坐标系中指定物理方程和属性。

使用基于不同几何方向定义的组合坐标系

当域的几何实体方向不一致时,很难定义多个几何域的物理场和属性。借助 COMSOL Multiphysics® 软件,您可以通过组合坐标系来实现这一操作,无需通过控制方程来考虑这一因素。

定义 节点的组合系统 节点(见下图)中,可以根据几何各个域中的几何实体的不同方向来指定坐标系。然后,可以使用组合坐标系根据各个域的方向来定义物理方程和属性。

使用 COMSOL Multiphysics 5.3 版本中的“移除细节”操作改进的几何结构与网格。

方向不同的两个域连接在一起。使用 面平行工作平面的 几何中的坐标系特征,可以使每个域的局部坐标系与相应几何结构的方向和位置保持一致。

方向不同的两个域连接在一起。使用 面平行工作平面的 几何中的坐标系特征,可以使每个域的局部坐标系与相应几何结构的方向和位置保持一致。

使用虚拟几何操作自动移除几何细节

您可以使用新增的三维几何操作移除细节,对 CAD 几何结构进行预处理,从而更顺利地进行网格剖分。此功能尤其适用于具有小几何细节的几何结构,通常来说,对于这种结构,如果不通过正确的方式进行处理,很可能生成质量较差的大网格。

该操作可以从几何结构中自动移除短边以及小面和长条(窄)面。移除细节 操作有两种模式:自动手动。在自动 模式下移除细节时,会生成一系列虚拟操作节点,您可以切换到手动 模式进行检查和编辑。

移除细节之前的 CAD 几何结构及生成的网格。 一个包含短边、小面和长条面的 CAD 几何结构(左图)及其生成的对应网格(右图)。 一个包含短边、小面和长条面的 CAD 几何结构(左图)及其生成的对应网格(右图)。
使用 COMSOL Multiphysics 5.3 版本中的“移除细节”操作改进的几何与网格。

使用 移除细节操作重建几何后(左图),生成了质量更佳的网格(右图)。

使用 移除细节操作重建几何后(左图),生成了质量更佳的网格(右图)。


有关使用移除细节 操作的示例,请访问以下“案例库”路径:

ECAD_Module/Tutorials/pcb_import

拉伸操作增强功能

将面拉伸为三维对象的操作现在更具灵活性。通过在拉伸“设置”窗口的距离 栏中选择拉伸的目标顶点,可以拉伸一个面,直至其接触由一个或多个顶点指定的现有对象。要创建基于平面对称的三维对象,可以在拉伸“设置”窗口的距离 栏中选择到面的距离。这样即可使用相应编辑框中的正值和负值在两个相反的方向拉伸平面。

图中显示了“拉伸”“设置”窗口,以及“图形”窗口中的几何使用箭头显示拉伸距离。

拉伸“设置”窗口(左图),支持输入面拉伸到指定的顶点。“图形”窗口(右图)通过箭头显示拉伸距离。

拉伸“设置”窗口(左图),支持输入面拉伸到指定的顶点。“图形”窗口(右图)通过箭头显示拉伸距离。

使用圆柱选择和圆盘选择的实体选择增强功能

此功能在包含许多组件的复杂阵列中非常有用,通过使用新设置,您可以更轻松地选择实体(如边界),随后还能将其用于后续操作。在三维中,您可以使用圆柱体的一部分来围绕几何截面,从而选择这些截面。几何定义 节点下的三维圆柱 选择操作现在支持定义内半径和外半径,以及圆柱 选择将扫掠的角度范围。此操作描述了可以捕获整个对象中的实体选择的扇区。您可以使用圆盘 选择操作(以前称为 选择操作)在二维中执行类似操作。

“圆柱选择”的 COMSOL 几何示例。

图中的 圆柱选择选取了中空圆柱体扇区内的边界。

图中的 圆柱选择选取了中空圆柱体扇区内的边界。

线段

COMSOL Multiphysics® 5.3 版本引入了用于二维和三维操作的新几何体素:线段。可以通过选择顶点或在线段 “设置”窗口中输入坐标来指定起点和终点。

使用横截面基于三维选择生成二维选择

新版本改进了这一功能,现在可以在 COMSOL Multiphysics® 中更轻松地指定选择。特别值得一提的是,您现在可以直接根据已在三维中指定的选择来生成二维选择。如果您要基于导入的三维几何来创建二维轴对称几何,此功能非常有用。假设 CAD 软件定义了包含建模域的流入、流出和壁的三维边界选择,则在定义轴对称模型的物理场时,这些实体现在可以用作二维边界选择。

支持创建二维选择的新功能可以通过横截面 特征进行访问,也可以通过在此特征的“设置”窗口中选中来自三维的选择 复选框来实现。然后,软件将根据工作平面节点之前的几何序列中指定的每个三维选择来创建二维选择。二维选择通过工作平面与三维选择的交集创建。通过此功能,三维域选择可以在二维中创建域选择,而三维边界选择可以在二维中创建边界选择。

几何零件变量

如果您要建立自己的几何零件库,现在可以在单个 MPH 文件中存储一个零件的多个变量。每个变量都由全局定义 节点下的几何零件 节点定义,您应在“设置”窗口中选中显示为零件库中的变量 复选框。通常,其中一个变量包含用于构建零件的主要几何序列,而其他变量则是包装器,其中包含该零件的“工作线程”变量实例。当您加载一个包含多个变量的零件时,会出现一个对话框,您可以在其中选择要用于模型的变量。