COMSOL Multiphysics (бывший Femlab) – пакет моделирования для решения задачи из области электромагнетизма, теории упругости, динамики жидкостей и газов и химической газодинамики.
Представленный пакет дает возможность решить задачу как в математической постановке в виде системы уравнений, так и в физической, путем выбора физической модели (например модели процесса диффузии). Безусловно в любом случае будет решаться система уравнений, и различие состоит лишь в возможности использовать физические системы единиц и физическую терминологию. В так называемом физическом режиме работы можно использовать заранее определенные уравнения для большинства явлений, имеющих место в науке и технике, таких как перенос тепла и электричества, теория упругости, диффузия, распространение волн и поток жидкости.
Пакет COMSOL Multiphysics позволяет моделировать практически все физические процессы, которые описываются частными дифференциальными уравнениями. Программа содержит различные решатели, которые помогут быстро справиться даже с самыми сложными задачами, а простая структура приложения обеспечивает простоту и гибкость использования.
Set Up the Model Environment in COMSOL Multiphysics (1/8)
Сильной стороной программы является ее возможность одновременно учитывать различные виды физических взаимодействий.
Дополнительные модули позволяют реализовать моделирование процессов переноса массы и энергии с учетом кинетики химических реакций (модуль chemical engineering), движения жидкостей и газов в пористых средах и под землей (модуль earth science), электромагнитных взаимодействий (модуль electromagnetics) и процессов теплопередачи (heat transfer), а также обеспечить решение проектных задач в области микроэлектромеханики (MEMS) и анализа структурных деформаций (structural mechanics).
Также нужно упомянуть и другие продукты: расширение Reaction Engineering Lab™ , предназначенное для моделирования химических систем с использованием формул химических реакций, и совместимый с системой MATLAB язык программирования COMSOL Script™ для работы с моделями COMSOL Multiphysics.
Программные продукты COMSOL выпускаются в версиях для платформ Windows, Linux, Solaris Macintosh. Подробнее см. здесь.
Библиотека Material Library содержит информацию о двух с половиной тысячах материалов, включая химические элементы, полезные ископаемые, горные породы, грунт, металлы, оксиды, а также теплоизоляционные, полупроводниковые и оптические материалы. Для каждого из материалов предусмотрено более двух десятков свойств, таких как упругие, термомеханические или электромагнитные. Кроме того, в системе предусмотрена возможность импорта характеристик материалов из базы данных материалов огромного числа поставщиков.
Источник: pro-spo.ru
Введение в comsol Multiphysics
COMSOL Multiphysics — это мощная интерактивная среда для моделирования и расчетов большинства научных и инженерных задач основанных на дифференциальных уравнениях в частных производных (PDE) методом конечных элементов. С этим программным пакетом вы можете расширять стандартные модели использующие одно дифференциальное уравнение (прикладной режим) в мультифизические модели для расчета связанных между собой физических явлений.
Getting Started with COMSOL Multiphysics | Tutorial #1
Расчет не требует глубокого знания математической физики и метода конечных элементов. Это возможно благодаря встроенным физическим режимам, где коэффициенты PDE задаются в виде понятных физических свойств и условий, таких как: теплопроводность, теплоемкость, коэффициент теплоотдачи, объемная мощность и т.п. в зависимости от выбранного физического раздела. Преобразование этих параметров в коэффициенты математических уравнений происходит автоматически. Взаимодействие с программой возможно стандартным способом – через графический интерфейс пользователя (GUI), либо программированием с помощью скриптов на языке COMSOL Script или языке MATLAB. Данное пособие рассматривает основы работы с программой только через графический интерфейс.
Программа основана на системе дифференциальных уравнений в частных производных. Существует три математических способа задания таких систем:
- Коэффициентная форма, предназначенная для линейных и близких к линейным моделей
- Генеральная форма, для нелинейных моделей
- Слабая форма (Weakform), для моделей с PDE на границах, ребрах или для моделей использующих условия со смешанными и производными по времени.
Используя эти способы, можно изменять типы анализа, включая:
- Стационарный и переходный анализ
- Линейный и нелинейный анализ
- Модальный анализ и анализ собственных частот
Для решения PDE, COMSOL Multiphysics использует метод конечных элементов (FEM). Программное обеспечение запускает конечноэлементный анализ вместе с сеткой учитывающей геометрическую конфигурацию тел и контролем ошибок с использованием разнообразных численных решателей. Так как многие физические законы выражаются в форме PDE, становится возможным моделировать широкий спектр научных и инженерных явлений из многих областей физики таких как: акустика, химические реакции, диффузия, электромагнетизм, гидродинамика, фильтрование, тепломассоперенос, оптика, квантовая механика, полупроводниковые устройства, сопромат и многих других.
Кроме вышеперечисленного, программа позволяет с помощью переменных связи (coupling variables) соединять модели в разных геометриях и связывать между собой модели разных размерностей.
Для создания и расчета задачи рекомендуется следующая последовательность действий.
- Выбираем размерность модели, определяем физический раздел в ModelNavigator[Навигаторе моделей] (каждому разделу соответствует определенное дифференциальное уравнение) и определяем стационарный или нестационарный анализ температурного поля.
- Определяем рабочую область и задаем геометрию
- Задаём исходные данные, зависимости переменных от координат и времени
- Указываем теплофизические свойства и начальные условия
- Указываем граничные условия
- Задаём параметры и строим сетку
- Определяем параметры решающего устройства и запускаем расчет.
- Настраиваем режим отображения
- Получаем результаты
Источник: studfile.net
Программное обеспечение COMSOL Multiphysics ®
С помощью программы COMSOL Multiphysics ® инженеры и ученые моделируют конструкции, устройства и процессы во всех областях инженерных, производственных и научных исследований. С помощью платформы COMSOL Multiphysics ® можно анализировать как отдельные, так и взаимосвязанные физические процессы. Среда разработки моделей (в англ. Model Builder), которая позволяет пройти все этапы от построения геометрической модели, задания свойств материалов и описания физики задачи до выполнения расчёта и анализа полученных результатов моделирования.
Разработав модель, вы сможете создать в Среде разработки приложений (в англ. Application Builder) на её основе приложение для моделирования со специализированным интерфейсом для решения типовых задач широким кругом пользователей, в числе которых коллеги, клиенты и люди с минимальным опытом численного моделирования. Для эффективного и структурированного хранения моделей и приложений платформа COMSOL Multiphysics ® содержит Систему администрирования моделей (в англ. Model Manager), которая представляет собой среду для эффективного хранения моделей в базе данных, контроля и управления различными версиями моделей и сопряженных файлов.
Чтобы создавать модели для решения специализированных прикладных и инженерных задач, вы можете дополнять возможности программного пакета COMSOL Multiphysics ® модулями расширения в любом их сочетании. Они открывают доступ к дополнительным специализированным инструментам, но при этом доступны в едином пользовательском интерфейсе и совместно функционируют как единое целое вне зависимости от того, какие физические явления вы моделируете.
Одна программная среда для любых инженерных и научных задач
Дополнительные модули полностью интегрированы в платформу COMSOL Multiphysics ® для моделирования как отдельных физических процессов, так и сопряженных мультифизических явлений.
Мультифизическое моделирование для получения высокоточных результатов
По сравнению с проведением физических экспериментов и испытанием прототипов моделирование, совмещённое с эмпирическими техниками, позволяет быстрее, эффективнее и точнее оптимизировать процессы и устройства. Успешные инженерные расчеты, основанные на экспериментально подтвержденных моделях, могут заменить в известной степени и физические эксперименты, и прототипирование, и позволяют лучше понять разрабатываемую конструкцию или изучаемый процесс.
Учёт мультифизических эффектов обычно критически важно для высокоточного моделирования устройства или процесса. Пользователи COMSOL Multiphysics ® свободны от жестких ограничений, которые обычно свойственны пакетам для моделирования, и могут управлять всеми аспектами модели. Вы можете творчески подходить к моделированию и решать задачи, сложные или невозможные при обычном подходе, сочетая произвольное число физических явлений и задавая пользовательские описания физических явлений, уравнений и выражений через пользовательский интерфейс (UI).
Точные мультифизические модели учитывают широкий диапазон рабочих условий и большой набор физических явлений. Таким образом, моделирование помогает понимать, проектировать и оптимизировать процессы и устройства с учетом реальных условий их работы.
Упорядоченный рабочий процесс моделирования с помощью Среды разработки моделей
COMSOL Multiphysics ® позволяет моделировать в единой программной среде электродинамические и оптические процессы, решать задачи механики конструкций, акустики, гидродинамики, теплопередачи, химии и электрохимии, а также исследовать любые другие физические явления, которые можно описать системами дифференциальных уравнений в частных производных. В одной расчетной модели можно скомбинировать уравнения, описывающие все эти физические явления. Для построения расчётных моделей используется графическая оболочка COMSOL Desktop ® в режиме Среды разработки моделей, в которой содержится полный набор инструментов, обеспечивающий логичное и последовательное выполнение всех этапов моделирования, независимо от типа решаемой задачи.
Основные аспекты рабочего процесса построения модели:
- Геометрия и CAD
- Готовые физические интерфейсы
- Математические интерфейсы
- Конечно-элементная сетка
- Исследования и оптимизация
- Решатели
- Визуализация и анализ результатов
Управление данными расчётных проектов с помощью Системы администрирования моделей
Система администрирования моделей упрощает и структурирует процесс работы с моделями, предоставляя инструменты для управления данными моделирования. Пользователи COMSOL Multiphysics ® с её помощью могут совместно работать на проектами, используя централизованное хранилище и систематизированную информацию об изменениях и обновлениях файлов. Система администрирования моделей интегрирована в пользовательский интерфейс COMSOL Multiphysics ® и позволяет использовать либо локальную, либо серверную удалённую базу данных.
В базе данных в компактной форме сохраняется только релевантная информация о модели, черновых версиях, вспомогательных файлах типа CAD-проектов, сеток и таблиц экспериментальных данных. Доступен продвинутый поиск, в т.ч. по определенному узлу или настройке модели, а также по пользовательской метке. Кроме того, Система администрирования моделей обеспечивает мониторинг и контроль доступа к моделям.
Сочетание исследований, разработки и производства с помощью Среды разработки приложений
Во многих организациях численным моделированием занимается лишь небольшой коллектив специалистов, который помогает в работе и обслуживает многочисленную группу людей, вовлеченных в разработку и производство, а также клиентов. В образовательных организациях коллектив преподавателей готовит курсы и материалы для студентов, изучающих физические явления и процессы на занятиях. Чтобы небольшая группа специалистов по моделированию справлялась с запросами всех своих коллег и клиентов, а преподаватели готовили наглядные и интерактивные материалы, COMSOL Multiphysics ® предоставляет инструменты для разработки т.н. приложений для моделирования. В состав COMSOL Multiphysics ® включена Среда разработки приложений, которая позволяет специалистам по моделированию дополнить комплексные расчётные модели общего назначения интуитивно понятным специализированным пользовательским интерфейсом и дополнительным программируемым функционалом. Получившиеся объекты мы и называем кастомизированными приложениями для моделирования.
Приложения могут запускаться и тестироваться непосредственно в интерфейсе COMSOL Multiphysics ® . Для регулярного использования доступ к приложениям можно развернуть и предоставить с помощью COMSOL Server™ или COMSOL Compiler™. Оба продукта позволяют поделиться разработанными приложениями с коллегами из производственных отделов, с операторами технологических процессов, с сотрудниками испытательных лабораторий и с клиентами по всему миру.
Каждая компания имеет уникальные требования к моделированию.
Свяжитесь с нами, чтобы точно определить, подойдет ли программный пакет COMSOL Multiphysics ® для решения ваших инженерных или научных задач. Обсудив основные аспекты с одним из наших менеджеров, вы получите личные рекомендации и подробные примеры, которые помогут вам сделать верный выбор и подобрать подходящую конфигурацию продуктов и тип лицензии.
Просто нажмите кнопку «Связаться с COMSOL», укажите свои контактные данные, сформулируйте вопросы и отправьте нам эту заявку. Наша цель — ответить вам в течение одного рабочего дня!
Следующий шаг
Запрос информации о программе
Источник: www.comsol.ru