优化模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.6 版本为“优化模块”的用户新增了一个优化求解器 (IPOPT),支持为基于梯度的优化保存中间解,并引入了自动缩放目标函数的功能。请阅读以下内容,进一步了解优化特征的新增功能。

设计参数优化

使用无导数优化求解器执行设计参数优化时,默认情况下会生成一个目标表。现在,您可以右键单击此类表格中的某一行,然后选择将选定的行复制到新的参数实例。当您希望对优化结果执行进一步分析时,这可以简化工作流程。

COMSOL Multiphysics 5.6 版本用户界面,“图形”窗口显示了一个支架模型,目标表中突出显示了“将选定的行复制到新的参数实例”选项。 优化参数值复制示例 支架的多约束优化模型在约束特征频率和最大应力的同时,最大程度地减小了支架的质量。通过右键单击目标表,可以将优化的参数值复制到新的参数实例。

形状优化

此版本添加了新的形状优化 研究步骤,专门用于基于梯度的优化。此外,还新增了基于梯度的优化求解器 IPOPT(采用内点法),可用于所有优化研究。IPOPT 求解器具有类似于 SNOPT 的属性,但前者是一个正在积极开发的开源项目。在多个教学案例中使用了新的研究步骤和 IPOPT 求解器,包括飞轮厚度分布优化 COMSOL Multiphysics® 5.6 版本的模型采用轴对称建模,并耦合使用固体力学 接口和内置的形状优化特征。

COMSOL Multiphysics 5.6 版本用户界面,显示了“形状优化”设置,其中选中了 IPOPT 方法。 演示 IPOPT 优化求解器 通过将 IPOPT 优化求解器与 “自由形状边界”特征结合使用,可以在不增加质量或(近似)最大 von Mises 应力的前提下,最大化飞轮的惯性矩。

使用 IPOPT 的模型和 App:

拓扑优化

此版本新增了拓扑优化 研究步骤,专门用于基于梯度的优化,并支持新的 IPOPT 优化求解器。此外,还添加了新的保留解 选项,您可以保存多个中间优化解,并可以选择是保存最后 N 个 解还是每 N 个 解保存一次。该选项对于查找模型中的错误以及创建优化过程的动画非常有用。

如果目标函数的比例缩放合适,许多优化求解器可以实现最佳性能;此外,优化研究步骤现在还包含一个目标缩放 选项,可用于设置手动比例或基于初始解的比例。这样可以简化许多拓扑优化问题的设置。新增的拓扑链接 材料和模型向导工具可以自动设置体积约束柔度最小化的常见情况,以进行结构拓扑优化。

COMSOL Multiphysics 中的“拓扑优化”研究设置,其中“保留解”选项设置为“每 N 个”,“图形”窗口显示优化后的支架。 演示用于拓扑优化的“保留解”选项 保留解选项可以设置为每 N 个解保存一次。如果 N = 1,软件将保存所有解,您可以随后详细检查优化过程。

采用目标函数随解进行自动缩放功能的模型和 App 包括:

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 5.6 版本的“优化模块”引入了许多新增和更新的教学案例。

飞轮厚度分布优化

蓝色的圆柱形圆盘,其中的三分之一被切除,露出红色的中心。 飞轮厚度分布模型 对最初圆柱形的圆盘执行形状优化,通过将惯性矩最大化,使圆盘可以用作飞轮。

“案例库”标题:
flywheel_profile
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用于信号滤波的光子晶体的优化

在白色背景上绘制成圆的多个柱结构表示光子晶体。 光子晶体滤波器模型 柱结构的位置经过优化,使所需频率的透射率除以冗余频率的透射率的值最大化。

“案例库”标题:
photonic_crystal_filter_optimization
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柔性钳的形状和拓扑优化

以彩虹颜色表显示的优化柔性钳模型。 柔性钳 柔性机构经过优化可以用作一组钳结构,由此得到的设计还进行了形状优化。

“案例库”标题:
compliant_pliers_mechanism
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拉伸试验的参数估计

以彩虹颜色表显示的三维狗骨式拉应力试件,其两端带有红色箭头。 拉应力模型 基于拉伸试验计算杨氏模量和泊松比,这种试验可以测量拉力和径向位移。该模型基于模型本身生成的合成数据。

“案例库”标题:
tensile_test
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拉伸梁的形状和拓扑优化

以灰色和红色显示的拉伸梁三维模型。 拉伸梁优化模型 此模型演示一个拉伸几何结构的三维拓扑和形状优化,分析梁在质量约束下的刚度最大化问题。这种方法可用于任意形式的稳态和频域求解器。

“案例库”标题:
extruded_beam_optimization
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桁架塔的优化

三种不同设计的桁架塔模型,其中包含的构件逐渐减少。 桁架塔设计 本例对桁架结构中各个构件的直径进行优化,使结构在不增加质量的情况下变得更加坚固。其中演示如何修改优化设计,只使用 3 种类型的构件来建造塔架。

“案例库”标题:
tower_optimization
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