网格剖分功能更新

COMSOL Multiphysics® 5.3 版本在网格剖分的操作和功能方面进行了诸多改进。其中最重要的一点是,通过加入金字塔单元,网格类型现在可以从六面体/棱柱自动过渡到四面体网格。此外,还新增了多种网格质量的测量工具,以及可以通过表达式扩展网格操作等。请阅读以下内容,了解所有网格更新。

实现从六面体/棱柱网格剖分到四面体网格剖分的自动过渡

有时候,您可能希望使用不同的网格类型来描述几何结构的不同部分,但是在这些部分的交汇处,必须通过某种方式将这些网格结合起来。在 COMSOL® 软件 5.3 版本之前,您需要使用转换 操作将扫掠网格连接到非结构化的四面体网格。现在,自由四面体网格 操作将在扫掠的六面体/棱柱单元与四面体单元之间自动插入一个金字塔单元层。金字塔单元将出现在应用了自由四面体网格 操作的域中。

COMSOL Multiphysics 中的六面体网格与四面体网格自动过渡示例。

自由四面体网格操作现在可以自动生成一个沿环形分布的金字塔单元(蓝绿色)层来连接扫掠网格的六面体单元(绿色),并使用四面体单元(灰色)填充其余空间。金字塔单元在建模域的四面体部分中引入。

自由四面体网格操作现在可以自动生成一个沿环形分布的金字塔单元(蓝绿色)层来连接扫掠网格的六面体单元(绿色),并使用四面体单元(灰色)填充其余空间。金字塔单元在建模域的四面体部分中引入。

优化四面体网格剖分以避免过小的单元

自由四面体网格 操作中新增了优化选项,从而可以避免创建过小的单元。如果您希望将最小单元的尺寸(以内切球的半径测量)最大化,并同时保留所需的局部单元尺寸,可以使用避免过小的单元 选项。通过此项优化,在使用显式时间步进求解问题时,性能得到了极大的提升。

网格尺寸表达式

新增的网格属性使您可以更加灵活的控制网格尺寸和分布。通过将尺寸表达式 节点添加到“模型开发器”的网格剖分序列,即可使用表达式改变整个建模空间的单元尺寸。您可以选择基于栅格或者解来计算表达式。如果使用栅格 选项,在尺寸表达式 编辑框中包含的表达式可由根据由参数、函数、材料及变量定义的全局变量定义。如果使用 选项,则可以使用由求解结果定义的变量(如误差估计变量)来输入表达式。

COMSOL Multiphysics 中网格“尺寸表达式”设置屏幕截图的拼图,以及单元尺寸根据用户定义的表达式发生变化的 COMSOL 网格。

“尺寸表达式” 设置窗口的 单元尺寸表达式 栏添加了基于建模域(例如基于栅格进行计算)中的几何参数的表达式(左图)。您可以在建模域中看到生成的单元尺寸和分布(右图)。

“尺寸表达式” 设置窗口的 单元尺寸表达式 栏添加了基于建模域(例如基于栅格进行计算)中的几何参数的表达式(左图)。您可以在建模域中看到生成的单元尺寸和分布(右图)。

基于误差表达式的网格自适应

通过名为适应 的新操作,您可以基于解的误差表达式或所需网格单元尺寸的表达式来细化网格。自适应求解器随后会使用该操作来创建自适应网格。

计算网格质量的新工具

现在,您可以在统计 窗口或网格图中显示网格质量的多种测量值中做出选择。这些测量值包括:偏斜度最大角度体积 vs. 外接圆半径体积 vs. 长度条件数增长率

COMSOL Multiphysics 中网格设置屏幕截图的拼图,其中展开了“质量测量”列表,还包含一个研究 COMSOL 网格增长率的示例。 您可以选择使用以下度量在建模域上绘制网格质量:“偏斜度”、“最大角度”、“体积 vs. 外接圆半径”、“体积 vs. 长度”、“条件数”和“增长率”(左图)。本例研究的是增长率(右图)。计算结果显示,最大质量测量值 1 出现在单元尺寸恒定的网格区域,而在单元增长率从一个单元增加到下一个单元的区域中,测量值则逐渐减小。 您可以选择使用以下度量在建模域上绘制网格质量:“偏斜度”、“最大角度”、“体积 vs. 外接圆半径”、“体积 vs. 长度”、“条件数”和“增长率”(左图)。本例研究的是增长率(右图)。计算结果显示,最大质量测量值 1 出现在单元尺寸恒定的网格区域,而在单元增长率从一个单元增加到下一个单元的区域中,测量值则逐渐减小。

改进的二维网格剖分

对于包含许多域的二维几何结构,其网格剖分性能主要通过并行化得到了显著改善。此外,在对含有四个直角的域和平面执行四边形网格剖分操作时,现在可以得到更有效且质量更高的四边形网格。

自动检测导入网格的直边和平边

导入 操作中新增了多个设置,用于控制对导入三维网格的边层执行的分割操作。当您希望将导入的网格与创建的几何对象组合到一起时,此特征尤为重要。

网格渲染关闭选项

图形 工具栏中新增了一个按钮,可用于关闭网格渲染。通过使用此选项,不论几何的哪个部分具有网格,您都可以轻松地查看三维对象的内部。

COMSOL Multiphysics 5.3 版的“图形”工具栏屏幕截图,其中突出显示了新按钮。

图形工具栏中用于打开/关闭网格渲染的新按钮。

图形工具栏中用于打开/关闭网格渲染的新按钮。

支持所有网格单元类型的投影耦合算子

定义 节点的组件耦合 菜单中的广义投影线性投影 耦合算子现在支持所有类型的网格单元。

使用虚拟几何操作自动移除几何细节

新版本引入了新的三维几何操作移除细节,支持对 CAD 几何结构进行预处理,从而使网格剖分操作更成功。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,很可能会生成质量较差的大网格。

虚拟操作可以从几何结构中自动地移除短边,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 几何结构以及得到的网格。 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 版中的“移除细节”操作后改进的几何结构和网格。

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