《功能强大多物理场耦合分析软件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功能强大多物理场耦合分析软件（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、功能强大的多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics（原FEMLAB）COMSOL Multiphysics是一个专业有限元数值分析软件包，是对基于偏微分方程的多物理场模型进行建模和仿真计算的交互式开发环境系统。它为所有科学和工程领域内物理过程的建模和仿真提供了一种崭新的技术！COMSOL Multiphysics的多物理场问题一次轻松解决，让您一次就能轻松拥有超强功能、超低价格的CAE软件。特殊选购专业模块： 结构力学模块 (Structural Mechanics Module) 化学工程模块 ( Chemical Engineering Module) 热传递模块 ( H
2、eat Transfer Module) AC/DC模块( AC/DC Module) 射频模块（RF Module） 微机电模块 ( MEMS Module) 地球科学模块（Earth Science Module） 声学模块 (Acoustics Module) CAD导入模块( CAD Import Module) 二次开发模块( COMSOL ScriptTM) 最优化实验室(Optimization LAB) 反应工程实验室( COMSOL Reaction Engineering LAB)COMSOL Multiphysics是专为描述和模拟各种物理现象而开发的基于有限元分析的软件
3、包，它使得建立各种物理现象的数学模型并进行数值模拟计算变得更为容易和可能。在使用COMSOL Multiphysics软件的过程中，您可以自己建立普通的偏微分方程形式，也可以使用COMSOL Multiphysics提供的特定的物理应用模型。这些特定的物理应用模型包括预先设定好的模块和在一些特殊应用领域内已经通过微分方程和变量建立起来的用户界面。此外，COMSOL Multiphysics软件通过把任意数目的这种物理应用模块整合成对一个单一问题的描述，使得建立耦合问题变得更为容易。模型库是整个COMSOL Multiphysics软件包的最特色部分，它囊括了各种工程领域内的所有模型。每一个模型
4、都包含了非常完善的相关文档如工程技术背景、结果讨论和一步一步建立模型的每个过程描述。由于这些模型文件都已经包括了网格划分和运行计算的信息，所以您可以自己打开这些文件并试着进行相应的各种后处理操作和显示。另外，您可以应用、扩充或者修改这些工程模型使它们符合您的个人需求。因此，进入这些模型库就给您提供了建立自己模型的基础和起点。而事实上，这些模型库也会给您建立自己的模型提供宝贵的参考。能够独立于MATLAB运算的COMSOL Multiphysics软件系统为进一步改进软件提供了一个很好的基础和平台。COMSOL Multiphysics提供了与市场上主流的CAD软件进行接口的直接界面。在已有的三
5、角形、四面体网格划分模型基础上，又新增加了四边形、六面体和棱柱体网格模型。为了更好地进行自动求解运算，COMSOL Multiphysics还提供了强大的运算求解能力。COMSOL Multiphysics软件系统具备了在Linux、Solaris和HP-UX等系统下的64位处理能力，尤其是可以在AMD64/Linux平台上进行64位计算。在一个系统上加入64位处理能力意味着COMSOL Multiphysics所能处理问题的规模比原来提高了至少10到100倍。 通过COMSOL Multiphysics的多物理场功能，您可以选择不同的模块，同时模拟任意物理场组合进行耦合分析； 通过使用相应模
6、块直接定义物理参数创建模型； 使用基于偏微分方程的模型可以自由定义用户自己的方程；COMSOL Multiphysics 的特点在于:可以针对超大型的工程问题进行高效的求解并快速产生精确的结果。通过简便的图形用户界面，用户可以选择不同的方式来描述他们的问题。COMSOL Multiphysics 软件一个特殊的功能在于它的偏微分方程建模求解，这也正是它为何可以连接并求解任意物理场耦合方程的原因。所有上述特征和许多其它的特征使得COMSOL Multiphysics 对于科学研究、产品开发和教学成为一个强大的建模求解环境。1、COMSOL Multiphysics应用领域：声学；生物科学；化学反
7、应；弥散；电磁学；流体动力学；燃料电池；地球科学；热传导；微电机系统；微波工程；光学；光子学；多孔介质；量子力学；无线电频率部件；半导体设备；结构力学；传动现象；波的传播等。2、COMSOL Multiphysics应用模块：用户可以自己通过建立几何模型进行建模，决定采用何种方程并把它们输入到软件当中去，但是通常这些都不是必须的。COMSOL Multiphysics软件核心包中集成了大量的物理模型，它们都是针对不同的物理领域，主要有： 声学 集中弥散 热传导 AC-DC电磁场 静电场 静磁场 不可压缩流体 结构力学 Helmholtz方程 Schrdinger方程 波动方程 广义偏微分方程当
8、您在COMSOL Multiphysics用户界面中激活任意一个模型库时，您所需做的只是建立几何模型，提供必要的参数。您也可以针对您所有的几何模型，或者是部分模型而有选择地激活模型库或者方程。3、COMSOL Multiphysics模型库如上所述，应用模型都是针对单一物理场的模型。但在实际问题中，往往包含了多种物理场的叠加或耦合。为了帮助您理解怎样使用COMSOL Multiphysics软件求解多物理场耦合问题，以及如何从创立自己的模型开始入手，COMSOL Multiphysics标准版用户可以获得一张包含上百个演示实例的光盘。这些模型都非常具体而且使用便捷，按照分类主要如下： 声学 化
9、学工程 电磁学 基于方程模型 流体动力 地球科学 热传递 跨专业模型 多物理场 量子力学 半导体设备 结构力学 波的传播另外，在结构力学模块、电磁场模块、化学工程模块、热传模块、MEMS模块和地球物理模块中都分别包含了它们各自领域内的专业模型库。4、COMSOL Multiphysics 在科研方面：定义和耦合任意数量偏微分方程的能力使得COMSOL Multiphysics成为一个强大的分析工具。其灵活性和基于方程的建模方式可以帮助用户深入在MEMS、纳米技术、燃料电池、光子学、生物工程和许多其它领域内的研究。5、COMSOL Multiphysics在设计开发方面：COMSOL Multi
10、physics软件提供了一个快速、便捷的建模环境，这对设计开发完全适用。通过基于Java开发的界面环境，您可以快速的建模并通过改变参数来进行优化设计。程序的开放式结构和与MATLAB的集成对系统地进行模拟和分析提供了一个完美的环境。6、COMSOL Multiphysics在教育方面COMSOL Multiphysics模型模拟和显示了所有物理和工程领域的应用。使用它的基于方程建模途径，用户可以很容易地得到偏微分方程的详细解答。软件包的灵活性和易用性使COMSOL Multiphysics软件成为一个有效的教学工具。使用COMSOL Multiphysics软件可以大量地缩短在学习建模过程中所
11、花费的时间，这样可以让老师和学生将更多的精力放在应用分析和结果分析上。7、使用COMSOL Multiphysics通过COMSOL Multiphysics的交互建模环境，您可以从开始建立模型一直到分析结束，而不需要借助任何其它软件；COMSOL Multiphysics的集成工具可以确保您有效地进行建模过程的每一步骤。通过便捷的图形环境，COMSOL Multiphysics使得在不同步骤之间（如建立几何模型、设定物理参数、划分网格、求解以及后处理）进行转换相当方便，即使您改变几何模型尺寸，模型仍然保留边界条件和约束方程。典型的建模过程包括如下步骤：7.1.建立几何模型：COMSOL Mu
12、ltiphysics软件提供了强大的CAD工具用于创建一维、二维和三维几何实体模型。通过工作平面创立二维的几何轮廓，并使用旋转、拉伸等功能生成三维实体。您也可以直接使用基本几何形状（圆、矩形、块和球体）创立几何模型，然后使用布尔操作形成复杂的实体形状。您可以在COMSOL Multiphysics软件中引入其它软件创建的模型。COMSOL Multiphysics软件的模型导入和修补功能可以支持DXF格式（用于二维）和IGES格式（用于三维）的文件。也可以导入二维的JPG、TIF和BMP文件并把它们转化成为COMSOL Multiphysics的几何模型，对于三维结构也同样如此，甚至可以支持三
13、维MRI（磁共振数据）数据。7.2. 定义物理参数：虽然使用常规的建模方式完全可以建立出模型，但是COMSOL Multiphysics软件可以使您的工作更加轻松方便。定义模型的物理参数只需要在预处理软件中对变量进行简单的设置，例如Navier-Stokes方程中的黏度和密度参数，以及电磁场中的传导率和介电常数等。参数可以是各向同性、各向异性的，可以是模型变量、空间坐标和时间的函数。7.3. 划分有限元网格：COMSOL Multiphysics网格生成器可以划分三角形和四面体的网格单元。自适应为网格划分可以自动提高网格质量。另外，您也可以人工参与网格的生成从而达到更精确的结果。7.4. 求解
14、：COMSOL Multiphysics的求解器是基于C+程序采用最新的数值计算技术编写而成，其中包括最新的直接求解和迭代求解方法、多极前处理器、高效的时间步运算法则和本征模型。7.5. 可视化后处理器：COMSOL MULTIPHYSICS提供了广泛的可视化能力，主要如下: 所有场变量和其它特殊应用参数的人工交互式图形处理； 一些求解运算参数在求解过程中的在线图形显示； 使用OpenGL硬件加速的高效图形处理； 使用AVI和QuickTime文件进行动画模拟； 边界和子域的集成； 横截面和部分模型的图形结果处理。7.6. 拓扑优化和参数化分析：很多情况下，模型的分析都包括参数的分析、优化设计
15、、迭代设计和一个系统中几个部分结构之间连接的自动控制。在COMSOL MULTIPHYSICS中参数化求解器提供了一个进行检测一系列变量参数的有效方式。典型的变量参数如代表材料性质、频率或反应率的参数等。您也可以将COMSOL MULTIPHYSICS模型存成“.M”文件格式，将其作为MATLAB的脚本文件进行调用，然后进行优化设计或后处理。COMSOL MULTIPHYSICS中多物理场功能可以使您将不同的物理现象自由的耦合在一起进行计算。上图是一个微电机开关处于准静态电场和结构力学场耦合作用下的模型。在结果中可以看出，电场产生了力的作用并使悬臂梁弯曲。8、无限制的多重物理量耦合分析除了可以进行单一类型的计算分析外，COMSOL Multiphysics还提供了一个多物理场模块和简便的环境进行多重物理量耦合分析。8.1.结构力学模块：为了提供给结构工程师一个熟悉而有效的环境，开发了结构力学模块。它的图形用户界面基于结构力学领域惯用的符号和约定，适用于广阔应用领域内的结构设计研究：大到加工工业中大型油罐的设计，小至MEMS（微电动机械系统）的设计。 在结构力学领域有限元分析有着悠久的应用历史，在这个领域内积累了大
