COMSOL 全新发布 COMSOL Multiphysics® 5.5 版本
2019-11-29

2019 年 11 月 14 日,业界领先的多物理场仿真分析、仿真应用程序设计和部署的软件解决方案提供商 COMSOL 公司,在美国伯林顿发布了全新的 COMSOL Multiphysics® 5.5 版本(简称 COMSOL® 5.5 版本)。在 COMSOL 5.5 版本中,设计模块新增了一个全新的草图绘制工具,可以轻松地创建几何模型,并为几何建模提供更加全面的参数控制;更新后的求解器大幅加快了求解的速度;新增加的两个专业模块——属加工模块多孔介质流模块,进一步扩展了产品的多物理场建模功能。


功能强大的参数化绘图工具

设计模块新增的草图绘制工具,可以轻松地在二维或三维的工作平面图内为几何模型添加尺寸和约束。“我们在模型开发器中集成了新的尺寸和约束工具,使其成为 COMSOL Multiphysics 工作流程的组成部分。” COMSOL 数学与计算机科学技术经理 Daniel Bertilsson 说,“新的尺寸和约束工具可与 COMSOL Multiphysics 中的模型参数配合使用,支持模型求解、参数化扫描,以及参数优化。”

使用设计模块中具有尺寸和约束功能的草图绘制工具,对微型阀中的流体流动进行参数优化。


声学仿真的新增求解技术

无论是在过程工程、无损检测还是消费电子等工业领域应用,超声技术正变得越来越重要。声学模块新增的间断伽辽金(Galerkin)方法的相应功能,支持用户对固体和流体中的超声传播进行高效的多核计算,传播介质可以是带有阻尼的、各向异性实际材料。该方法同样适用于例如地震波分析等低频应用。软件自带的多物理场功能可以无缝耦合固体中的弹性波和流体中的声波之间的传递过程。结构力学模块,MEMS 模块和声学模块都包括此新增的弹性波功能。此外,声学模块还新增了流固声学耦合功能。


使用专用求解器进行声场分析。图示为在 7 kHz 频率下基于有限元方法求解的汽车内部声压场。


对于频域仿真,使用新增求解器,可以基于有限元方法处理更高频率(更短的波长)的声学问题。新求解器适用于分析封闭空间(如车厢)的内部声压场,以及其他各类升序仿真问题。


新增金属加工模块

在新增的金属加工模块中,用户可以在 COMSOL Multiphysics 软件环境中分析焊接、热处理和金属增材制造等领域中常见的金属固态相变问题。“金属加工模块可以预测由金属中由热量驱动的固态相变引起的变形、应力和应变。”COMSOL 技术产品经理 Mats Danielsson 表示,“该模块可以与其他任一 COMSOL 产品结合使用,进行包括金属固态相变在内的几乎任何多物理场分析。例如,用户可以将其与传热模块结合使用来研究热辐射的影响,与 AC / DC 模块耦合用于感应淬火,以及与非线性结构材料模块耦合以更好地预测材料的特性。”


使用金属加工模块计算的齿轮淬火后的残余应力。


新增多孔介质流模块

多孔介质流模块为食品、制药和生物医学等行业的用户提供了研究多孔介质运输问题的多种分析工具。 新模块功能包括多孔介质中的单相和多相流动分析、干燥,以及裂隙中的运输分析。流动模型涵盖了饱和与变饱和介质中的线性和非线性流动,并自带缓慢和快速多孔介质流动的特殊选项。多物理场仿真功能应用广泛,包括用于计算多组分系统有效热参数的选项、孔隙弹性,以及固相、液相和气相中化学物质的输运。


使用多孔介质流模块进行相变材料填充床的潜热仿真。


优化模块带来易用的形状和拓扑优化

多年来,机械、声、电磁、热、流体和化工领域的用户已经纷纷能够使用 COMSOL Multiphysics 进行形状和拓扑优化。COMSOL Multiphysics 5.5 版本中新增的内置功能,例如通过参数化多项式移动边界和壳厚度优化功能,使优化模块的用户可以轻松的设置形状和拓扑优化问题。新增拓扑优化的平滑操作可确保高质量的几何输出,以供其他分析和增材制造使用。除已有的 STL 格式外,COMSOL Multiphysics 5.5 版本还支持增材制造 PLY 和 3MF 格式的导入和导出。



使用优化模块对钣金支架进行形状优化。该结构承受的弯曲载荷导致了优化设计中脊的产生,图中显示了有效应力结果。


非线性壳结构,管道力学和随机振动分析

COMSOL 5.5 版本可对壳体和复合壳体进行多种非线性分析,包括塑性、蠕变、黏塑性、黏弹性、超弹性和机械接触。其中机械接触建模功能已经扩展为支持任何固体和壳的组合,包括固体壳、固体复合壳和膜壳。根据分析类型的不同,结构力学模块、非线性结构材料模块和复合材料模块的用户将受益于这些功能的提升。

对于结构力学模块的用户,新增的管道力学用户界面中分析管道系统应力的功能,可以处理各种截面的管道,并能考虑来自外部负载、内部压力、轴向阻力和通过管道壁的温度梯度的影响。

结构力学模块的用户,现在可以执行随机振动分析,以研究对载荷的响应。这些载荷由功率谱密度(PSD)表示,包括自然界中的随机载荷,例如湍急的阵风或道路上车辆的振动。载荷之间可以完全相关、不相关或由用户指定特定相关。

多体动力学模块新增的自动生成建模链传动所需的大量链节和接头,可用于分析刚性和弹性链传动的新功能。



多体动力学模块中的弹性链传动分析,颜色和箭头分别显示了链和链轮中的速度和方向。


可压缩的欧拉流和非等温大涡模拟


CFD 模块增加了用于可压缩的欧拉流和非等温大涡模拟(Nonisothermal Large Eddy Simulations ,LES)的新接口。此外,旋转机械流接口支持水平集和相场方法,以及 Euler–Euler 和气泡流。传热模块新增了用于模拟集总热系统的新接口,支持用户使用类似于等效电路的方法研究传热问题。此外,半透明(参与)介质中的辐射支持多个光谱带,对流开放边界使用的新算法可将处理此类问题的求解时间缩短 30%。


多尺度波动和射线光学耦合、压电壳和PCB端口

在COMSOL 5.5 版本中,用户可以将射线光学模块与RF模块或波动光学模块耦合使用,同时进行全波和射线跟踪模拟。这样,用户可以对多尺度问题进行建模。例如,对分析通过波导入射到大型房间的光束问题进行全波模拟时,通常会由于计算量太大而无法实现。新版本中,通过耦合 AC / DC 模块和复合材料模块,用户可以分析具有较薄结构的介电层和压电层的多层材料。在 RF 模块中,一组新端口使通孔和传输线的设置更加快速,这样,用户在对印刷电路板进行建模时会更加灵活。


独立应用程序的有效分发

基于 COMSOL Multiphysics 模型,您可以使用 App 开发器创建带有定制化用户界面的仿真 App 。借助 COMSOL Compiler™,您可以将此仿真 App 转换为可独立运行的程序。编译后生成的应用程序运行时仅需要 COMSOL Runtime™ ,而不需要 COMSOL Multiphysics 或 COMSOL Server™ 许可证。 COMSOL App 产品经理 Daniel Ericsson 说:“自去年发布以来,COMSOL Compiler 受到了 App 开发器用户的广泛关注,因为它支持用户独立编译和分发自己创建的应用程序。” 最新版本的 COMSOL Compiler 增加了新的编译选项,方便生成最小的文件,利于分发。当用户首次运行应用程序时,可以从 COMSOL 网站下载并安装 COMSOL Runtime,使用相同 COMSOL 版本的应用程序仅需要一个 COMSOL Runtime。通常,COMSOL Runtime 的大小约为 350 兆字节,应用程序文件本身可能只有几兆字节。



正在创建独立应用程序。该应用程序由 App 开发器开发,通过 COMSOL Compiler™ 编译, 由 COMSOL Runtime™ 安装。


COMSOL 5.5版本发布亮点

      • 新增具有尺寸和约束的草图绘制工具
      • 线弹性波快速仿真
      • 新增金属加工模块,用于焊接、热处理和金属增材制造
      • 新增多孔介质流模块,用于食品、制药和生物医药行业
      • 改进用于形状、拓扑优化的工具,适用于机械、声学、电磁学、热、流体和化工等领域
      • 导入/导出 3D 打印和增材制造格式 PLY 和 3MF
      • 用于修复 STL、PLY 和 3MF 文件的编辑工具
      • 非线性壳、管道力学、随机振动和链传动的结构分析
      • 可压缩欧拉流和非等温大涡模拟 (LES)
      • 支持水平集、相场、Euler-Euler 和气泡流的旋转机械流接口
      • 集总热系统等效建模方案
      • 参与介质辐射可定义多个光谱带
      • 更有效的对流传热开放边界条件
      • 在所有仿真类型中均可使用热力学数据库属性
      • 全波段和射线光学耦合建模
      • 压电和介电壳
      • 用于过孔和传输线的新 PCB 端口
      • 支持将图像链接到 Microsoft® PowerPoint® 演示文稿
      • 创建个性化插件,定制“模型开发器”工作流程
      • 使用 COMSOL Compiler™ 制作更小的仿真 App 可执行文件

适用性

Windows®,Linux® 和 macOS 等操作系统均支持 COMSOL Multiphysics,COMSOL Server 以及 COMSOL Compiler 等软件产品。Windows® 的操作系统支持“App 开发器 ”工具的使用。