COMSOL Mutliphysics

Основная статья: САПР Системы автоматизированного проектирования

COMSOL Multiphysics позволяет моделировать практически все физические процессы, которые описываются дифференциальными уравнениями в частных производных, в том числе задачи механики жидкости и газа, теории упругости и пластичности, электричества и магнетизма, распространения волн, акустики, химической технологии, геофизики, электрохимии.

2020: Comsol Multiphysics 5.6

11 ноября 2020 года компания COMSOL, поставщик программных решений для мультифизического моделирования, разработки и развертывания приложений, сообщила о выпуске версию 5.6 пакета COMSOL Multiphysics. В обновленной версии представлены более быстрые и менее требовательные к ресурсам памяти решатели для многоядерных и кластерных вычислений, оптимизированы операции импорта сложных геометрических сборок из CAD и добавлены шаблоны пользовательских интерфейсов приложений для моделирования. Ряд инструментов работы с графикой, например интерактивные сечения, текстуры материалов и выборочная прозрачность, оптимизируют качество визуализации результатов моделирования. Четыре продукта расширяют возможности COMSOL Multiphysics в области моделирования топливных элементов и электролизеров, гидродинамики полимеров, систем управления и автоматизации, а также моделирования жидкостей и газов.

По информации компании, моделирование нанесения покрытия методом завесы, выполненное с помощью модуля Гидродинамика полимеров. В COMSOL Multiphysics версии 5.6 также повышена общая эффективность решения гидродинамических задач, подобных этой.

Моделирование нанесения покрытия методом завесы, выполненное с помощью модуля Гидродинамика полимеров

В версии 5.6 оптимизирована эффективность солвера, что позволяет пользователям COMSOL работать с большими моделями, содержащими миллионы степеней свободы.

В версии 5.6 мы оптимизировали алгоритмы как для алгебраического многосеточного решателя, так и для технологии декомпозиции области. Во всех моделях, где используются эти решатели, удалось повысить производительность до 30%. Эти обновления становятся ещё более заметны на кластерах, где удается сократить задействованный объем памяти и процессорное время на 20–50%. Для решения задач вычислительной гидродинамики мы оптимизировали связанный предобуславливатель для переменных "скорость-давление", а также добавили предобуславливатель, в котором для расчета этих переменных используются раздельные алгоритмы. Благодаря всем этим усовершенствованиям процессорное время в нестационарных гидродинамических задачах может снизиться на 50% и даже более. рассказал Джейкоб Йистром, технический менеджер COMSOL по направлению численного анализа

Решение некоторых задач анализа деформации вязкоупругих материалов ускорилось более чем в 10 раз. Данная формулировка метода граничных элементов позволяет анализировать модели акустических систем, содержащих на порядок больше степеней свободы, чем в предыдущих версиях. Такие задачи актуальны на ноябрь 2020 года при исследовании и разработке устройств для автомобильной промышленности и гидролокации.

Визуализация силы цели подводной лодки, рассчитанной с помощью обновленной формулировки метода граничных элементов, подходящей для масштабных моделей.

Показан уровень звукового давления рассеяного поля для частоты 1.5 кГц на расстоянии 100 метров от подводной лодки

Интерактивные сечения упрощают выбор и выделение границ и доменов в сложных геометрических моделях. Среди других обновлений инструментов работы с графикой следует отметить выборочную настройку прозрачности и добавление на графики произвольных растровых изображений. Рендеринг текстур материалов, например, металлических поверхностей, можно совместить с визуализацией полевых переменных, при этом удается получить реалистичный эффект отражения окружающих объектов. Оптимизированы работа с крупными геометрическими сборками за счет использования более надежных геометрических операций и улучшенного поиска зазоров и пересечений деталей в сборках. Шаблоны приложений в Среде разработки приложений позволяют простой и интуитивно понятный способ создания структурированных пользовательских интерфейсов для приложений.

С помощью интерактивных сечений, представленных в COMSOL Multiphysics версии 5.6, выбор внутренних элементов геометрии для настройки материалов и нагрузок в модели электрического двигателя стал проще и удобнее

Четыре обновленных модуля расширяют возможности COMSOL Multiphysics в области моделирования топливных элементов и электролизеров, гидродинамики полимеров, работы систем управления и расчета термодинамических свойств реальных жидкостей и газов.

Модуль Топливные элементы и электролизеры предлагает инженерам, работающим в сфере водородных технологий, функции для анализа систем преобразования и хранения электрической энергии.

Мы видим, что водородная экономика — это важный развивающийся рынок, однако актуальными на ноябрь 2020 года остаются и задачи, связанные с исследованиями и оптимизацией существующих технологических процессов электролиза. поведал Хенрик Экстрём, технологический менеджер компании COMSOL по направлению электрохимических продуктов

В версии 5.6 название модуля Аккумуляторы и топливные элементы (Batteries & Fuel Cells Module) изменено на Электрохимические аккумуляторы (Battery Design Module) с сохранением всех функциональных возможностей. Подписанные на обновления пользователи лицензии, включающей модуль Аккумуляторы и топливные элементы, получат модуль Электрохимические аккумуляторы в рамках обновления до версии 5.6.

Модуль Гидродинамика полимеров предназначен для моделирования и оптимизации процессов с участием вязкоупругих, а в более общем случае неньютоновских жидкостей. Подобные задачи возникают во многих отраслях: производство полимерных материалов, пищевая, фармацевтическая, косметическая, химическая отрасли. Помимо набора реологических моделей в модуль включены модели для расчета свободной поверхности в двухфазных потоках.

Модуль Термодинамические свойства жидкостей и газов содержит математические модели для расчета свойств газов, жидкостей и смесей, что позволяет оптимизировать точность решения задач акустики, гидродинамики и теплопередачи.

Модуль LiveLink for Simulink будет полезен инженерам, которые хотят включить расчетные модели COMSOL Multiphysics в схемы систем управления Simulink. Программное обеспечение Simulink является разработкой компании The MathWorks.

Распределение объемной доли газа в протонообменной мембране электролизера воды, предназначенного для получения водорода. Расчет выполнен с помощью модуля Топливные элементы и электролизеры

К библиотеке материалов, содержащейся в модуле AC/DC, были добавлены 322 магнитных материалов от компании Bomatec. Теперь она включает несколько типов постоянных магнитов, таких как NdFeB, SmCo и AlNiCo, со свойствами, зависящими от температуры и электромагнитных полей. Обновленая версия модуля AC/DC предоставляет расширенные инструменты для расчета паразитной индуктивности с вычислением L-матрицы, что актуально при разработке печатных плат. Нелинейные модели материалов будут полезны для определения потерь в ламинированных железных сердечниках электрических двигателей и трансформаторов.

В модулях Радиочастоты и Волновая оптика реализован другой вариант последовательного переключения портов для более быстрых расчетов полной матрицы рассеяния (S-параметров) или матрицы коэффициентов прохождения и отражения. Обновленные настройки построения графиков поляризации облегчают оценку и визуализацию преломленных и отраженных волн в периодических структурах метаматериалов или плазмонных решетках. В модуле Геометрическая оптика реализована возможность более быстрой трассировки лучей и специализированные инструменты для задач рассеяния на поверхности с учетом шероховатости и в объеме на частицах в релеевском и Ми формализме.

Мультифизическая модель каскадного резонатора, работающего в миллиметровом 5G диапазоне. На графике показаны электромагнитные поля, градиенты температуры и механические термические напряжения. Визуализация демонстрирует использование выборочной прозрачности графиков

Теперь можно моделировать динамическое воздействие в задачах прочностного анализа с помощью функционала расчета контактного взаимодействия в модулях Механика конструкций и MEMS. Пользователям модуля Механика конструкций при решении контактных задач теперь доступны инструменты для анализа механического износа динамическим уносом материала. Помимо этого, модуль Механика конструкций содержит инструментарий для моделирования возникновения и распространения трещин на основе расчета J-интеграла, коэффициента интенсивности напряжения и метода фазового поля. Теперь элементы пониженной размерности можно поместить внутрь твердых объектов. Таким образом, становится возможным моделирование армирующих элементов анкеров, арматуры и проволочной сетки.

Функционал модуля Композитные материалы был дополнен инструментами анализа пороупругих эффектов в композитных тонкостенных оболочках. Такие инструменты необходимы при моделировании многослойных грунтов, картона, армированного пластика, многослойных пластин и панелей.

Набор мультифизических нелинейных моделей материалов модуля MEMS дополнен моделью ферроэлектрической упругости, позволяющей учесть нелинейные эффекты в пьезоэлектриках, например, гистерезис и поляризационное насыщение. Данная функциональная возможность также доступна при совместном использовании модуля AC/DC с модулями Механика конструкций или Акустика.

Моделирование динамического контактного взаимодействия при ударе металлической клюшкой по мячу для гольфа

Пользователи модуля Акустика теперь могут моделировать распространение ультразвука (HIFU), а также искажения звука в громкоговорителях мобильных устройств с учетом нелинейных термовязкостных эффектов. Использование условий для описания механических портов, представленные в модулях Механика конструкций, Акустика и MEMS, упростит вибрационный анализ и расчет откликов в задачах на распространение ультразвуковых упругих волн, например, в ультразвуковых датчиках и системах неразрушающего контроля. Звукоинженеры оценят акустические метрики, реализованные в модуле Акустика. Эти метрики, например, время реверберации и чистота звука, рассчитываются на основе метода трассировки и могут использоваться для оптимизации качества звука в помещениях и концертных залах.

Визуализация акустической колебательной скорости и возмущений температуры, иллюстрирующая вихревой поток — взаимодействие волны давления большой амплитуды с решеткой из узких щелей. Учет таких нелинейных термовязкостных акустических эффектов важен при расчетах громкоговорителей мобильных устройств

В модулях Вычислительная гидродинамика и Теплопередача представлены инструменты для моделирования многофазных потоков на основе совместного использования дисперсных и раздельных моделей течения, в том числе с учетом сжимаемости в дисперсном потоке. Инженеры и ученые теперь смогут моделировать течение дисперсного потока со свободной поверхностью. Интерфейс для неизотермического течения многофазного потока на основе модели многофазной смеси позволяет моделировать явлений фазовых переходов, например, кипения. В модулях Течения в пористых средах и Теплопередача теперь доступен интерфейс для расчета процессов переноса в пористых средах, который позволяет моделировать двухфазный массоперенос пароводяной смеси с учетом конвекции и диффузии пара и конвекции и капиллярного течения жидкости в порах. С помощью функций модуля Трассировка частиц можно моделировать испарение капель, что крайне важно для понимания распространения инфекционных заболеваний, а также некоторых промышленных процессов.

Исследователи и инженеры, работающие в области гидрологии, оценят инструмент модуля Вычислительная гидродинамика, предназначенный для моделирования течений на основе уравнений мелкой воды. Уравнения мелкой воды часто используются в исследованиях океанических и атмосферных явлений для прогнозирования последствий цунами, зон распространения загрязнения, береговой эрозии, таяния полярных ледников и многих других эффектов.

Обновленный функционал моделирования теплообмена излучением в модуле Теплопередача позволяет задавать излучательные свойства поверхностей в зависимости от направления излучения, что актуально, например, для расчета пассивного охлаждения солнечных панелей. Для моделирования внешних стеклянных поверхностей в задачах переноса излучения в активных средах реализована функция задания полупрозрачных поверхностей, с помощью которой можно задать интенсивность внешнего излучения и определить долю входящего потока, которая диффузно или зеркально переносится через поверхность.

Модуль Коррозия теперь включает в себя библиотеку материалов, содержащую более 270 примеров поляризационных кривых. В модуле Химические реакции появился инструмент моделирования автоматической балансировки реакций с вычислением стехиометрических коэффициентов, а также три термодинамические системы с заданными свойствами для сухого воздуха, влажного воздуха и пароводяной смеси. Кроме того, добавлен интерфейс для каталитических реакторов с пористым наполнителем. Интерфейс позволяет строить многоуровневые модели реакторов с неподвижным слоем катализатора с бимодальным распределением пор.

2018: Comsol Multiphysics 5.4

3 октября 2018 года компания COMSOL объявила о выходе версии 5.4 программного пакета COMSOL Multiphysics. В неё входят компилятор COMSOL Compiler, модуль «Композитные материалы», а также дополнительные инструменты для моделирования и улучшения производительности.

Со слов разработчика, компилятор COMSOL Compiler позволяет создавать автономные приложения в среде COMSOL Multiphysics. Cкомпилированные приложения включают в себя библиотеку COMSOL Runtime, поэтому для запуска приложения не нужны лицензии ни на COMSOL Multiphysics, ни на COMSOL Server.

«Специалисты по моделированию могут создавать приложения в Среде разработки приложений, выпущенной несколько лет назад. Таким образом, группы инженеров и ученых могут предоставлять доступ к моделированию неспециалистам. Некоторое время спустя мы выпустили COMSOL Server, через веб-интерфейс которого можно разворачивать приложения и управлять ими. COMSOL Compiler — следующий шаг на этом пути. Благодаря этому специалисты могут компилировать приложения в отдельный исполняемый файл, который можно запускать и распространять без ограничений». Сванте Литтмарк, президент и генеральный директор COMSOL

Пример скомпилированного приложения для моделирования, в котором пользователи могут оптимизировать конструкцию смесителя

Как рассказали в компании COMSOL, модуль Композитные материалы содержит инструменты для моделирования слоистых материалов. Сочетая модуль «Композитные материалы» и появившиеся в версии 5.4 функции для слоистых оболочек, доступные в модулях Теплопередача и AC/DC, пользователи могут проводить мультифизические исследования, например, изучать джоулев нагрев с учетом теплового расширения.

«Мы позволяем пользователям строить уникальные мультифизические модели, сочетающие исследования механики слоистых оболочек, теплопередачи и электромагнитных явлений». Николя Юк, технический руководитель в COMSOL

Важный пример мультифизического исследования ламинатов в аэрокосмической промышленности и ветроэнергетике — контроль повреждений после ударов молнии в крылья самолетов и лопасти ветряных турбин.

Лопасть ветряной турбины. Сверху вниз: визуализация локальной системы координат, связанной с оболочкой, напряжения по Мизесу в обшивке и лонжеронах соответственно

По утверждению разработчика, в версию 5.4 COMSOL Multiphysics включено множество улучшений производительности. Благодаря этому можно использовать несколько наборов параметров в модели и проводить параметрический анализ по нескольким наборам параметров. Кроме этого, пользователи могут разделять узлы Построителя моделей на группы и добавлять пользовательские цветовые схемы к геометрическим объектам модели.

В число прочих изменений входит обновленная схема выделения памяти, которая в несколько раз ускоряет вычисления в операционных системах Windows 7 и 10 на компьютерах с 8 и более процессорными ядрами, отметили в COMSOL.

Оптимизация топологии крюка. Модель отыскивает оптимальное распределение материала в конструкции, к которой приложены два варианта нагрузок

В модуле AC/DC появилась библиотека деталей с полностью параметризованными геометрическими моделями катушек и магнитных сердечников, которые можно использовать в моделях. В модуль Вычислительная гидродинамика добавлены LES-модели турбулентности и улучшенные инструменты для моделирования многофазного потока.

Обзор изменений в версии 5.4:

• COMSOL Compiler для создания автономных исполняемых приложений.
• Модуль Композитные материалы для моделирования слоистых материалов.
• Обновления COMSOL Multiphysics: несколько узлов параметров в Построителе моделей. Группировка узлов Построителя моделей в папки. Цветовые схемы для физических и геометрических выборок. Ускорение расчетов в операционных системах Windows 7 и 10 для компьютеров с 8 и более процессорными ядрами.
• Мультифизическое моделирование: теплопередача, электрические токи и джоулев нагрев в тонких слоистых структурах.
• Электромагнитные явления: полностью параметризованные геометрические модели катушек и магнитных сердечников. Анализ механических, тепловых и оптических свойств в моделях геометрической оптики.
• Механика конструкций: анализ спектра ударной реакции. Активация материала для аддитивного производства.
• Акустика: акустические порты. Нелинейная модель акустики Вестервельта.
• Поток текучей среды: большие вихревые модели. Взаимодействие многофазных потоков и твердых конструкций, а также многотельных систем.
• Теплопередача: излучение тепла при диффузно-зеркальном отражении и на полупрозрачных поверхностях. Уравнение рассеяния света.
• Химические реакции: сосредоточенные модели аккумуляторов. Обновленный интерфейс термодинамики.
• Оптимизация: появился инструмент для топологической оптимизации.

2016: Comsol Multiphysics 5.2а

17 июня 2016 года компания COMSOL, Inc. сообщила о выходе релиза версии 5.2а программного обеспечения для моделирования COMSOL Multiphysics и COMSOL Server^[1].

В пакет COMSOL Multiphysics, COMSOL Server и модули расширения добавлены сотни функций и усовершенствований для повышения точности, удобства и производительности продукта. От новых решателей и методов до разработки приложений, инструментов развертывания, версия программного обеспечения COMSOL 5.2a расширяет возможности электротехнического, механического, гидродинамического и химического моделирования и оптимизации.

Скриншот окна программы, (2016)

В COMSOL Multiphysics 5.2a три новых вычислителя производят более быстрые и менее требовательные к объему памяти вычисления. Сглаженный алгебраический многосеточный решатель (SA-AMG) особенно эффективен при моделировании линейно-упругих систем, но может применяться для других расчетов. Этот решатель экономно использует память, позволяя рассчитывать сложные конструкции с миллионами степеней свободы на обычном компьютере или ноутбуке.

Решатель для декомпозиции областей оптимизирован для работы с большими мультифизическими моделями.

Благодаря решателю для декомпозиции областей специалисты по моделированию смогли создать надежную и гибкую технологию для более эффективного расчета взаимосвязей в мультифизических задачах. Раньше для подобных целей был нужен прямой решатель, более требовательный к компьютерной памяти. — Пользователь сможет получить выгоду от эффективности этого решателя, используя его как на одиночном компьютере, на кластере, так и во взаимодействии с другими решателями, такими как сглаженный алгебраический многосеточный решатель (SA-AMG). Якоб Истрем (Jacob Ystrom), технический руководитель отдела численного анализа в компании COMSOL

В версии 5.2а доступен явный решатель, основанный на разрывном методе Галеркина, для решения нестационарных задач акустики.

Добавлена возможность учета векторного магнитного гистерезиса для моделирования трансформаторов и ферромагнитных материалов. Доступно граничное условие главного терминала для легкого моделирования устройств с сенсорным экраном и микроэлектромеханических устройств. При моделировании трассировки лучей можно комбинировать материалы с градиентным и постоянным показателем преломления в сеточных областях и областях с отсутствием сетки. Новый график оптической аберрации служит для измерения монохроматической аберрации. Использование четырехполюсников, быстрая развертка по частоте и нелинейное преобразование частоты теперь доступны для высокочастотного электромагнитного анализа.

Инженеры-проектировщики и инженеры-технологи, работающие во всех отраслях производства, получат выгоду от новой функции адгезии и когезии при анализе различных процессов, включающих механический контакт взаимодействующих деталей. Стал доступен новый физический интерфейс для моделирования линейной и нелинейной магнитострикции. Пользователи, моделирующие теплопередачу, теперь могут получить доступ к метеорологическим базам данных с 6 тыс. метеостанций, смоделировать жидкие, твердые или пористые тонкослоистые среды в разрезе.

Пользователи, моделирующие поток жидкости в условиях действия сил плавучести, оценят новый способ учета силы тяжести в областях с неоднородной плотностью, упрощающий создание моделей естественной конвекции, в которых плотность жидкости может зависеть от температуры, минерализации и других условий. При моделировании течения в трубопроводе пользователь теперь может выбирать новые характеристики насоса.

Для химического моделирования появился новый мультифизический интерфейс течения с химическими реакциями, а также возможность расчета поверхностной реакции в слое гранул реагента. Производители и проектировщики аккумуляторов теперь могут моделировать сложные трехмерные сборки батарейных блоков, используя новый интерфейс Single Particle Battery (Одночастичная модель батареи). Разряд и заряд аккумулятора моделируются с помощью одночастичной модели в каждой точке геометрического построения. Это позволяет оценить геометрическое распределение плотности тока и локальное состояние заряда в аккумуляторной батарее.

Обзор функций и инструментов версии 5.2a

• COMSOL Multiphysics, Среда разработки приложений и COMSOL Server: Внешний вид пользовательского интерфейса приложений моделирования может изменяться в процессе их работы. Централизованное управление единицами измерения для помощи командам, работающим в разных странах. Поддержка гиперссылок и видео. Новое окно Add Multiphysics (Добавить мультифизическую модель) позволяет пользователям с легкостью создать мультифизическую модель шаг за шагом, предоставляя список доступных предопределенных мультифизических связей для выбранных физических интерфейсов. Для многих полей, включая поля для ввода уравнений, была добавлена возможность автоматического завершения ввода.
• Геометрия и сетка: Усовершенствованный алгоритм построения тетраэдральной сетки в новой версии может с легкостью создавать грубые сетки для сложных геометрий САПР, состоящих из множества мелких деталей. Новый алгоритм оптимизации, включенный в функцию построения сетки, улучшает качество элементов; это увеличивает точность решения и скорость сходимости. В интерактивных чертежах двумерных геометрий теперь улучшены точки привязки и отображение координат.
• Инструменты математического моделирования, анализа и визуализации: В новой версии добавлены три новых решателя: сглаженный алгебраический многосеточный метод, решатель для декомпозиции областей и разрывный метод Галеркина (DG). Пользователи теперь могут сохранить данные и графики в узле Export (Экспорт) раздела Results (Результаты) в формате VTK, что позволит им импортировать результаты моделирования и сетки, созданные в COMSOL, в другое программное обеспечение.
• Электротехника: В модуль AC/DC теперь включена встроенная модель материалов для магнитного гистерезиса Джилса — Атертона. Новые взаимосвязи в виде сосредоточенных четырехполюсников, появившиеся в модуле «Радиочастоты», позволяют при моделировании сосредоточенных элементов представлять части высокочастотной схемы в упрощенном виде, без необходимости моделирования деталей.
• Механика: В модуль «Механика конструкций» включены новые функции адгезии и когезии, доступные как подузел в расширении Contact (Контакт). Доступен физический интерфейс Magnetostriction (Магнитострикция), поддерживающий линейную и нелинейную магнитострикцию. Возможность нелинейного моделирования материалов была расширена новыми моделями пластичности, смешанного изотропного и кинематического отвердения и вязкоэластичности с большими деформациями.
• Гидродинамика: Модуль «Вычислительная гидродинамика» и модуль «Теплопередача» теперь учитывают силу тяжести и одновременно компенсируют гидростатическое давление на границах. Доступна новая функция линеаризации плотности в интерфейсе Non-Isothermal Flow (Неизотермический поток). Это упрощение часто используется для свободно-конвективных потоков.
• Химия: Производители и проектировщики аккумуляторов теперь могут моделировать сложные трехмерные сборки батарейных блоков, используя новый физический интерфейс Single Particle Battery (Одночастичная модель батареи), доступный в модуле «Аккумуляторы и топливные элементы». В дополнение к этому в новой версии доступен новый физический интерфейс Reacting Flow Multiphysics (Мультифизический реагирующий поток).

Используя COMSOL Multiphysics, Среду разработки приложений и COMSOL Server, специалисты в области моделирования имеют все условия для создания динамических, простых в использовании, быстрых в разработке и масштабируемых приложений для определенной области производства.

2015

Вышел релиз COMSOL Multiphysics v.5.1

15 апреля 2015 года компания COMSOL объявила о выходе релиза версии COMSOL Multiphysics 5.1^[2].

Интегрированная программная среда позволяет работать с мультифизическими моделями, создавать простые, удобные приложения для моделирования, обмениваться ими через COMSOL Server.

В интерфейсе COMSOL версии 5.1 сделаны улучшения для более эффективной работы пользователей: настройка модели и разработка приложения выполняются в одном окне. В составе значимых обновлений:

• полная интеграция среды разработки приложений (Application Builder)
• полная интеграция построителя моделей (Model Builder),
• усовершенствованные инструменты разметки для разработки приложений,
• возможность использования в приложениях LiveLink for Excel.
• COMSOL Server позволяет запускать приложения на нескольких компьютерах.

Демонстрационное приложение «Гофрированная коническая рупорная антенна» - изменение геометрии антенны, 2015

В COMSOL Multiphysics 5.1 "Среда разработки приложений" и "Построитель моделей" объединены в интерактивную среду. При создании приложений инженер может быстро переключаться между этими компонентами, внося изменения одновременно и в модель, и в приложение. Среда разработки приложений запускается одним щелчком "мыши" прямо из ленточного меню COMSOL Multiphysics.

В этой версии и модели и приложения сохраняются в едином файловом формате .mph.

Посредством прямой интеграции "Среды разработки приложений" с "Построителем моделей", данные из моделей можно передавать между этими инструментами, к примеру, любую функцию "Построителя моделей" можно быстро перенести в "Среду разработки приложений" и сразу ей воспользоваться.

Для совместной работы не требуется других интерфейсов, все инструменты имеются в наличии.

Разработчики упростили генерацию кода, добавили много готовых шаблонов, поэтому стало легче выполнять гибкие настраиваемые команды и операции в приложениях.

COMSOL Server также модернизирован. Теперь его можно стартовать на нескольких компьютерах, это позволяет запустить приложение на одной машине, а выполнять расчеты на другой. Обновленная библиотека приложений COMSOL Server отображает сведения о модулях расширения, необходимых для создания конкретного приложения, в виде таблицы, списка и детализированного представления.

Для изучения новых функций в "Библиотеку приложений" добавлено множество демонстрационных приложений, доступных с ПО COMSOL. Все демо-приложения снабжены документацией и демонстрируют работу полезных функций, отметили разработчики, с их помощью можно узнать, как:

• отправлять отчеты о моделировании по электронной почте,
• создавать анимации,
• оптимизировать и оценивать параметры,
• импортировать экспериментальные данные
• работать с таблицами.

Любое демо-приложение можно модифицировать, а формы, объекты и методы — копировать в собственное приложение и использовать в качестве основы дальнейшей разработки.

Скриншот окна программы, 2015

Дополнения функций и инструментов в COMSOL версии 5.1

• Среда разработки приложений и COMSOL Server. Улучшенная интеграция "Среды разработки приложений" и "Построителя моделей". Множество улучшений с точки зрения производительности: улучшенная обработка файлов, отправка электронных писем с вложениями, поиск по строке и ключевым словам, настраиваемые панели инструментов для таблиц и многое другое. Теперь COMSOL Server при запуске приложений может распределять нагрузку между несколькими компьютерами. В библиотеки добавлено 20 полностью задокументированных и готовых к использованию приложений на базе моделей COMSOL.

• Геометрия и сетки. Определение граней импортированных сеток, упрощение поверхности при преобразовании сетки в геометрию, выбор области и границы для инструментов NASTRAN Property ID Numbers.

• Инструменты моделирования, исследования и визуализации. Новый решатель для декомпозиции области без матрицы. Визуализация решения за пределами сетки (удобно для дальних зон в электромагнитных и акустических волнах). Визуализация периодического решения в ячейке в виде динамического массива. Графики геометрических точек или точек сочленения, их траектория во времени.

• Электротехника. Расчет многовитковых катушек с переменным поперечным сечением. Шероховатость поверхности на границах проводников с потерями для моделирования электромагнитных волн. Обработка шестигранных периодических структур. Специальные инструменты для обработки кольцевых резонаторов с заданной формой пучка. Новая база оптических материалов. Новая библиотека частей геометрии для модуля Геометрическая оптика. Функция перфорирования для смачивания тонких пленок (удобно для MEMS). Демонстрационное приложение для расчета и визуализации цвета светодиода на основе физики полупроводников.

• Механика. В модуль Механика конструкций добавлен новый мультифизический интерфейс для гигроскопического расширения. Теперь при моделировании мембран можно использовать нелинейные материалы, а при моделировании ферм — нелинейные пружины и пластичность. Для приложений механики добавлена библиотека деталей, включающая в себя балки и болты. В модуле Теплопередача появилась новая модель Algebraic Turbulence (Алгебраическая турбулентность). Новый мультифизический интерфейс для теплопередачи в пористых средах позволяет выполнять локальное моделирование тепловой неустойчивости (удобно для микроволнового нагрева, экзотермических реакций, ядерной техники, электронных систем и топливных элементов). Новые предварительно заданные граничные условия для акустического импеданса. Геометрическая акустика для градиентных сред и гидродинамических моделей с затуханием.

• Гидродинамика. Турбулентный двухфазный поток по Эйлеру. При моделировании течения жидкости можно совмещать поток через пористые среды с турбулентным потоком, а пористые области теперь могут быть сколько угодно большими благодаря бесконечным элементам. Новые варианты перепада давления для T-образных, Y-образных и n-канальных соединений при моделировании потоков в трубопроводах. В модуль Миксер добавлена новая библиотека частей геометрии.

• Химия. Сочетание концентраций на макро- и микроуровнях при взаимодействии гранулы с текучей средой. Автоматический расчет вязкости газовой смеси для моделей жидкостей и запыленных газов. Новейшая масштабируемая трехмерная модель химического реактора со слоем катализатора и двумя уровнями гомогенизации.

• Многоцелевые. Новые мультифизические интерфейсы для взаимодействий «частица — поле» и «жидкость — частица», неупругих ударов и выборки по распределениям скоростей для моделирования трассировки частиц.

COMSOL Multiphysics 5.2

16 ноября 2015 года компания COMSOL, Inc. сообщила о выпуске COMSOL Multiphysics 5.2.

Эта версия программной среды моделирования содержит дополнительные функции, отличается повышенной стабильностью, гибкостью и скоростью работы. В числе значимых изменений среды разработки приложений компонента COMSOL Multiphysics средства редактирования Editor Tools, позволяющие создавать компоненты пользовательского интерфейса, команды динамического обновления графики, расширенные возможности управления разворачиванием приложений для моделирования.

Имеется множество добавленных функций, возможностей и примеры приложений для моделирования, для модулей расширения, позволяющих исследовать электрические, механические, гидродинамические и химические явления.

Скриншот окна ПО (2015)

В среде разработки приложений, входящей в состав COMSOL Multiphysics 5.2 оптимизированы рабочие процессы.

В числе возможностей, созданных на основе отзывов пользователей — возможность обновления графики во время работы приложения. Разработчик может настроить созданное им приложение так, чтобы оно в ходе решения отображало для пользователя различные диаграммы. Так можно уведомлять пользователя о ходе решения и выводить для него, например, геометрию, сетку и графики решения. Разработчик приложения также может поместить на панель управления графикой новые кнопки и добавить средства перемещения камеры.

Сделано множество добавлений для COMSOL Multiphysics, COMSOL Server и модулей расширения.

В версии 5.2 добавлены базовые функции, разработанные на основе отзывов от растущего сообщества пользователей COMSOL Multiphysics. К примеру, теперь пользователи могут добавлять примечания к 3D- и 2D-графикам. Алгоритм построения тетраэдральной сетки минимизирует объем ручной работы, необходимой при построении сеток для больших моделей САПР. Добавлена функция Mesh Parts (Компоненты сетки), позволяющая использовать поверхностные сетки STL и объемные сетки NASTRAN в рабочих процессах построения геометрии. Возможности выделений были расширены: теперь с помощью выделения можно отметить части решения, которые следует использовать для обработки и визуализации результатов.

В версии 5.2 усовершенствованы существующие функции COMSOL Multiphysics и модулей расширения. В этой версии повышена гибкость управления лицензиями: теперь пользователи могут работать над проектами, зная, что в случае потери подключения к диспетчеру лицензий у них будет возможность сохранить файлы и продолжить работу при возобновлении соединения.

Для пользователей модулей Механика конструкций и AC/DC доступна функция External Materials (Внешние материалы), которая позволяет алгоритмически задавать материалы с помощью файлов общих библиотек, написанных на языке C. Эта функция будет наиболее полезна для описания нелинейных материалов, проявляющих эффекты гистерезиса (зависимости от предыдущих состояний системы) и необратимости.

Скриншот окна ПО (2015)

Перечень функций и инструментов версии 5.2

• COMSOL Multiphysics, среда разработки приложений и COMSOL Server: В среде разработки приложений с помощью средств редактирования Editor Tools теперь проще вынести любые параметры модели, физические характеристики и результаты, например, численные данные или графики, на пользовательский интерфейс приложения — для этого достаточно нескольких щелчков мыши. Улучшения пользовательского интерфейса: настройка кнопок управления графикой, возможность построения графиков в процессе решения, динамическое обновление графики, улучшенные возможности копирования и вставки между приложениями и прочее. Усовершенствован COMSOL Server™: теперь приложения запускаются до пяти раз быстрее, поддерживается возможность восстановления подключения к выполняемым приложениям, добавлена функция запуска выбранного приложения при входе пользователя в систему. Более надежное управление лицензиями, улучшенная обработка разрывов соединений и отключений лицензий в ходе сеанса.

• Геометрия и сетка: добавлена функция Mesh Parts (Компоненты сетки), упрощающая импорт поверхностных и объемных сеток для использования в ходе создания геометрии. Повышена эффективность построения тетраэдральных сеток. Добавлена новая геометрическая операция, Partition Domains (Области разделения), расширяющая возможности построения тетраэдральных сеток.

• Математическое моделирование — средства, исследования и визуализация: возможность добавления к 2D- и 3D-графикам примечаний, содержащих настраиваемые текстовые сообщения и результаты. Пользователи могут выбрать и сохранить для постобработки лишь часть решения. Решатель PARDISO для кластеров. Исследования с применением усовершенствованного быстрого преобразования Фурье. Оператор невязки, который можно использовать для отображения невязки в каждой точке пространства, чтобы получить наглядное представление о том, где ошибка максимальна.

• Приложения: более 50 примеров приложений, демонстрирующих возможности среды разработки приложений в моделировании электрических, механических, гидродинамических и химических систем.

• Средства многоцелевого применения: модуль Трассировка частиц теперь поддерживает моделирование взаимодействий частиц с веществом для изучения явлений физики высоких энергий, а также высокопроизводительные счетчики частиц для подсчета количества частиц в областях и на границах.

• Электротехника: модуль AC/DC теперь поддерживает эффективные нелинейные уравнения состояния для аппроксимации нелинейных магнитных материалов в частотной области. Для создания магнитных материалов, проявляющих свойства гистерезиса и необратимости, можно использовать общие библиотеки. Модуль Радиочастоты теперь поддерживает диаграммы Смита.

• Гидродинамика: в модуль Вычислительная гидродинамика добавлен мультифизический интерфейс ламинарного трехфазного потока, основанный на методе фазового поля. Расширенная поддержка турбулентности во вращающихся механизмах и инструмент Free surface (Свободная поверхность) для исследования «замороженных» роторов. С помощью модуля Течение в трубопроводах пользователи могут моделировать сжимаемые потоки в трубопроводах, а также расширения и сжатия, вызванные резкими изменениями поперечного сечения трубопроводов.

• Химия: модуль Разработка химических реакций позволяет изучать частицы катализатора различных форм (сферических, цилиндрических, хлопьевидных, а также частиц с определяемыми пользователем площадью и объемом). Модуль Коррозия поддерживает моделирование конструкций из тонких балок.

• Механика: файлы общих библиотек можно использовать для создания нелинейных конструкционных материалов. Усовершенствования надежности контактов в модуле Механика конструкций для искривленных поверхностей и малых относительных смещений. Модуль Теплопередача содержит плоскость симметрии для излучения между поверхностями и внешних температур для тонких слоев. Модуль Акустика содержит графики частотной характеристики в октавной и в треть-октавной полосах.

2013: COMSOL Mutliphysics 4.2

Эта версия пакета COMSOL Mutliphysics предлагает сразу три новых прикладных модуля для мультифизического моделирования – Microfluidics (гидродинамические явления на микромасштабах), Geomechanics (туннели, мосты, подпорные конструкции) и Electrodeposition (гальваническое нанесение покрытий). Кроме того, разработчики включили в состав пакета два новых LiveLink-интерфейса: для систем автоматизированного проектирования AutoCAD и SpaceClaim.

Пакет COMSOL Mutliphysics 4.2, кроме прочего, включает в себя новые виртуальные геометрические инструменты для создания сетки, определяющей важнейшие части исходной САПР-модели. Такая сетка позволяет быстрее и эффективнее выполнить расчеты по модели. Механизм динамического адаптивного разбиения пространства модели на ячейки помогает связать воедино решатели и алгоритмы сеточного разбиения для любого анализа методом сеток. Модели с динамическими фронтами диффузии теперь рассчитываются эффективней, как и симуляции с осаждением и вымыванием материалов. Новая функция Parametric Surfaces помогает создавать параметрические поверхности на базе аналитических выражений или таблиц с рядами наблюдений.

Еще одно новшество COMSOL Mutliphysics 4.2 касается поддержки параллельных вычислений в итерационных решателях и мультифизических алгоритмах сборки. Ранее параллельные и кластерные вычисления были доступны только в прямых решателях. По заверениям разработчиков, расчет статического смесителя в ламинарном потоке выполняется быстрее на 425%, а симуляция микрожидкостной «лаборатории на чипе» ускорена на 164%.

Новый модуль Report Generator помогает создавать отчеты в формате HTML с регулируемой степенью детализации. В каждую модель можно добавить сразу несколько отчетов. В иерархии модели теперь поддерживается перетаскивание объектов. Конструктор моделей Model Builder теперь автоматически адаптирует физику модели к названиям в описании элементов. Также реализованы новые типы графиков: гистограммы для статистического анализа, графики Найквиста для анализа амплитудно-частотных характеристик и ленточные графики для потоков.

Интерфейс LiveLink для системы SolidWorks теперь оснащается единым графическим интерфейсом, так что пользователь SolidWorks может оставаться в среде SolidWorks и синхронно взаимодействовать со средой COMSOL Multiphysics. Интерфейс LiveLink для системы быстрого моделирования SpaceClaim реализует мощные возможности прямого моделирования и мультифизической симуляции. Интерфейс LiveLink для САПР-системы AutoCAD позволяет переносить трехмерные чертежи из среды AutoCAD в COMSOL Multiphysics.

Стоит подробнее остановиться на новых прикладных модулях. Модуль Microfluidics помогает изучать микрожидкостные устройства и потоки разреженного газа. Этот новый модуль помогает исследовать процессы в электрокинетических и магнитокинетических устройствах, струйных принтерах и вакуумных системах. Поддерживаются одно- и двухфазные потоки с учетом сил поверхностного натяжения, капиллярных сил и эффекта Марангони.

Модуль Geomechanics представляет собой специализированную надстройку к модулю Structural Mechanics, которая помогает проводить геотехнические расчеты в таких областях, как тоннели, котлованы, устойчивость склонов к оползанию и подпорные конструкции. Для расчетов доступен широкий диапазон материалов, включая грунты с самыми разными пластическими характеристиками, а также бетон и скалистые грунты.

Модуль Electrodepsition обеспечивает симуляцию процессов гальванического осаждения материалов и электрофореза. Физические интерфейсы реализованы для первичной, вторичной и третичной модели распределения, а геометрические представления осаждаемого слоя можно задавать вместе с общими параметрами модели. По мнению представителей COMSOL, модуль Electrodeposition можно применять в самых разных приложениях: осаждение металла в электронных и электрических устройствах, коррозия и нанесение защитных покрытий, декоративная гальванопластика, производство деталей с тонкой и сложной структурой методом электролитической формовки, а также электролизное производство металлов.

2012

COMSOL Multiphysics 4.3b

В версии 4.3b. появляются новые модули: для решения задач из области микромеханики, структуры материалов, гидродинамики, переноса тепла, трассировки частиц:

• Модуль Multibody Dynamics Module позволяет осуществлять анализ сложных многокомпонентных механических моделей, состоящих из жестких и гибких тел (узлов);
• Модуль Wave Optic Module позволяет моделировать распространение электромагнитных волн в линейных и нелинейных оптических носителях.
• Модуль Molecular Flow Module позволяет моделировать сильно разреженный газ;
• Модуль Semiconductor Module позволяет моделировать полупроводниковые приборы;
• Модуль Electrochemistry Module позволяет моделировать приложения, основанные на электролизе, электродиализе и электроанализе.

COMSOL Multiphysics 4.3a

Одним из главных достоинств версии 4.3a является модуль LiveLink for Excel, который позволяет обращаться к результатам имитационного моделирования из электронных таблиц. Кроме того, версия 4.3a предлагает дополнительные возможности для проведения сложных с вычислительной точки зрения мультифизических экспериментов за счет поддержки кластерных вычислений на платформе Amazon EC2 (Elastic Compute Cloud).

Изменения по сравнению с выпущенной не так давно версией 4.3 оказались довольно значительными. Так, в пакете COMSOL Multiphysics 4.3a впервые представлены новые модули для анализа усталостных изменений в материалах, для импорта файлов ECAD, также модуль LiveLink для обмена данными с САПР-системой Solid Edge. Кроме того, обновились все 30 с лишним специализированных прикладных надстроек COMSOL для моделирования механических, электрических, гидродинамических и химических явлений.

Особое внимание в версии 4.3a сами разработчики уделяют модулю LiveLink для запуска и анализа экспериментов COMSOL Multiphysics непосредственно в среде пакета Excel. Модуль LiveLink для Excel фактически добавляет вкладку COMSOL в ленточный интерфейс современных версий электронной таблицы Excel. В этой вкладке пользователи могут контролировать работу COMSOL-модели. В частности, можно прямо из Excel просматривать и корректировать параметры и переменные, используемые в модели COMSOL Multiphysics, а все изменения, внесенные через Excel, можно в любой момент синхронизировать с моделью COMSOL.

Модуль LiveLink для Excel позволяет сохранять и загружать файлы Excel с результатами экспериментов, с данными валидации, калибровки и вообще любыми данными, имеющими отношение к симуляциям, которые выполняются в пакете COMSOL. В дополнительном окне модуль LiveLink для Excel отображает результаты симуляции в виде интерактивных 3D-графиков. Пользователи могут вставлять эти графики в таблицы Excel буквально одним щелчком мыши.

Поддержка платформы Amazon EC2 открывает исследователям доступ к хорошо масштабируемой вычислительной мощности, оплачиваемой по объему использования – это помогает избежать покупки и обслуживания мощных рабочих станций или собственных кластеров. Пользователи с плавающей сетевой лицензией могут просто загрузить исполняемые файлы COMSOL и свою модель прямо в облачную машину Amazon EC2.

Недавно анонсированная функция под названием Cluster Sweep предназначена для выполнения таких сложных вычислительных задач, как параметрические исследования и эксперименты с качанием частоты. Технология кластерных вычислений Cluster Sweep помогает сократить время поиска решений за счет распределения нагрузки по нескольким процессорам. Используя технологию Cluster Sweep на кластерах вроде Amazon EC2, пользователи могут запускать несколько процессов параллельно, где каждый процесс будет посвящен анализу отдельного параметра в общей задаче моделирования.

Модуль Fatigue Module для анализа усталости материалов базируется на алгоритмах модуля структурной механики. С помощью этого модуля пользователь может определить, сколько циклов нагрузки может выдержать та или иная структура. При анализе поддерживаются разные режимы подачи и снятия нагрузки. В сочетании с модулем Nonlinear Structural Materials, который обеспечивает моделирование материалов с нелинейной структурой, пользователи могут выполнять полномасштабные оценки упругопластической усталости.

COMSOL Mutliphysics 4.3

Компания COMSOL официально выпустила в мае 2012 года версию 4.3 продукта COMSOL Multiphysics 4.3 для моделирования процессов, в которых задействованы явления из разных областей физики. Кроме улучшенных инструментов моделирования и ускоренного исполнения имитационных экспериментов COMSOL Multiphysics 4.3 содержит ряд новых функций, реализованных по просьбам конечных пользователей пакета, в том числе три новых специализированных модуля по узким областям физики, новые средства для построения сетки контрольных точек, а также решатель Double Dogleg для расчетов явлений в местах механического контакта и симуляций с высокой степенью нелинейности.

Модуль Nonlinear Structural Materials Module предназначен для имитации материалов с нелинейной структурой, Pipe Flow Module – для уточненного моделирования потоков в трубопроводах, Corrosion Module – для моделирования коррозионных процессов. Теперь платформа COMSOL предлагает уже 30 отдельных модулей для явлений из узких физических областей.

Модуль имитации материалов с нелинейной структурой для моделирования структурной механики и MEMS-техники позволяет сохранять в моделях высокую степень нелинейности. Раньше при построении больших моделей пользователям необходимо было переходить на материалы с линейной структурой. Теперь даже при высоких температурах можно выполнять расчеты для эластопластичных, вязкопластичных, ползучих и гиперэластичных материалов. Все эти новые средства расчетов построены на новом наборе базовых физических законов, который можно расширять силами самих пользователей.

Модуль Pipe Flow Module должен заинтересовать инженеров, которые проектируют трубопроводные сети и канализацию для турбин, систем вентиляции, химических производств, а также для нефтегазовой промышленности. Имитация процессов выполняется на базе одномерной базовой модели потока, с учетом движения потоков, переноса теплоты и масс, гидравлических явлений и акустики. Результаты симуляций в модуле Pipe Flow можно интегрировать с 2D- и 3D-моделями других компонентов сети, вычисляя скорость течения газа или жидкости, изменение давления и температуру в трубах и каналах.

Модуль коррозии позволяет детально моделировать процесс, из-за которого мировой валовый продукт становится на 3% меньше. Новый модуль дает возможность рассчитать динамику коррозии в береговых сооружениях, на судах и подводных лодках, в аэрокосмической отрасли, в железнодорожной и автотранспортной индустрии. Специальные интерфейсы для моделирования электрохимических процессов, ведущих к коррозии, созданы для расчета физических явлений, связанных с гальванической, язвенной и контактной коррозией.

Новый механизм моделирования исключает из сетки контрольных точек ненужные геометрические детали. Импортированные сетки можно группировать по новым областям и границам, что особо полезно для указания граничных условий и свойств материалов в эксперименте. Поддерживается прогон экспериментов по целому диапазону для множества параметров сразу – можно указывать один, два или больше параметров, а также регулировать отдельные параметры или целые наборы. Визуализация прогонов по диапазону параметров позволяет включить в один результат все полученные цифры, а выполнение расчетов может происходить с использованием механизма параллельных вычислений.

Модуль имитации электрических явлений AC/DC Module теперь поддерживает моделирование машин с трехмерным вращением. Например, в модели щеточного двигателя постоянного тока можно рассчитать индуктивность, ток в катушке, осевой момент и угол поворота вала на каждый момент.

Примечания