多物理场仿真和 App 推动创新

2024年 11月 19日

多物理场建模与仿真帮助企业、高校和科研机构等组织以较低的成本更快、更智能地进行创新。研发团队将 COMSOL Multiphysics® 仿真整合到研发工作流程中,能够帮助团队建立精确的仿真模型,设计和优化实际工程问题,并能基于模型开发可独立运行的仿真 App,使更多的团队、部门和客户受益于多物理场仿真的优势。最终,工程师和设计人员可以在研发周期中更深入地了解产品,预测可能出现的问题,以及更快地找到解决方案。

多物理场建模与仿真技术赋能企业、高校及科研机构,助力它们以更低的成本、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,便能构建精准的仿真模型,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。

今日, COMSOL Multiphysics® 6.3 版本正式发布。在新版本中,增强的建模功能、改进的用户体验,以及对声学仿真和代理模型训练的 GPU 加速,使软件功能更加强大。此外,还新增了用于自动生成更高质量网格的新技术,以及用于模拟气体、液体和固体中放电和击穿的全新附加模块。

为什么选择多物理场仿真?

我们所处的世界本质上是由各种物理场相互作用构成的,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,是至关重要的。

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,从而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。

图左和图右分别显示了一个单物理场扬声器模型和一个多物理场扬声器模型。
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,他们都能在这个统一的软件平台上,通过同一用户界面,自由构建所需模型。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其所代表的真实物体,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。

  • 增加环境反射,使电机模型栩栩如生。增加环境反射,使电机模型栩栩如生。
  • 结合不同的绘图类型,在搅拌器结果图中创造动感。结合不同的绘图类型,在搅拌器结果图中创造动感。
  • 引入逼真材质,展示扬声器驱动器的内部机制。引入逼真材质,展示扬声器驱动器的内部机制。

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。

COMSOL Multiphysics 用户界面显示了电流守恒节点(高亮显示)的模型开发器、相应的设置窗口,以及图形窗口的 IGBT 模组模型。

App 开发器用户界面显示了主窗口和设置窗口。

模型管理器用户界面显示了版本窗口和结果对比窗口。

左:模型开发器显示了一个 IGBT 模组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,演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,您或许希望利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。作为一款 多物理场仿真 软件,COMSOL® 软件的所有产品模块功能均可通过其平台产品实现无缝集成。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,同时,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(在某些情况下,他们甚至不知道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 的访问、用户帐户和组,以及多核处理器的利用率。

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,这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。如今,随着 COMSOL Multiphysics® 6.3 版本的发布,由于支持在显卡上进行训练,代理模型的训练过程本身也更加快速。

计时器 事件功能可自动触发方法的执行,无需执行如连接外部服务器、运行模拟或更新仿真 App 用户界面等用户交互。仿真 App 具备嵌入代理模型,并与外部传感器、数据库和 Web 服务等连接的能力后,App 还可以用于构建数字孪生系统。

COMSOL Multiphysics® 6.3 新版本更多发布亮点

6.3 新版本升级了 COMSOL Multiphysics® 平台产品的核心功能,并在整个产品模块中新增了许多新功能,为用户带来了比以往更强大的仿真功能。同时,增加了一个新模块。

没有人喜欢等待,尤其是在求解模型时。COMSOL 的开发团队始终致力于提升求解速度,力求在保持精度的同时,缩短各类模型的求解时间。在 6.3 新版本中,最大的亮点之一是支持 GPU 在时域内对压力声学进行模拟,这意味着从事室内声学工作的用户将享受到比以往快 25 倍的仿真速度。

办公环境中的声学

获取更多 GPU 支持和声学相关新功能,请访问:声学模块发布亮点

放电模块

COMSOL Multiphysics® 平台新增了一个附加模块,专用于预测放电对电力、航空航天、消费电子和医疗技术等系统性能的影响。新模块功能丰富,可直接模拟气体、液体和固体电介质中的放电,分析流柱、电晕、介质阻挡和电弧放电。如需了解更多功能,请访问:放电模块发布亮点

变压器油中的正流注传播,显示了空间电荷密度。
变压器油中的流注放电传播。

自动修正几何结构,生成高质量网格

得益于全新的几何功能,COMSOL Multiphysics® 可以自动检测并删除导入几何中的微小细节和间隙。在创建用于网格划分的几何结构时,这可以节省大量时间,并生成更高质量的网格和更小的整体仿真尺寸。访问几何更新发布亮点,了解这些更新的实际应用。

改进用户体验,实现更高效的建模工作流程

仿真软件必须易于使用才能为组织带来最大价值。在 COMSOL Multiphysics® 最新版本中,用户界面(UI)的整体外观有了更多变化,当缩小窗口尺寸时,功能区的大小也会与之无缝适应。新版本的适用性也有了多项改进,包括:

  • 新增 数据查看器 窗口,用于检查和编辑参数和声明值,无论您在用户界面中导航到哪里,都可以访问该窗口。
  • 改进了搜索和过滤功能,使用户更容易找到所要查找的内容。
  • 新的图片颜色主题。
  • 可视化功能使结果分析更加容易。

COMSOL Multiphysics 用户界面焕然一新。

当用户查看模型的不同部分时,动画相机过渡效果可确保流畅的移动。

详细了解用户界面和可视化功能的一系列更新,请分别访问:COMSOL Desktop® 发布亮点结果与可视化发布亮点

下一步

您是 COMSOL Multiphysics® 新用户吗?欢迎联系我们,我们可以根据您的业务需求分享与您研究领域相关的信息。

如果您想详细了解新版本软件的所有更新功能,请访问:<ahref=”/release/6.3″>COMSOL Multiphysics® 6.3 版本发布亮点。


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