COMSOL Multiphysics^® 6.4 发布亮点

COMSOL Multiphysics^® 6.4 版本推出全新的求解器功能，带来显著的性能提升，包括基于 GPU 的稀疏直接求解器，以及对时域显式压力声学的多 GPU 支持。显式结构动力学的新增功能可实现更快速、更稳健的非线性结构分析，相应的显式时间步进求解器也进行了多项优化。此外，特征频率研究现在支持模态跟踪功能，可在模型参数变化时自动识别并追踪特征模态的演变。欢迎阅读以下内容，进一步了解这些更新。

直接 GPU 求解器

全新的 NVIDIA CUDA^® 直接稀疏求解器 (NVIDIA cuDSS) 可在广泛应用场景中显著提升计算速度。通过同时调用 CPU 与 GPU 计算资源，NVIDIA cuDSS 与传统基于 CPU 的稀疏求解器相比，能够大幅缩短计算时间。

该求解器可无缝集成至现有求解器框架，既能作为独立求解器使用，也可用作预条件器的一部分，或用于非线性及隐式瞬态分析。此外，NVIDIA cuDSS 还支持单机多 GPU 并行计算。这一功能不仅有助于加速大型仿真计算，还能有效扩展求解器可用的内存容量。

包含 175 万自由度 (DOF) 的穿孔板声转移阻抗模型，图中显示了 500 Hz 下的声质点速度。使用 MUMPS 在英特尔® 酷睿™ i9-10920X CPU 上求解需耗时 191 秒；而采用 NVIDIA cuDSS 在 NVIDIA H100 GPU 上求解仅需 30 秒。

“压力声学，时域显式”支持多 GPU

借助 NVIDIA CUDA-X cuBLAS 库加速的压力声学，时域显式 接口 GPU 求解方案，现已支持在多 GPU 环境下运行 - 无论是单台计算机上的多 GPU，还是跨多个节点的 GPU 集群（多节点多 GPU 配置）。同样，加速的 CPU 求解方案也支持在 CPU 集群上运行。这些功能提升不仅显著缩短了整体计算耗时，还扩展了可模拟的模型规模上限。

本动画演示一个具有频率相关阻抗数据的办公空间声学模型，包含 5000 万自由度，并求解了 20 个周期。在单块 NVIDIA RTX 6000 Ada Generation GPU 上求解需耗时 29 分钟，而使用两块 RTX 6000 Ada Generation GPU 则可将时间缩短至 18 分钟。该加速求解器同样支持在 CPU 集群上运行。

显式时间步进功能扩展

新增的 Verlet 方法为二阶系统提供了高效的显式时间步进求解方案。新方法具备良好的数值稳定性，并通过保持时间积分对称性实现能量守恒，即具有时间可逆性。这一属性使其尤其适用于新增的固体力学，显式动力学 和桁架，显式动力学 接口中的瞬态动力学分析，并已成为这两个接口的默认求解器选项。

在重力作用下，箱内物体下落的过程。本例采用新增的适用于二阶系统的 Verlet 时间步进方法，可实现更大的时步计算。

质量集总

在显式结构动力学应用中，用户现在可以采用易于求逆的对角质量矩阵近似方法，使显式时间步进能够更高效地推进大模型计算，在实现更快速瞬态仿真的同时，显著降低计算成本。

本例使用新的 固体力学，显式动力学接口模拟手机跌落测试中的塑性应变。集总质量矩阵的对角化特性实现了快速的显式时间步进计算。

约束处理速度提升

改进的约束处理机制使涉及接触、塑性变形及其他非线性效应的仿真运行更快速、更稳健。

圆柱形电池单元在压痕测试中的内部压力分布。改进后的显式约束处理使此类仿真能够在标准台式计算机上快速求解。

模态跟踪

现在，用户可以在参数化扫描过程中跟踪特征模态的演变。在模态随参数变化的特征值研究中，新功能有助于保持一致的模态识别。

具有弹性壁的消声器中 12 个特征模态的频率演变。模态跟踪功能使用户能更深入地理解系统的频散属性，不仅能计算穿过横截面的传播模态，还能跟踪每个模态随频率的演变过程。