COMSOL Multiphysics^® 5.6 发布亮点

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。

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。

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：

• 梁的设计优化
  
• 飞轮厚度分布优化
  
• Tesla 微阀的形状优化
  
• 一般参数估计
  
• 优化教学案例
  
• 瞬态优化
  

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。

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：

• 飞轮厚度分布优化
  
• MBB 梁的形状优化
  
• 最小化微通道中的流速
  
• 壳的形状优化
  
• 用于信号滤波的光子晶体的优化
  
• MBB 梁的拓扑优化
  
• 导出和导入拓扑优化的钢钩
  
• 支架 - 拓扑优化
  

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

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

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

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

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

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

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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