馬薩諸塞州伯靈頓2020年11月18日 /美通社/ -- 業(yè)界領(lǐng)先的多物理場仿真、App 設(shè)計(jì)與部署的軟件解決方案提供商 COMSOL 公司發(fā)布了全新的 COMSOL Multiphysics® 軟件 5.6 版本。新版本為多核和集群計(jì)算提供了計(jì)算速度更快且內(nèi)存需求更低的求解器、更加高效的 CAD 裝配處理功能、仿真 App 布局模板，以及一系列包括剪裁平面、材料渲染和部分透明視圖等圖像功能。四個(gè)新模塊進(jìn)一步擴(kuò)展了 COMSOL Multiphysics 軟件的建模功能，用戶可以更高效地處理燃料電池和電解槽、聚合物流動(dòng)、控制系統(tǒng)和高精度流體問題。
使用“聚合物流動(dòng)模塊”模擬狹縫式涂布過程。與其他流體分析類似，本案例也極大地受益于 COMSOL Multiphysics 5.6 版本的求解器性能改進(jìn)。
運(yùn)行速度更快、內(nèi)存需求更低的求解器
在5.6 新版本中，求解器的性能得到了極大的改進(jìn)，對于具有數(shù)百萬自由度的大型模型來說，性能提升的效果尤其顯著。“在 5.6 版本中，我們改進(jìn)了代數(shù)多重網(wǎng)格和域分解求解器技術(shù)，基本上所有使用到這些求解器的模型都會(huì)受益，性能提升可高達(dá) 30%；集群計(jì)算時(shí)，功能提升的效果更為明顯，運(yùn)行時(shí)間和內(nèi)存需求普遍達(dá)到 20%-50% 的改進(jìn)。對于 CFD 分析，我們改進(jìn)了速度-壓力耦合預(yù)條件器，并添加了全新的預(yù)條件器來解耦這些變量的更新。受益于以上這些改進(jìn)，瞬態(tài) CFD 模型的運(yùn)行時(shí)間可降低近 50%?！盋OMSOL 開發(fā)團(tuán)隊(duì)的求解器產(chǎn)品經(jīng)理 Jacob Ystrom 評論道。在新版本中，針對一些黏彈性結(jié)構(gòu)問題的分析速度提升了 10 倍之多；基于新的邊界元法算法，用戶能夠處理汽車、聲吶等應(yīng)用場景下更大規(guī)模的聲場分析。
采用的新邊界元算法 (BEM) 計(jì)算得到的潛艇目標(biāo)強(qiáng)度結(jié)果。本案例計(jì)算了離潛艇 100 m 的水中，1.5 kHz 頻率的散射場聲壓級。
剪裁平面工具、幾何裝配處理功能提升和 App 布局模板
利用剪裁平面工具，用戶可以方便地選擇復(fù)雜 CAD 模型內(nèi)部的邊界和域。此外，新增圖形功能還包括部分透明的視圖效果，以及利用導(dǎo)入圖像對結(jié)果可視化的功能。金屬等材料的渲染可以與結(jié)果的可視化混合，并具有環(huán)境反射效果，提供更真實(shí)的場景。新版本中，大型幾何裝配體的處理功能得到了改進(jìn)，幾何實(shí)體的處理更加穩(wěn)定，用戶更容易檢測出裝配件之間的間隙和重疊?！癆pp 開發(fā)器”中新增的 App 布局模板可以快速而直觀地幫助用戶創(chuàng)建布局合理的用戶界面。
COMSOL Multiphysics 5.6版本中的電機(jī)仿真案例，使用剪裁平面可以輕松訪問模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為模型設(shè)定材料和載荷。
分析燃料電池與電解槽、聚合物流動(dòng)、控制系統(tǒng)和流體屬性的新產(chǎn)品
新增的四個(gè)新模塊進(jìn)一步擴(kuò)展了 COMSOL Multiphysics 的建模功能，用戶可以更加高效地模擬燃料電池和電解槽、聚合物流動(dòng)、控制系統(tǒng)和流體混合物。
“燃料電池和電解槽模塊”為氫技術(shù)領(lǐng)域的工程師提供了研究電能轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)的新工具。COMSOL 公司電化學(xué)產(chǎn)品經(jīng)理 Henrik Ekstrom 說道：“我們了解到氫經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?jié)摿?，以及理解和?yōu)化現(xiàn)有電解槽工藝的潛在需求。借助這一新產(chǎn)品，我們可以為汽車、可再生能源、氫技術(shù)和電化學(xué)加工行業(yè)的用戶提供最先進(jìn)的建模仿真工具。”在5.6 版本中，之前的“電池與燃料電池模塊”保留原有功能，更名為“電池模塊”。當(dāng)用戶升級軟件到5.6版本時(shí)，原“電池與燃料電池模塊”將自動(dòng)更新為“電池模塊”。
“聚合物流動(dòng)模塊”可以用來模擬和優(yōu)化聚合物、食品、制藥、化妝品、家居產(chǎn)品和精細(xì)化工行業(yè)中常常涉及到的黏彈性和非牛頓流體。除了提供先進(jìn)的流變模型以外，該模塊還支持使用兩相流追蹤自由表面。
“氣液屬性模塊”用于計(jì)算氣體、液體和其混合物的屬性，為涉及到氣液混合物的聲學(xué)、流體和傳熱分析帶來更真實(shí)、準(zhǔn)確的結(jié)果。
控制系統(tǒng)工程師可以使用 LiveLink? for Simulink® 產(chǎn)品，在 COMSOL Multiphysics® 與 Simulink® 之間實(shí)現(xiàn)協(xié)同仿真。
使用“燃料電池和電解槽模塊”分析聚合物電解質(zhì)膜水電解槽，圖中顯示的是氣體的體積分?jǐn)?shù)。
疊片鐵芯、寄生電感、快速端口掃描和射線散射
“AC/DC 模塊”隨附的材料庫已使用 Bomatec 提供的 322 種磁性材料進(jìn)行擴(kuò)展，包含多種類型的永磁體（例如 NdFeB、SmCo 和 AlNiCo），材料數(shù)據(jù)中提供與電磁場和溫度相關(guān)的材料屬性。新版本的“AC/DC 模塊”進(jìn)一步提供了專門的工具來提取通過 L 矩陣計(jì)算的寄生電感，這對于印刷電路板設(shè)計(jì)來說至關(guān)重要；此外，5.6新版本還提供了新的非線性材料模型，用于模擬電機(jī)和變壓器中的疊片鐵芯損耗。
“RF 模塊”和“波動(dòng)光學(xué)模塊”提供了一個(gè)用于端口掃描的新選項(xiàng)，針對全 S 參數(shù)、透射和反射系數(shù)矩陣提供更快的計(jì)算速度。對于超材料或等離子基元中的周期性結(jié)構(gòu)，新版本為透射和反射波的計(jì)算和可視化提供了更便捷的極化圖工具。新版本中，“射線光學(xué)模塊”對射線追蹤的計(jì)算速度更快，還提供了專用工具，用于分析表面粗糙度引起的表面散射，以及體積域內(nèi)由粒子引起的瑞利散射和米氏散射。
在毫米波 5G 頻段工作的級聯(lián)腔濾波器的熱-力耦合案例，圖中展示了部分透明的新視圖功能。
瞬態(tài)接觸、磨損和裂紋建模
新版本為“結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊”和“MEMS 模塊”的用戶提供了機(jī)械接觸功能，可以用于模擬結(jié)構(gòu)分析中的瞬態(tài)沖擊問題?！敖Y(jié)構(gòu)力學(xué)模塊”還為接觸分析提供了新工具，來分析涉及動(dòng)態(tài)材料去除的機(jī)械磨損問題；新增的裂紋建模工具可以計(jì)算 J 積分和應(yīng)力強(qiáng)度因子，并基于相場法模擬裂紋擴(kuò)展。用戶還可以在實(shí)體內(nèi)部嵌入低維度單元，模擬類似于錨、鋼筋和金屬絲網(wǎng)的加強(qiáng)件。
“復(fù)合材料模塊”中用于分析多孔彈性效應(yīng)的功能得到了擴(kuò)展，可用于分析類似于層狀土壤、紙板、纖維增強(qiáng)塑料、層合板和夾層板等應(yīng)用場景中的復(fù)合殼結(jié)構(gòu)。
“MEMS 模塊”中，非線性多物理場材料模型中新增了鐵電彈性模型，可用于模擬壓電材料中如磁滯、極化飽和等非線性效應(yīng)，此功能也可以通過將“AC/DC 模塊”與“結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊”或“聲學(xué)模塊”的耦合來實(shí)現(xiàn)。
高爾夫鐵桿擊打高爾夫球時(shí)的瞬態(tài)接觸仿真。
非線性聲學(xué)、機(jī)械端口和室內(nèi)聲學(xué)分析
新版本中，“聲學(xué)模塊”的用戶可以分析移動(dòng)設(shè)備揚(yáng)聲器中由熱黏性效應(yīng)引起的失真問題，以及高強(qiáng)度超聲。針對超聲傳感和無損檢測中的超聲彈性波傳播問題，“結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊”、“聲學(xué)模塊”，以及“MEMS 模塊”中新增的機(jī)械端口工具，大大簡化了振動(dòng)路徑和機(jī)械反饋分析的操作。射線聲學(xué)新增了室內(nèi)聲學(xué)指標(biāo)，包括混響時(shí)間、清晰度和明晰度，聲學(xué)工程師可以利用這些指標(biāo)來改善房間和音樂廳的音質(zhì)設(shè)計(jì)。
聲速和熱擾動(dòng)的模擬結(jié)果顯示了壓力波與柵極結(jié)構(gòu)相互作用而引起的渦脫落。這種類型的非線性熱黏性聲學(xué)效應(yīng)在高保真移動(dòng)設(shè)備揚(yáng)聲器的分析中具有重要意義。
非等溫多相流、淺水方程和表面熱輻射屬性
“CFD 模塊”和“傳熱模塊”新增了模擬分離型和分散型混合多相流的強(qiáng)大工具，用戶可以輕松同時(shí)考慮自由表面和分散型多相流，例如，研究數(shù)百萬個(gè)沖破自由液面的小氣泡等場景。新增的多相流非等溫混合物模型接口可用于研究沸騰等相變現(xiàn)象?！岸嗫捉橘|(zhì)流模塊”和“傳熱模塊”中新增的多孔介質(zhì)傳遞接口將水蒸氣的擴(kuò)散和對流與液態(tài)水的對流與毛細(xì)流動(dòng)相耦合，可用于處理濕度的兩相傳遞問題。“粒子追蹤模塊”新增了模擬液滴蒸發(fā)的新功能，這對于理解傳染病的傳播和一系列工業(yè)過程非常重要。
水文研究領(lǐng)域的用戶將受益于“CFD 模塊”中新增的淺水方程模擬功能。淺水方程經(jīng)常在海洋學(xué)和大氣應(yīng)用中用來預(yù)測海嘯沖擊的影響、受污染、海岸侵蝕和極地冰蓋融化等。
“傳熱模塊”中“表面對表面輻射”新增了與輻射入射方向相關(guān)的表面屬性設(shè)置，可用于更精確的模擬類似于太陽能板被動(dòng)冷卻等應(yīng)用中，表面對熱輻射方向敏感的問題。新的半透明表面功能可以指定外部輻射強(qiáng)度，可用于將玻璃表面設(shè)置為參與介質(zhì)輻射區(qū)域的外部邊界，并能夠考慮表面擴(kuò)散或鏡面透射后的入射強(qiáng)度。
腐蝕材料庫和自動(dòng)反應(yīng)配平
新版本中的“腐蝕模塊”新增的材料庫包括了 270 多種材料的極化曲線?！盎瘜W(xué)反應(yīng)工程模塊”新增了用于計(jì)算化學(xué)計(jì)量系數(shù)的自動(dòng)反應(yīng)配平工具，以及三個(gè)預(yù)定義的用于干空氣、濕空氣和水汽混合物的熱力學(xué)系統(tǒng)。“化學(xué)反應(yīng)工程模塊”中新增的反應(yīng)顆粒床接口可通過定義催化劑顆粒內(nèi)部非常小的孔隙的微觀尺度和顆粒之間較大孔隙的宏觀尺度（雙峰孔隙結(jié)構(gòu)），對固定床反應(yīng)器進(jìn)行多尺度建模。
兼容性
以下操作系統(tǒng)支持 COMSOL Multiphysics、COMSOL Server 和 COMSOL Compiler 軟件產(chǎn)品：Windows®、Linux® 和 macOS。Windows® 操作系統(tǒng)支持“App 開發(fā)器”工具。
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