多物理场仿真和仿真 App 推动创新

多物理场建模与仿真技术赋能企业、高校及科研机构，助力广大用户以更低的成本、更快捷且智能的方式推动创新。研发团队将 COMSOL Multiphysics^® 仿真技术融入其研发流程，构建准确的仿真模型，有效设计并优化实际工程难题。更进一步，基于这些模型，他们可以开发出可独立运行的仿真 App，使更多团队、部门乃至客户都能从多物理场仿真中受益，让工程师与设计师在研发周期内能更深入地洞察产品特性，预见到潜在问题，并迅速找到解决方案。

今天，COMSOL Multiphysics^® 6.4 版本正式发布。新版本通过引入 GPU 加速求解器提升了所有物理场的仿真速度，新增了用于模拟散料生产过程中固体颗粒运动及相互作用的新产品，并推出了用于时间显式动力学分析的新框架。

为什么选择多物理场仿真？

我们所处的世界本质上是各种物理场相互作用的产物，因此能够成功地将两种或更多物理现象完全整合在一起，对于创建能够精确模拟真实物理情景的数值模型来说，至关重要。

以扬声器为例。在单一物理场模型中，我们仅能分析音圈中的磁场情况，然而，若能同时探讨磁场如何与扬声器的其他组件相互作用，以及力和振动是如何产生的，这样的仿真结果将对扬声器设计提供更加精准的指引。利用 COMSOL Multiphysics^® 软件，我们能够轻松地为模型增添并耦合各种所需的物理现象，构建出精确的仿真模型。例如，在扬声器模型中，我们可以模拟电磁场、结构力学以及声学之间的相互作用，进行全方位、深入的仿真分析。COMSOL 软件在模拟和耦合物理现象的数量及种类上均没有限制。

左：扬声器的单物理场模型，显示了作用在音圈上的电磁力。右：扬声器的多物理场模型，同时考虑了声-结构相互作用。

COMSOL Multiphysics^® 软件是一个集建模与仿真功能于一体的平台，既支持全面的多物理场仿真，也具备单物理场仿真能力。这意味着，无论工程师和科学家来自哪个行业或学科领域，都能在这个统一的软件平台上，通过同一个用户界面，自由开发所需模型。简而言之，多物理场仿真助力企业、高校及科研机构等组织做出更为明智的决策，催生创新设计，同时减少物理原型制作与实验测试的成本，最终加速产品研发流程。

由于模型是对真实世界的反映，其 行为 必须符合物理定律，而 外观 同样不容忽视。通过添加合适的纹理、颜色以及精心设计的照明，我们可以更直观地将模型视作它所代表的真实物体，并深入理解其运作机制。此外，根据用户正在运行的分析类型，绘图类型或颜色表的选择也可能影响对结果的解读。COMSOL Multiphysics^® 软件平台不仅具备构建几何模型、分配材料和划分网格等功能，还包含丰富的可视化工具。

COMSOL^® 仿真软件概述

只有当来自不同团队、部门、组织乃至企业的同事们都能访问并参与到精确仿真模型的开发中，共同为产品设计的创新与优化贡献力量时，仿真驱动的研发工作流程才能取得最大的成功。为此，COMSOL Multiphysics^® 平台包括三个主要工作区：

• 模型开发器
  • 包含仿真专家所需要的基于物理场进行建模、求解、可视化和结果评估的所有功能。
• App 开发器
  • 为仿真专家提供简单、易用的工具，用于为同事和客户开发定制的仿真 App。
• 模型管理器
  • 为管理仿真模型和仿真 App 提供了一个结构化的工作区，具有版本控制、搜索和筛选、高效数据存储，以及从一个模型中复制操作序列以重用于另一个模型的功能。

左：模型开发器显示了一个 IGBT 模组的多物理场模型的设置和结果。中：用于构建仿真 App 的 App 开发器。右：模型管理器，展示了比较两个模型文件的功能。

同一个软件环境，适用于所有工程领域

根据具体任务需求，您或许希望使用专门的产品模块来增强核心仿真功能。COMSOL Multiphysics^® 软件提供了一系列丰富的附加产品，专门用于电磁、结构力学、声学、流体动力学、热传导和化学工程等领域的仿真分析。作为一个 多物理场仿真 平台，COMSOL^® 软件的所有产品模块功能均可无缝集成在平台中。此外，您还可以通过 LiveLink™ 产品轻松地与 CAD 以及其他第三方软件进行交互。

提示：请查阅用户案例库，了解全球的企业和机构使用 COMSOL Multiphysics^® 的应用案例。

可执行的仿真 App 加速产品创新

任何持有 COMSOL Multiphysics^® 软件许可证的用户都可以开发和维护自己的仿真 App，拥有 COMSOL Compiler™ 的用户还能将这些 App 进一步转化为独立的可执行文件，并分发给任何人在全球任何地点运行。无论是组织内部还是外部的同事，都能通过这些独立的仿真 App 来测试设计上的任何变更，而无需占用仿真专家的时间。即使是非仿真专业的用户，也能利用这些仿真应用，根据特定输入预测结果，并基于模拟结果做出决策，而无需了解如何设置和运行底层模型（在很多情况下，他们甚至不会意识到自己正在使用多物理场仿真技术）。

App 开发器提供的拖放功能，让用户能够方便、快捷地在 App 界面中根据特定需求定制输入和输出组件和小窗口。这样 ，App 用户无需投入精力去开发仿真模型，就能受益于仿真的所有优势。只需简单点击一个按钮，您就能将仿真模型编译成独立的仿真 App。至于这些仿真 App，您可以自主决定是收费出售还是免费提供，是添加密码保护还是无限制共享，以及是否设置有效期等。在使用 COMSOL Multiphysics^® 软件开发独立仿真 App 时，您拥有完全的控制权，包括 App 的开发数量、发布对象以及发布方式。

很多情况下，一些组织可能更倾向于完全控制谁有权访问他们的仿真 App，以及哪些版本的 App 可供使用。对于这种情况，他们可以通过自己的 COMSOL Server™ 环境上传、管理和运行他们的 App，而不是将它们编译为独立 App。COMSOL Server™ 提供管理工具，可用于管理用户对 App、用户帐户和组的访问以及多核处理器的利用。

利用代理模型开发实时计算的仿真 App

多年以前，COMSOL Multiphysics^® 就推出了 App 开发器和附加产品 COMSOL Compiler™ 。 2023 年，我们发布了使用机器学习训练代理模型的功能，使得开发快速计算的仿真 App 成为可能。 当您在仿真 App 中嵌入数据驱动的代理模型时，App 用户将根据输入的信息获得近乎实时的仿真结果。代理模型经过训练，能够在不牺牲准确性的前提下，近似于成本更高的完整有限元模型的计算结果。在 6.3 版本的软件中，用户不仅能够借助基于 GPU 的训练快速创建和使用代理模型，还可以将仿真App与外部传感器、数据库和 Web服务相连接，用于构建数字孪生系统。

如今，随着  COMSOL Multiphysics^® 6.4 版本的发布，用户现在可以导出深度神经网络（DNN）代理模型的网络参数，并针对代理模型训练数据开展批处理和集群计算，从而实现大型训练数据集的高效并行计算。

COMSOL Multiphysics^® 6.4 新版本更多发布亮点

COMSOL Multiphysics^® 新版本引入了适用于所有物理场的 GPU 加速仿真、时间显式动力学分析、全新的颗粒流模块，以及全面提升软件性能的一系列更新，为用户带来了比以往更出色的建模和仿真功能。

没人喜欢等待，尤其是在获取仿真结果时。我们的开发人员一直致力于提高求解器的速度，以在确保准确性的同时缩短各类模型的求解时间。随着现代硬件架构的多样化发展，性能交付还与充分利用这些平台紧密相关，其中包括 NVIDIA GPU。基于此， COMSOL Multiphysics^® 提供了多种数值求解器和设置选项，用于在 CPU 以及 NVIDIA GPU 上求解各种设计、设备和工程问题。

直接求解器是COMSOL软件广泛使用的一类求解器，能够高度耦合多物理场问题，在结构力学等领域得到广泛应用。

在 6.4 版本中，直接求解器的选择范围得到了扩展，新增了 NVIDIA CUDA^®直接稀疏求解器（cuDSS），为所有物理场带来了 GPU 支持。cuDSS 是一款专为混合CPU–GPU 计算优化的 GPU 加速稀疏直接求解器，支持所有最新的 NVIDIA^® GPU，适用于单 GPU 或多 GPU 配置，能显著提高单物理场和多物理场仿真的速度，特别是对于强耦合非线性问题以及已在使用直接求解器的建模场景尤为有益。基准测试显示，其模拟速度提升达到 5 倍甚至更高。

使用新型 cuDSS 求解器求解的具有 175 万个自由度的穿孔板声学传递阻抗模型。

在软件 6.3 版本中，我们为声学模块中的 压力声学，时间显式 接口新增了一个加速求解器（与 cuDSS 求解器不同），首次引入了 GPU 支持，用于在时域中模拟压力声学，其中借助了 CUDA-X（cuBLAS）库，使从事室内和汽车驾驶室声学研究的用户能够比以往更快地获得模拟结果。在 6.4 版本中，这款求解器现在不仅支持单台机器上的多个 GPU，还支持集群配置中的 GPU。得益于这一进步，房间和汽车驾驶室的声学模拟速度显著提升，并且模型规模在解析波长方面得到了进一步扩大。

为了验证通过多 GPU 运行时间显式压力声学模拟所能实现的加速效率，我们使用 汽车座舱声学—瞬态分析 教程模型进行了一项测试。在这个模型的第一个研究中，使用 6.3 版本的计算和结果分析总时长为 57 分钟。而在 6.4 版本中，使用单块 GPU（NVIDIA^® RTX 6000 Ada）时，这一时长缩短至 50 分钟；当使用两块 GPU 运行模拟时，时长几乎减半，仅为 29 分钟。

注：压力声学，时间显式 接口在使用单个 GPU 时支持所有许可证类型，但在使用多个 GPU 时需要网络浮动许可证。

得益于 COMSOL Multiphysics^® 6.4 版本中的 NVIDIA^® GPU 加速技术，图中展示的汽车座舱内的声学仿真可实现更快速且更具扩展性的分析。

颗粒流模块

COMSOL Multiphysics^® 平台新增一个专用附加模块，可用于模拟颗粒过程，例如，料斗卸料、料仓存储、 溜槽输送、粉末铺展及混合等。新模块具备解析颗粒级相互作用的功能，例如，碰撞、粘附、旋转阻力和热传递等现象，帮助工程师和研究人员深入理解微观粒子的动力学特性和宏观整体行为。

对于那些需要了解散装物料的行为以实现高效且可靠运营的行业和领域而言，颗粒流模块尤为重要，例如，制药、化工、农业、采矿和增材制造等行业。

点击了解更多关于颗粒流模块的信息。

使用螺旋输送机运输谷物，其中通过颜色区分谷物的释放时间。

显式结构动力学

为了说明 6.4 版本中引入的另一项重大改进，我们来看一个手机的例子。触摸屏和按键是协同工作的机械和电子元件，而电池则会发生涉及离子移动和电流等过程的化学反应，这些都是 COMSOL 软件一直以来就能模拟的相互作用。但有一类重要场景，用户直到现在才能够进行模拟。

借助最新版本，用户现在能够进行时间显式结构动力学分析。以手机为例，这项新功能可以模拟跌落测试对手机的影响，识别铝制外壳在测试中受损的区域，并根据手机的跌落高度追踪损伤扩散路径。时间显式结构动力学分析在追踪其他高速、瞬态和高度非线性事件（如冲击、挤压、金属成型和弹性波传播）时也同样重要。

COMSOL Multiphysics^® 6.4 版本的显式结构动力学可以实现一类新的仿真，包括手持消费电子产品的跌落测试。

这种显式算法支持多种非线性结构材料，包括：

• 超弹性
• 塑性
• 粘塑性
• 蠕变

时间显式结构动力学分析功能也可与新的接触仿真功能协同使用。在 6.4 版本中，可执行自动设置多个对象间任意接触条件的接触模拟，使得创建包含大量潜在接触作用的模型成为可能。

一个球撞击一座木块塔的过程。在这个模拟场景中，有 56 个可能会以难以预测的方式相互作用的物体。

下一步

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如果您想详细了解新版本软件的所有更新功能，请访问：
COMSOL Multiphysics^® 6.4 版本发布亮点 

     
NVIDIA 和 CUDA 是英伟达公司在美国和/或其他国家的商标和/或注册商标。