COMSOLMultiphysics中高级操作培训讲义

中仿科技公司CnTechCo.,Ltd全国统一客户服务热线：4008885100网址:邮箱:[e-mail]-1-目录COMSOLMultiphysics多物理场仿真简介……………………………………………………………………-2-PDE建模……………………………………………………………………………………………………-54-网格剖分……………………………………………………………………………………………………-85-COMSOLMultiphysics后处理……………………………………………………………………………-119-COMSOLMultiphysics求解器……………………………………………………………………………-150-模型耦合算子………………………………………………………………………………………………-195-附录一：COMSOLMultiphysicsv4.3电池与燃料电池…………………………………………………-210-附录二：COMSOLMultiphysicsv4.3电镀电解…………………………………………………………-235-仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation中仿科技COMSOLMultiphysics简要介绍仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation目标•仿真•偏微分方程•有限元法•COMSOLMultiphysics仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation什么是仿真？•仿真技术–一种运用相似性原理和类比关系研究事物的技术方法•仿真过程–建立真实世界系统的模型•缩小的实体模型：小型反应器、缩微模型等•数学模型：描述变量在空间、时间上变化的偏微分方程/组–在模型上进行实验和研究，实现优化设计和预测等•仿真方法–实验–计算机模拟仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation什么是PDE？线性PDE系统非线性PDE系统线性PDE非线性PDE•定义–一个包含两个或多个变量的未知函数及其偏微分的方程–偏微分方程组（PDEs）•分类–线性vs.非线性–方程vs.系统求解难易程度仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation系数形式质量阻尼质量扩散对流源对流吸收源fauuuuctudtueaa)(22zyx,,仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation有限元方法•定义–将连续的求解域离散成一组有限个，按一定方式相互联结在一起的单元的组合体–将PDE转换成离散的线性代数方程系统•特点–各种复杂单元可以用来模型化几何形状复杂的求解域–各节点上的解的近似函数可以用来求解整个求解域上任意点的结果fuc)(FKu•K：刚度矩阵•u：解变量，或解向量•F：载荷向量•u的数量：自由度数目（DOF）仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation软件名称的由来有限元法FiniteElementMethod（FEM）实验室（LAB）2005年3.2软件改名为COMSOLMultiphysicsFEMLABFEMLAB仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation•总部位于斯德哥尔摩•欧洲、印度和美国有16个办事处•数百名员工多物理场模拟的世界领先者中仿科技（CnTech）是中国大陆及港澳地区唯一合作伙伴仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation什么是多场耦合两种或多种物理现象之间相互影响电流温度分布材料属性改变焦耳热仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationMultiphysics多物理场仿真ElectromagneticFieldHeatTransferUserDedinedEquationsStructuralMechanicsAcousticsChemicalReactionsFluidFlow流体流动化学反应电磁自定义方程声学结构力学传热仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation更多案例仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation无线装置辐射分析•手机天线发射的无线电波被人脑吸收•分析得到人脑对电磁波的吸收系数(SAR)大小1.电磁场2.生物组织传热物理现象仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation家庭影院设备•CAD模型导入•通过2D或3D模型全波段分析•分析扬声器周围声压级分布1.SPICE电路仿真2.电磁力分析3.直流分析4.结构变形5.声学物理现象仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation新能源反应器•燃料电池氢制备中的重整器结构1.CFD（流体流动）2.化学反应3.物质与能量传递物理现象仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation这些棘手问题遇到过么？•多物理场任意耦合•多维度之间进行耦合•专业软件中预置的应用模式不满足要求•求解域发生变形•参数随时间或解发生变化•特殊的后处理需求•二次开发•……仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation•真正的多物理场–解决前沿的单物理场问题–任意多物理场耦合•简便易用–内置多种应用模式便于快速建模–图形化操作界面•开放灵活–自定义材料参数和函数–任意参数化–可以修改和添加方程•高性能运算–支持多核与多重处理器运算–支持集群并行运算COMSOLMultiphysics——完善的仿真平台仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation建模流程•选择物理场-告诉软件分析问题中包含哪些物理现象•CAD绘图-软件自带CAD绘图、导入CAD模型•指定分析条件-指定材料、输入、输出选项-指定边界条件•网格-结构化或非结构化网格•求解-稳态、瞬态、特征频率、参数化扫描分析-直接、迭代求解器•后处理-图像化显示关心位置的数值大小-对数据集进行积分、通量、受力等函数计算-生成报告仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation建模步骤-几何•使用COMSOLMultiphysics的内置建模工具.•导入和修复CAD格式文件(STEP,IGES,SAT,Parasolid,...).•从第三方软件导入图像.•从文本文档导入数据.绘制或导入几何模型仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCAD导入模块•支持的CAD格式-Parasolid(.x_t,.x_b)-SAT(.sat,.sab)-STEP(.step,.stp)-IGES(.igs,.iges)-AutodeskInventorpart(.ipt)-AutodeskInventorassembly(.iam)-Pro/ENGINEER(.prt,.asm)-SolidWorks(.sldprt,.sldasm)•实时连接SolidWorks,AutoDeskInventor,和Pro/ENGINEER-支持模型几何的双向调用•每种对于CAD的LiveLink都包含CAD导入模块仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation建模步骤——材料&参数设定•定义材料参数:–常数–函数表达式–测得数据(如Excel表单)–应用COMSOLMultiphysics的内置材料库–材料库里包含近2500种材料.•各种应用模式有它们各自的材料和边界设定.设定材料参数和边界条件仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation建模步骤——网格剖分•应用COMSOLMultiphysics的工具创建网格.•支持导入Nastran格式的网格文件.生成网格仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation自动和交互式网格划分自由剖分四面体网格边界层映射扫掠混合自适应仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation建模步骤——求解•求解器类型:–直接–迭代–分离–多重格点•求解类型:–稳态–瞬态–参数–更多…•处理器支持:–多核–集群求解仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationLiveLinkTMforMATLAB®•支持脚本代码.•可以将COMSOL文件保存为MATLAB的M文件.•能对M文件作出修改操作和调用定义的函数.•导出COMSOLMultiphysics仿真结果用于其他模拟软件的计算.仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation建模步骤——可视化和结果•图像–面图–箭头标示–流线–粒子追踪–线图–体积图–切面–等值面•动画•图表•数据(例如Excel)•综合报告结果可视化仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation4.3最新界面仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCOMSOLMultiphysics架构仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationCOMSOLMultiphysics模块简介喷气发动机涡轮叶片温度场和应力分布仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationAC/DC模块•电容器•电感器•电动机&发电机•电阻、感应加热•SPICE电路与场模拟•电磁兼容（EMC）X射线高压电机电磁场分布AC/DC模块的功能涵盖了静电场、静磁场、直流交流电磁，以及与其它物理场的无限制耦合。仿真智领创新Simulatinginspiresinnovation仿真智领创新SimulatinginspiresinnovationR