使用多物理场接口自动定义多物理场模型
在 COMSOL Multiphysics® 中为多物理场模型定义物理场设置时，可以使用软件预定义的多物理场接口完全简化这一过程。这是一种近乎完全自动的方法，而使用 预定义耦合的手动方法 和 用户自定义耦合的手动方法 则需要手动调整操作才能实现耦合。我们将解释这种自动方法是什么，详细说明使用它的优势，并介绍如何在多物理场模型中运用此功能。
何时使用自动方法
自动方法通过多物理场接口自动添加所有相关的物理场接口和多物理场耦合，极大地简化了建模过程。这些多物理场接口会根据所模拟的多物理场现象的具体组合自动预设配置，适用于多个科学与工程领域，包括电磁学、结构力学、声学、流体流动、传热和化学工程。
多物理场接口将数学模型表述为耦合的偏微分方程组，用于描述相互影响的物理现象。此外，多物理场接口还决定了如何将该方程组离散化（例如采用有限元方法），以形成相应的数值模型方程，以及如何求解这些方程。也就是说，多物理场接口自动包括针对特定方程组的 最佳单元离散设置 和求解器设置。通过这种方式，您能够更快地专注于定义多物理场模型本身，而无需从零开始推导数学耦合关系或处理繁琐的数值细节。
您可以通过查看 产品规格表，了解当前持有许可证的 COMSOL 产品提供的多物理场接口的完整列表。浏览该表格有多种方式，具体方法在 之前的一篇博客文章 中已有说明：只需选择您所使用模块产品所属的应用领域，或直接选择对应产品模块（也可二者都选），然后滚动至 预定义多物理场接口 部分，即可查看内置多物理场接口的列表。您还可以在产品模块用户手册下的多物理场接口章节中，查看已持有许可证的任何产品模块所包含的物理场接口和多物理场接口的列表及其简要描述。更多详细信息可在产品模块的用户指南文档的 “物理场接口指南” 章节中查阅。例如，如果您拥有 AC/DC 模块的许可证，可在 AC/DC 模块简介 文档中 AC/DC Module Physics Interfaces 章节中找到物理场接口列表。您还可在 AC/DC Module Physics Interface Guide 下的 AC/DC Module User's Guide 中查阅更多详细信息。
A screenshot of the Specification Chart for the COMSOL® software, with options selected for heat transfer and predefined multiphysics interfaces.选中传热领域的产品规格表，显示了预定义多物理场接口部分。
上文中我们已经讨论了这种方法的优点，接下来，我们将概述这种方法的实现步骤，并通过一个示例演示它的使用。
实施自动方法的流程
在定义多物理场模型时，实施自动方法只需要几个步骤，因为模型设置已经通过内置的各自的物理场接口和多物理场耦合得以简化。因此，使用自动方法的一般流程如下：
- 添加多物理场接口
- 对于每个物理场接口，定义物理场设置（边界条件、初始条件、约束、载荷、材料属性，等等）
接下来，我们使用一个教程模型作为我们的多物理场示例来演示该方法的使用。
示例演示：电阻加热和热膨胀建模
让我们使用案例库中提供的热-电-机械（“tem”）版本的 热微执行器教程模型 ，来演示在多物理场模型中自动添加物理场接口的方法。
注意：为了简洁起见，假设建模工作流程中除定义物理场设置外的其余所有步骤均已完成。因此，几何、材料、网格和研究已设置完毕。此外，我们将重点放在定义模型的多物理场方面，而不详细说明如何添加和定义各物理场接口的具体边界条件。
首先，我们定义焦耳热和热膨胀的物理参数。在连接到热臂的两个锚点之间施加电压，如图所示。电流在流经执行器的热臂时受到电阻阻碍，从而产生电热，使热臂温度升高并发生热膨胀。冷臂的膨胀幅度与之不同，这导致执行器沿图中所示的负 y 方向移动。所有锚点的基座均固定，但凹槽使臂能够在 xy 平面内移动。
热微执行器的几何结构，其中标注了各部件名称。该装置由多晶硅制成。
要研究发生的电-热-结构的相互作用，我们可以使用预定义的 焦耳热和热膨胀 接口。要将此多物理场接口添加到仿真中，需要：
- 打开 添加物理场 窗口
- 展开 结构力学>热-结构相互作用 分支
- 选择并添加 焦耳热和热膨胀 接口到模型组件
在将焦耳热效应和热膨胀添加到模型后，会发现模型树中新增了多个物理场接口节点，包括 电流 接口、固体传热 接口、固体力学 接口，以及包含电磁加热与热膨胀耦合关系的 多物理场 节点。
A screenshot of the Model Builder, with the thermal microactuator model open and the Electromagnetic Heating interface expanded.一张屏幕截图，显示了使用自动方法时，被自动添加到模型树的物理场和多物理场节点（每一个节点包含相应的设置）。
电磁热 多物理场耦合通过利用电流和电导率在传热方程中添加电阻加热作为热源。还需注意，温度可能影响电导率和热导率。热膨胀 多物理场耦合通过在结构力学模型中利用温度场和热膨胀系数来构建热应变矢量，从而在模型计算时产生由热膨胀引起的膨胀以及相应的应力和应变。
热微执行器应力和变形结果的xy平面视图。
由此可见，自动方法能让复杂问题的定义和求解过程变得十分简便——您无需担心是否遗漏耦合节点、是否在各物理场接口间正确传递设置，或是否配置了合适的求解器，这些步骤均已自动化完成。
接下来，我们只需专注于为各物理接口定义物理场设置，如添加必要的边界条件、约束或调整参数设置等。
如需完整了解基于自动方法的完整建模演示，请观看下方教程视频。
教程视频：使用自动方法定义一个多物理场模型
仿真练习
您可以通过下方列出的后续建模仿真练习，将本文所学知识付诸实践。每个建模练习的指导说明包含完成练习所需的所有信息，但我们特意将练习设计得较为通用，以鼓励您自主解决问题。您可以手动使用提供的已包含解的模型文件检查您的结果，或使用 比较工具 准确识别差异。
- 按照提供的 说明，使用自动方法建立母线板教程模型。可供下载的几何文件：busbar.mphbin。
- 按照提供的 说明，使用自动方法建立自然对流教程模型。可供下载的几何文件：free_convection.mphbin。
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