功能強(qiáng)大的多物理場(chǎng)耦合分析軟件

1、功能強(qiáng)大的多物理場(chǎng)耦合分析軟件COMSOL Multiphysics（原FEMLAB）COMSOL Multiphysics是一個(gè)專業(yè)有限元數(shù)值分析軟件包，是對(duì)基于偏微分方程的多物理場(chǎng)模型進(jìn)行建模和仿真計(jì)算的交互式開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)。它為所有科學(xué)和工程領(lǐng)域內(nèi)物理過程的建模和仿真提供了一種嶄新的技術(shù)！COMSOL Multiphysics的多物理場(chǎng)問題一次輕松解決，讓您一次就能輕松擁有超強(qiáng)功能、超低價(jià)格的CAE軟件。 特殊選購(gòu)專業(yè)模塊：· 結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊 (Structural Mechanics Module) · 化學(xué)工程模塊 ( Chemical Engineerin

2、g Module) · 熱傳遞模塊 ( Heat Transfer Module) · AC/DC模塊( AC/DC Module) · 射頻模塊（RF Module） · 微機(jī)電模塊 ( MEMS Module) · 地球科學(xué)模塊（Earth Science Module） · 聲學(xué)模塊 (Acoustics Module) · CAD導(dǎo)入模塊( CAD Import Module) · 二次開發(fā)模塊( COMSOL ScriptTM) · 最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室(Optimization LAB) ·

3、 反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)室( COMSOL Reaction Engineering LAB)COMSOL Multiphysics是專為描述和模擬各種物理現(xiàn)象而開發(fā)的基于有限元分析的軟件包，它使得建立各種物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算變得更為容易和可能。在使用COMSOL Multiphysics軟件的過程中，您可以自己建立普通的偏微分方程形式，也可以使用COMSOL Multiphysics提供的特定的物理應(yīng)用模型。這些特定的物理應(yīng)用模型包括預(yù)先設(shè)定好的模塊和在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)通過微分方程和變量建立起來(lái)的用戶界面。此外，COMSOL Multiphysics軟件通過把任意數(shù)目的這種物理應(yīng)

4、用模塊整合成對(duì)一個(gè)單一問題的描述，使得建立耦合問題變得更為容易。模型庫(kù)是整個(gè)COMSOL Multiphysics軟件包的最特色部分，它囊括了各種工程領(lǐng)域內(nèi)的所有模型。每一個(gè)模型都包含了非常完善的相關(guān)文檔如工程技術(shù)背景、結(jié)果討論和一步一步建立模型的每個(gè)過程描述。由于這些模型文件都已經(jīng)包括了網(wǎng)格劃分和運(yùn)行計(jì)算的信息，所以您可以自己打開這些文件并試著進(jìn)行相應(yīng)的各種后處理操作和顯示。另外，您可以應(yīng)用、擴(kuò)充或者修改這些工程模型使它們符合您的個(gè)人需求。因此，進(jìn)入這些模型庫(kù)就給您提供了建立自己模型的基礎(chǔ)和起點(diǎn)。而事實(shí)上，這些模型庫(kù)也會(huì)給您建立自己的模型提供寶貴的參考。能夠獨(dú)立于MATLAB運(yùn)算的COMSO

5、L Multiphysics軟件系統(tǒng)為進(jìn)一步改進(jìn)軟件提供了一個(gè)很好的基礎(chǔ)和平臺(tái)。COMSOL Multiphysics提供了與市場(chǎng)上主流的CAD軟件進(jìn)行接口的直接界面。在已有的三角形、四面體網(wǎng)格劃分模型基礎(chǔ)上，又新增加了四邊形、六面體和棱柱體網(wǎng)格模型。為了更好地進(jìn)行自動(dòng)求解運(yùn)算，COMSOL Multiphysics還提供了強(qiáng)大的運(yùn)算求解能力。COMSOL Multiphysics軟件系統(tǒng)具備了在Linux、Solaris和HP-UX等系統(tǒng)下的64位處理能力，尤其是可以在AMD64/Linux平臺(tái)上進(jìn)行64位計(jì)算。在一個(gè)系統(tǒng)上加入64位處理能力意味著COMSOL Multiphysics所能處

6、理問題的規(guī)模比原來(lái)提高了至少10到100倍。· 通過COMSOL Multiphysics的多物理場(chǎng)功能，您可以選擇不同的模塊，同時(shí)模擬任意物理場(chǎng)組合進(jìn)行耦合分析； · 通過使用相應(yīng)模塊直接定義物理參數(shù)創(chuàng)建模型； · 使用基于偏微分方程的模型可以自由定義用戶自己的方程；COMSOL Multiphysics 的特點(diǎn)在于:可以針對(duì)超大型的工程問題進(jìn)行高效的求解并快速產(chǎn)生精確的結(jié)果。通過簡(jiǎn)便的圖形用戶界面，用戶可以選擇不同的方式來(lái)描述他們的問題。COMSOL Multiphysics 軟件一個(gè)特殊的功能在于它的偏微分方程建模求解，這也正是它為何可以連接并求解任意物理場(chǎng)

7、耦合方程的原因。所有上述特征和許多其它的特征使得COMSOL Multiphysics 對(duì)于科學(xué)研究、產(chǎn)品開發(fā)和教學(xué)成為一個(gè)強(qiáng)大的建模求解環(huán)境。1、COMSOL Multiphysics應(yīng)用領(lǐng)域：聲學(xué)；生物科學(xué)；化學(xué)反應(yīng)；彌散；電磁學(xué)；流體動(dòng)力學(xué)；燃料電池；地球科學(xué)；熱傳導(dǎo)；微電機(jī)系統(tǒng)；微波工程；光學(xué)；光子學(xué)；多孔介質(zhì)；量子力學(xué)；無(wú)線電頻率部件；半導(dǎo)體設(shè)備；結(jié)構(gòu)力學(xué)；傳動(dòng)現(xiàn)象；波的傳播等。2、COMSOL Multiphysics應(yīng)用模塊：用戶可以自己通過建立幾何模型進(jìn)行建模，決定采用何種方程并把它們輸入到軟件當(dāng)中去，但是通常這些都不是必須的。COMSOL Multiphysics軟件核心包中

8、集成了大量的物理模型，它們都是針對(duì)不同的物理領(lǐng)域，主要有：· 聲學(xué) · 集中彌散 · 熱傳導(dǎo) · AC-DC電磁場(chǎng) · 靜電場(chǎng) · 靜磁場(chǎng) · 不可壓縮流體 · 結(jié)構(gòu)力學(xué) · Helmholtz方程 · Schrödinger方程 · 波動(dòng)方程 · 廣義偏微分方程當(dāng)您在COMSOL Multiphysics用戶界面中激活任意一個(gè)模型庫(kù)時(shí)，您所需做的只是建立幾何模型，提供必要的參數(shù)。您也可以針對(duì)您所有的幾何模型，或者是部分模型而有選擇地激活模型庫(kù)或者方程。3、COMS

9、OL Multiphysics模型庫(kù)如上所述，應(yīng)用模型都是針對(duì)單一物理場(chǎng)的模型。但在實(shí)際問題中，往往包含了多種物理場(chǎng)的疊加或耦合。為了幫助您理解怎樣使用COMSOL Multiphysics軟件求解多物理場(chǎng)耦合問題，以及如何從創(chuàng)立自己的模型開始入手，COMSOL Multiphysics標(biāo)準(zhǔn)版用戶可以獲得一張包含上百個(gè)演示實(shí)例的光盤。這些模型都非常具體而且使用便捷，按照分類主要如下：· 聲學(xué) · 化學(xué)工程 · 電磁學(xué) · 基于方程模型 · 流體動(dòng)力 · 地球科學(xué) · 熱傳遞 · 跨專業(yè)模型 · 多物理場(chǎng)

10、· 量子力學(xué) · 半導(dǎo)體設(shè)備 · 結(jié)構(gòu)力學(xué) · 波的傳播另外，在結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊、電磁場(chǎng)模塊、化學(xué)工程模塊、熱傳模塊、MEMS模塊和地球物理模塊中都分別包含了它們各自領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)模型庫(kù)。4、COMSOL Multiphysics 在科研方面：定義和耦合任意數(shù)量偏微分方程的能力使得COMSOL Multiphysics成為一個(gè)強(qiáng)大的分析工具。其靈活性和基于方程的建模方式可以幫助用戶深入在MEMS、納米技術(shù)、燃料電池、光子學(xué)、生物工程和許多其它領(lǐng)域內(nèi)的研究。5、COMSOL Multiphysics在設(shè)計(jì)開發(fā)方面：COMSOL Multiphysics軟件提供了

11、一個(gè)快速、便捷的建模環(huán)境，這對(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)完全適用。通過基于Java開發(fā)的界面環(huán)境，您可以快速的建模并通過改變參數(shù)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。程序的開放式結(jié)構(gòu)和與MATLAB的集成對(duì)系統(tǒng)地進(jìn)行模擬和分析提供了一個(gè)完美的環(huán)境。6、COMSOL Multiphysics在教育方面COMSOL Multiphysics模型模擬和顯示了所有物理和工程領(lǐng)域的應(yīng)用。使用它的基于方程建模途徑，用戶可以很容易地得到偏微分方程的詳細(xì)解答。軟件包的靈活性和易用性使COMSOL Multiphysics軟件成為一個(gè)有效的教學(xué)工具。使用COMSOL Multiphysics軟件可以大量地縮短在學(xué)習(xí)建模過程中所花費(fèi)的時(shí)間，這樣可以讓老

12、師和學(xué)生將更多的精力放在應(yīng)用分析和結(jié)果分析上。7、使用COMSOL Multiphysics通過COMSOL Multiphysics的交互建模環(huán)境，您可以從開始建立模型一直到分析結(jié)束，而不需要借助任何其它軟件；COMSOL Multiphysics的集成工具可以確保您有效地進(jìn)行建模過程的每一步驟。通過便捷的圖形環(huán)境，COMSOL Multiphysics使得在不同步驟之間（如建立幾何模型、設(shè)定物理參數(shù)、劃分網(wǎng)格、求解以及后處理）進(jìn)行轉(zhuǎn)換相當(dāng)方便，即使您改變幾何模型尺寸，模型仍然保留邊界條件和約束方程。典型的建模過程包括如下步驟：7.1. 建立幾何模型：COMSOL Multiphy

13、sics軟件提供了強(qiáng)大的CAD工具用于創(chuàng)建一維、二維和三維幾何實(shí)體模型。通過工作平面創(chuàng)立二維的幾何輪廓，并使用旋轉(zhuǎn)、拉伸等功能生成三維實(shí)體。您也可以直接使用基本幾何形狀（圓、矩形、塊和球體）創(chuàng)立幾何模型，然后使用布爾操作形成復(fù)雜的實(shí)體形狀。您可以在COMSOL Multiphysics軟件中引入其它軟件創(chuàng)建的模型。COMSOL Multiphysics軟件的模型導(dǎo)入和修補(bǔ)功能可以支持DXF格式（用于二維）和IGES格式（用于三維）的文件。也可以導(dǎo)入二維的JPG、TIF和BMP文件并把它們轉(zhuǎn)化成為COMSOL Multiphysics的幾何模型，對(duì)于三維結(jié)構(gòu)也同樣如此，甚至可以支持三維MRI（磁

14、共振數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)。7.2. 定義物理參數(shù)：雖然使用常規(guī)的建模方式完全可以建立出模型，但是COMSOL Multiphysics軟件可以使您的工作更加輕松方便。定義模型的物理參數(shù)只需要在預(yù)處理軟件中對(duì)變量進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，例如Navier-Stokes方程中的黏度和密度參數(shù)，以及電磁場(chǎng)中的傳導(dǎo)率和介電常數(shù)等。參數(shù)可以是各向同性、各向異性的，可以是模型變量、空間坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)。7.3. 劃分有限元網(wǎng)格：COMSOL Multiphysics網(wǎng)格生成器可以劃分三角形和四面體的網(wǎng)格單元。自適應(yīng)為網(wǎng)格劃分可以自動(dòng)提高網(wǎng)格質(zhì)量。另外，您也可以人工參與網(wǎng)格的生成從而達(dá)到更精確的結(jié)果。7.4. 求解：COMSO

15、L Multiphysics的求解器是基于C+程序采用最新的數(shù)值計(jì)算技術(shù)編寫而成，其中包括最新的直接求解和迭代求解方法、多極前處理器、高效的時(shí)間步運(yùn)算法則和本征模型。7.5. 可視化后處理器：COMSOL MULTIPHYSICS提供了廣泛的可視化能力，主要如下:· 所有場(chǎng)變量和其它特殊應(yīng)用參數(shù)的人工交互式圖形處理； · 一些求解運(yùn)算參數(shù)在求解過程中的在線圖形顯示； · 使用OpenGL硬件加速的高效圖形處理； · 使用AVI和QuickTime文件進(jìn)行動(dòng)畫模擬； · 邊界和子域的集成； · 橫截面和部分模型的圖形結(jié)果處理。7.6.

16、拓?fù)鋬?yōu)化和參數(shù)化分析：很多情況下，模型的分析都包括參數(shù)的分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、迭代設(shè)計(jì)和一個(gè)系統(tǒng)中幾個(gè)部分結(jié)構(gòu)之間連接的自動(dòng)控制。在COMSOL MULTIPHYSICS中參數(shù)化求解器提供了一個(gè)進(jìn)行檢測(cè)一系列變量參數(shù)的有效方式。典型的變量參數(shù)如代表材料性質(zhì)、頻率或反應(yīng)率的參數(shù)等。您也可以將COMSOL MULTIPHYSICS模型存成“.M”文件格式，將其作為MATLAB的腳本文件進(jìn)行調(diào)用，然后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)或后處理。COMSOL MULTIPHYSICS中多物理場(chǎng)功能可以使您將不同的物理現(xiàn)象自由的耦合在一起進(jìn)行計(jì)算。上圖是一個(gè)微電機(jī)開關(guān)處于準(zhǔn)靜態(tài)電場(chǎng)和結(jié)構(gòu)力學(xué)場(chǎng)耦合作用下的模型。在結(jié)果中可以看出，電

17、場(chǎng)產(chǎn)生了力的作用并使懸臂梁彎曲。8、無(wú)限制的多重物理量耦合分析除了可以進(jìn)行單一類型的計(jì)算分析外，COMSOL Multiphysics還提供了一個(gè)多物理場(chǎng)模塊和簡(jiǎn)便的環(huán)境進(jìn)行多重物理量耦合分析。8.1. 結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊：為了提供給結(jié)構(gòu)工程師一個(gè)熟悉而有效的環(huán)境，開發(fā)了結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊。它的圖形用戶界面基于結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域慣用的符號(hào)和約定，適用于廣闊應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究：大到加工工業(yè)中大型油罐的設(shè)計(jì)，小至MEMS（微電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)。 在結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域有限元分析有著悠久的應(yīng)用歷史，在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)積累了大量的知識(shí)和理論。使用這些資源可以提供給客戶很多分析：從簡(jiǎn)單的梁和殼單元到先進(jìn)材料模型的分析

18、，如在MEMS中應(yīng)用的壓電材料和電彈性材料等。在結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊中，除了簡(jiǎn)單便捷的界面處理，用戶可以完全利用COMSOL Multiphysics中無(wú)限制多物理場(chǎng)和基于偏微分方程的表達(dá)式進(jìn)行分析，因此可以隨意地將結(jié)構(gòu)力學(xué)分析與其它物理現(xiàn)象如電磁場(chǎng)、流場(chǎng)和熱傳導(dǎo)等耦合起來(lái)進(jìn)行分析。 圖為一個(gè)活塞頂燃燒氣體溫度的瞬態(tài)增加導(dǎo)致了熱應(yīng)力的產(chǎn)生，這種熱應(yīng)力比相應(yīng)穩(wěn)態(tài)下的熱應(yīng)力要高很多。此分析模型中的楊氏模量為溫度的函數(shù)。分析類型：結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊標(biāo)志著在COMSOL Multiphysics中保留同樣強(qiáng)大的功能和簡(jiǎn)便的用戶界面的同時(shí)，為結(jié)構(gòu)固體力學(xué)分析專門提煉出了一個(gè)模塊。它為所有結(jié)構(gòu)工程中的普遍分析

19、提供了便捷的界面處理，并為COMSOL Multiphysics中其它如聲場(chǎng)、熱傳導(dǎo)、流體力學(xué)等分析提供了更容易處理的耦合分析。此模塊分為如下幾個(gè)研究領(lǐng)域：二維應(yīng)用：· 平面應(yīng)力； · 平面應(yīng)變； · 后板分析； · 軸對(duì)稱； · 歐拉梁； 三維分析：· 固體； · 歐拉梁； · 殼體；在所有這些分析中，用戶可以直接輸入材料性質(zhì)，也可以通過內(nèi)嵌材料庫(kù)方便快捷地調(diào)用它們。同時(shí)，定義正交各向異性和完全各向異性材料性質(zhì)也是相當(dāng)方便的。材料的性質(zhì)可以是任意空間、時(shí)間或者其它變量的函數(shù)。能夠被組合分析的結(jié)構(gòu)力學(xué)應(yīng)用

20、列表如下：· 靜力分析； · 準(zhǔn)靜態(tài)瞬態(tài)分析； · 動(dòng)態(tài)分析； · 特征頻率分析； · 頻率響應(yīng)分析； · 線性屈曲分析； · 彈塑性行為； · 大變形分析； · 參數(shù)研究。除上述所列之外，COMSOL Multiphysics中的結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊還可以允許使用無(wú)限制的多物理場(chǎng)耦合分析，例如壓電材料、熱應(yīng)力和流固耦合等。此模塊也可以考慮模型的預(yù)應(yīng)力和殘余熱應(yīng)力。結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊的新特征· 塑性和非線性材料模型 · 正交各向異性和完全各向異性材料 · 粘彈性、粘塑性和類橡膠材料的大變形

21、分析 · 不同材料的局部坐標(biāo)系統(tǒng) · 考慮模型初始應(yīng)力和應(yīng)變的模型 · 多物理場(chǎng)中塑性求解運(yùn)算和非線性材料模型8.2. 熱傳模塊：COMSOL Multiphysics的熱傳模塊能解決的問題包括傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流的任意組合。建模界面的種類包括面面輻射、非等溫流動(dòng)、活性組織內(nèi)的熱傳導(dǎo)、以及薄層和殼中的熱傳導(dǎo)等。詳細(xì)的模型將從應(yīng)用領(lǐng)域中給出一些實(shí)例，例如電子冷卻和動(dòng)力系統(tǒng)、熱處理和加工、醫(yī)療技術(shù)和生物工程。在電阻器上產(chǎn)生的熱能會(huì)轉(zhuǎn)變成回路板和焊接點(diǎn)上的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。COMSOL MULTIPHYSICS能夠在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析中，將溫度場(chǎng)和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析完全地

22、耦合起來(lái)。熱傳遞模塊在很大程度上擴(kuò)展了COMSOL Multiphysics核心軟件包中基本熱傳導(dǎo)的分析功能。一個(gè)主要的改進(jìn)是面面輻射的建模界面，這是COMSOL Multiphysics中的新增功能，對(duì)此模塊來(lái)說也是獨(dú)一無(wú)二的。 此外，對(duì)于通過傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射的熱傳遞過程，我們所建立的模型界面將使定義復(fù)雜的熱傳遞問題更加容易。舉例來(lái)說，此模塊支持針對(duì)一般的熱傳遞、薄殼和層中的熱傳遞、非等溫流動(dòng)，以及活性組織內(nèi)的熱傳遞等的建模界面。熱傳遞模塊也實(shí)現(xiàn)了COMSOL MULTIPHYSICS軟件的完全多物理場(chǎng)耦合分析功能，這使得將熱傳遞和其它的領(lǐng)域如流體力學(xué)、固體力學(xué)或者電磁領(lǐng)域等耦合起來(lái)進(jìn)行分析

23、成為可能。熱傳模塊的一個(gè)重要特征是它的模型庫(kù)，模型庫(kù)分成了三個(gè)部分：電子工業(yè)中的熱分析；熱處理和熱加工；醫(yī)療技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)。這些使用方便的模型囊括了幾乎所有復(fù)雜的問題，并配備有詳細(xì)的使用向?qū)Ш驼f明。熱傳遞模塊的新特征· 基于放射原理的面面輻射 · 對(duì)于自然對(duì)流和熱膨脹的非等溫流動(dòng) · 有任意流速的流動(dòng)邊界條件以描述風(fēng)扇的運(yùn)作 · 帶有低和高傳導(dǎo)率的薄層和殼中的熱傳遞 · 對(duì)于組織與生熱現(xiàn)象之間相互作用的生物熱力學(xué)方程，如電磁場(chǎng)領(lǐng)域 · 熱傳遞過程的后處理 · 可以處理任意熱傳遞過程的高度靈活性和廣泛適用性 · 平面

24、外熱傳遞邊界條件 · 各向異性熱傳導(dǎo)率 · 從電子、熱處理和加工過程中的熱分析領(lǐng)域到醫(yī)療技術(shù)和生物工程的20個(gè)精簡(jiǎn)模型 · COMSOL Multiphysics中的所有功能，尤其是其中無(wú)限制的多物理場(chǎng)耦合功能 8.3. AC/DC 模塊：AC/DC 模塊使得模擬電容、感應(yīng)器、電動(dòng)機(jī)和微傳感器成為可能。雖然這些設(shè)備的主要物理特征為電磁場(chǎng)，但是他們有時(shí)也會(huì)受到其它類型物理場(chǎng)的影響。例如，溫度的影響有時(shí)能夠改變材料的電學(xué)性質(zhì)，因此在設(shè)計(jì)過程中需要充分了解發(fā)電機(jī)內(nèi)電動(dòng)機(jī)械的變形和振動(dòng)規(guī)律。AC/DC 模塊的功能囊括了靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)、準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)以及與其它物理場(chǎng)的無(wú)限制耦

25、合。當(dāng)考慮電子元件作為大型系統(tǒng)的一個(gè)部件時(shí)，AC/DC 模塊提供了一個(gè)可以從電路元件列表中進(jìn)行選擇的界面，以便用戶可以選擇需要的電路元件進(jìn)行后續(xù)的二維、三維有限元模擬。然后，通過運(yùn)行單獨(dú)的集總和高清晰混合系統(tǒng)的模擬進(jìn)行分析。就像光學(xué)透鏡能否聚光一樣，電透鏡和磁透鏡能夠用來(lái)聚集電荷粒子的傳送。離子的粒子追蹤技術(shù)被用來(lái)檢測(cè)電極的聚焦作用8.4.RF模塊:對(duì)于RF、微波和光學(xué)工程的模擬，通常需要分級(jí)求解較大規(guī)模的傳輸設(shè)備。RF模塊則提供了這樣的工具，包括功能強(qiáng)大的層匹配技術(shù)和最佳求解器的選擇。因此，您可以輕松地模擬天線、波導(dǎo)、微波以及光學(xué)元件。RF模塊提供了高級(jí)的后處理工具，如S-參數(shù)計(jì)算和遠(yuǎn)場(chǎng)分析

26、等，這使得COMSOL的模擬分析能力得以進(jìn)一步完善。此外與COMSOL卓越的多物理場(chǎng)耦合功能相聯(lián)合，您可以得到電磁波行業(yè)多物理場(chǎng)分析的最佳解決方案。模型方程庫(kù)：· 平面波傳播 · 軸對(duì)稱波傳播 · 全3D矢量波傳播 · 2D和3D中的全矢量模式分析 · 預(yù)定義微波傳熱應(yīng)用模式 · COMDOL Multiphysics特色關(guān)鍵特征：· 磁滯分析 · 掃頻分析 · 遠(yuǎn)場(chǎng)分析 · S-參量計(jì)算 · 散射場(chǎng)方程 · 分析高階矢量單元 · 電磁波完美匹配層 · 吸

27、收邊界和損耗材料的本征頻率分析 · 對(duì)所有類型電磁場(chǎng)中任意形狀的波形與非線性材料進(jìn)行2D 和 3D仿真。將一束YAG(l = 1.06 ìm)激光脈沖光束聚焦在一塊非線性晶體內(nèi)，使得光束的束腰位于晶體內(nèi)。這束光在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)(22 飛秒, 61飛秒, 90飛秒)的不穩(wěn)定波傳播圖像如圖所示8.5.地球科學(xué)模塊：COMSOL Multiphysics的地球科學(xué)模塊包含了大量針對(duì)地下水流的簡(jiǎn)易模型界面。這些界面允許快速、便捷地使用描述多孔介質(zhì)流體的Richards方程、Darcy定律、Darcy定律的Brinkman擴(kuò)展，以及自由流體中的Navier-Stokes方程。此外，該模塊

28、還處理了多孔介質(zhì)中的熱量傳輸和溶質(zhì)反應(yīng)，模型庫(kù)中幾乎囊括了從多孔介質(zhì)中油和氣體的流動(dòng)到地下水流中的分布。地球科學(xué)模塊使得COMSOL Multiphysics可以解決地球物理和環(huán)境科學(xué)中的一些問題。無(wú)論怎樣，基礎(chǔ)的物理科學(xué)提高了我們對(duì)重要資源的使用，影響了環(huán)境的變化，改變了地貌形狀。地球物理學(xué)的分析領(lǐng)域幾乎包括了所有的范圍。COMSOL Multiphysics提供了預(yù)設(shè)的物理模型，這允許您將您自己的控制方程和自由表達(dá)式寫入模型的性質(zhì)中去。因此，在有限元分析中，解決地球科學(xué)所面臨的簡(jiǎn)單或者復(fù)雜問題，使用COMSOL Multiphysics將它們耦合起來(lái)進(jìn)行分析是非常方便簡(jiǎn)捷的。物理特性：&#

29、183; 在多結(jié)構(gòu)介質(zhì)中的熱傳導(dǎo)，其中等溫線為一個(gè)放射性熱源 · 熱傳導(dǎo)和對(duì)流方式的熱傳遞能夠通過小規(guī)模的速度改變描述熱量的擴(kuò)散 · Richards方程表達(dá)了變飽和多孔介質(zhì)中的流動(dòng)，包括針對(duì)壓力、壓力水頭和液壓壓頭的分析 · Darcy準(zhǔn)則包含了飽和孔隙介質(zhì)中由于壓力梯度和重力勢(shì)能引起的緩流分析 · Brinkman方程描述了孔隙介質(zhì)中的快速流動(dòng)流體分析（速度足夠快，以至于由于剪切作用引起的能量耗散不能忽略）地球科學(xué)模塊建立了很多基礎(chǔ)物理顯示方程式用于地質(zhì)上的研究，并囊括了廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的很多實(shí)例模型。在模塊中的應(yīng)用模型包括自由表面流動(dòng)、多孔介質(zhì)中的流體

30、流動(dòng)、熱傳遞和化學(xué)轉(zhuǎn)換等問題。模塊中方程的建立在COMSOL Multiphysics中是特殊的，以描述固體、流體、流-固系統(tǒng)的復(fù)雜性。模型庫(kù)中包含了一些常規(guī)和創(chuàng)新分析的案例，并有詳細(xì)的分布講解幫助資料。其中許多例子都是驗(yàn)證其它程序的benchmark案例。專家?guī)熘羞€包含了一系列多孔介質(zhì)中微尺度的流動(dòng)分析（在固體的岔路點(diǎn)縫隙之間使用Navier-Stokes方程）。對(duì)于多孔彈性分析和電磁方程分析的固體變形中，模型可以連接到外部的物理特征。地球科學(xué)模塊的新特征· 對(duì)于非均勻材料系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)和對(duì)流問題，可計(jì)算有效性質(zhì)的材料表格 · 作為放射性熱源刻畫等溫線的界面 ·

31、可以添加熱量耗散的選項(xiàng)，其結(jié)果來(lái)自于孔內(nèi)的流速和固體岔路的流體分叉 · 對(duì)于開放式系統(tǒng)和多孔介質(zhì)中流體流動(dòng)的分析 · 對(duì)于不同飽和程度的多孔介質(zhì)，使用已知的分析公式，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差值，并輸入任意表達(dá)式，以估測(cè)非線性的保持力和滲透性 · 對(duì)于可流動(dòng)和不可流動(dòng)區(qū)域介質(zhì)內(nèi)流體建模的輔助系數(shù)，例如化學(xué)傳輸性質(zhì)的邊-邊輸入 · 從計(jì)算結(jié)果中評(píng)估溶質(zhì)的運(yùn)動(dòng) · 可預(yù)定以水動(dòng)力耗散張量 · 描述流量邊界條件 · 在點(diǎn)和邊上設(shè)定時(shí)間控制的約束條件和流量 · 從環(huán)境流體分析到石油工程，研究領(lǐng)域的案例模型 · 在COMSO

32、L Multiphysics中問題的函數(shù)化，包括非限制的多物理場(chǎng)耦合，控制方程和定義材料屬性的表達(dá)式。8.6.Acoustics Module 聲學(xué)模塊聲學(xué)模塊主要用于分析那些產(chǎn)生、測(cè)量和利用聲波的設(shè)備和儀器。聲學(xué)模塊中不但無(wú)縫耦合聲學(xué)相關(guān)的行為，而且與COMSOL其它物理現(xiàn)象也可進(jìn)行直接耦合，如結(jié)構(gòu)力學(xué)和流體流動(dòng)。 應(yīng)用領(lǐng)域：· 結(jié)構(gòu)振動(dòng) · 空氣聲學(xué) · 聲壓測(cè)量 · 阻尼分析主要特征： · 固體，靜態(tài)流體中聲波的傳播過程模擬 · 運(yùn)動(dòng)物理場(chǎng)中的空氣聲學(xué)模擬 · 阻尼模型流體阻尼，Delaney-Bazley 模型固體阻

33、尼，雷利阻尼 · 固體和流體中聲壓的完美匹配層法 · 自動(dòng)遠(yuǎn)場(chǎng)后處理 · 全新模型庫(kù)測(cè)試汽車車廂內(nèi)聲波的特征模態(tài)8.7.化學(xué)工程模塊：化學(xué)工程模塊主要用于模擬分析：· 反應(yīng)堆； · 過濾和分離器； · 熱交換器； · 其它化學(xué)工業(yè)中的常見設(shè)備。此模塊主要處理化學(xué)工程師們經(jīng)常注意的流體流動(dòng)、擴(kuò)散、反應(yīng)過程的耦合場(chǎng)以及熱傳導(dǎo)耦合場(chǎng)等問題。這個(gè)模塊可以通過使用圖形建模方式或者基于方程的建模方式，來(lái)滿足化學(xué)反應(yīng)工程和傳熱現(xiàn)象的建模工作。靜態(tài)攪拌器中刀片周圍的濃度和壓力場(chǎng)可以提供相當(dāng)多的信息。上圖中的模型將流體流動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡和兩種混合物

34、的材料平衡耦合在一起，通過沿著流體軌跡混合物橫截面上的離心計(jì)算，給出了對(duì)攪拌效率的模擬結(jié)果。在COMSOL Multiphysics中化學(xué)工程模塊分為以下幾種應(yīng)用部分：· 動(dòng)量平衡； · 流體流動(dòng)的Navier-Stokes方程； · 多孔介質(zhì)流動(dòng)的Darcy定理； · 對(duì)于多孔介質(zhì)流動(dòng)和粘體動(dòng)量傳遞Darcy定理的Brinkman的擴(kuò)展； · 非牛頓流動(dòng)； · 非等溫流動(dòng)；化學(xué)工程模塊的新特征：· Maxwell-Stefan模型對(duì)于濃縮液流動(dòng)過程的建模； · Nernst-Planck模型對(duì)于電化學(xué)和動(dòng)電學(xué)流動(dòng)

35、上的應(yīng)用； · 理想氣體非等溫流動(dòng)的應(yīng)用模型； · 多孔介質(zhì)（包括非定常密度流體）流動(dòng)的擴(kuò)展應(yīng)用模型； · 流體動(dòng)力模型表面總反力變量的后處理； · 各種應(yīng)用模型的材料庫(kù)； · 多物理場(chǎng)中的k-epsilon應(yīng)用模型以及快速收斂。8.8.微機(jī)電模塊：COMSOL Multiphysics的微機(jī)電模塊（MEMS）包含了從微觀流體學(xué)、電磁-結(jié)構(gòu)、溫度結(jié)構(gòu)和流體-結(jié)構(gòu)的相互耦合的預(yù)設(shè)分析功能。附屬的模型庫(kù)中含有詳細(xì)的案例以說明怎樣建立微機(jī)電力學(xué)模型，如激勵(lì)器，傳感器和微觀流體設(shè)備等。模型通過處理一些帶有移動(dòng)邊界條件，固體部件的大變形問題。此模型研究了

36、一個(gè)微反射鏡上施加預(yù)應(yīng)力后的變形情況。通過使用不同的多層材料進(jìn)行模擬。COMSOL Multiphysics的微機(jī)電系統(tǒng)模塊（MEMS）以解決微機(jī)電研究和開發(fā)過程中的建模問題。模型處理的主要問題是電動(dòng)機(jī)械耦合、溫度-機(jī)械耦合、流體結(jié)構(gòu)耦合和微觀流體系統(tǒng)問題。模型庫(kù)中的案例主要分為三大類：覆蓋了傳感器、激勵(lì)器，微觀流體部件和設(shè)備領(lǐng)域。由于幾乎所有的MEMS應(yīng)用問題都需要多物理場(chǎng)建模功能。在MEMS模塊中建立了一系列的模型用來(lái)說明MEMS設(shè)備運(yùn)行的基本物理現(xiàn)象，以及闡述設(shè)計(jì)和分析這些設(shè)備的基本技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，模型中包含了電彈性學(xué)、熱彈性學(xué)、微觀流體力學(xué)以及流-固耦合問題的組合。它們處理非常

37、棘手，但又是必須要解決的問題，如移動(dòng)邊界問題和擠壓膜阻尼問題等。COMSOL Multiphysics的微機(jī)電系統(tǒng)模塊為靜電學(xué)、應(yīng)力和應(yīng)變、壓電學(xué)以及動(dòng)電學(xué)上的一些特殊問題提供了簡(jiǎn)單方便的用戶界面。我們相信這個(gè)模塊會(huì)為您在MEMS設(shè)計(jì)和研究中的建模問題提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)的解決方案。微機(jī)電模塊分析類型：在MEMS模塊中，用戶可以對(duì)一系列的物理現(xiàn)象進(jìn)行研究，包括耦合問題分析。一些可能的MEMS分析案例如下：· 電動(dòng)機(jī)械 o 帶有ALE分析（任意Lagrangian-Eulerian）的移動(dòng)邊界問題 o 帶有ALE分析的電容計(jì)算· 熱機(jī)械 o 殘余應(yīng)力 o 應(yīng)力硬化 o 屈曲 o 熱膨

38、脹激勵(lì)器 o 焦耳生熱· 流-固耦合 o 薄膜阻尼 o 帶有ALE 分析的移動(dòng)網(wǎng)格和邊界· 微觀流體 o 動(dòng)電流動(dòng)(擴(kuò)散，對(duì)流和傳導(dǎo)) o 電滲透流動(dòng) o 電泳/雙向電泳 o 熱電效應(yīng)MEMS模塊作為COMSOL Multiphysics軟件系統(tǒng)的一個(gè)專業(yè)模塊，為微機(jī)械系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)提供了一個(gè)多物理場(chǎng)建模環(huán)境。它的功能包括了所有MEMS設(shè)備中存在物理現(xiàn)象，以及通過用戶圖形界面可設(shè)計(jì)的壓電學(xué)、動(dòng)電流動(dòng)和平面應(yīng)力應(yīng)變問題的耦合問題求解。為了增加在基本COMSOL Multiphysics模塊中可使用的應(yīng)用模型，MEMS模塊增添了模擬MEMS設(shè)備特性的一些模型，具體如下：

39、83; 固體分析 · 平面應(yīng)力 · 平面應(yīng)變 · 壓電影響 · 動(dòng)電流動(dòng) · 靜電學(xué)在這些應(yīng)用模型中，用戶可以指定MEMS設(shè)計(jì)中所必需的物理和材料特性。對(duì)于定義正交各向異性和各向異性的材料特性也是非常容易的。用戶也可以定義材料性質(zhì)作為空間、時(shí)間或者場(chǎng)變量的任意函數(shù)。所有羅列的材料模型和應(yīng)用模型可以使得用戶在研究、開發(fā)設(shè)計(jì)、工程和教學(xué)中受到很大益處：· 進(jìn)行快速的可行性研究 · 優(yōu)化設(shè)計(jì) · 使用不同的設(shè)計(jì)和參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn) · 通過拓?fù)鋬?yōu)化減少成本 · 可視化結(jié)果后處理微機(jī)電模塊的新特征·

40、 MEMS特定的應(yīng)用模型（靜電學(xué)、應(yīng)力和應(yīng)變、壓電學(xué)以及動(dòng)電學(xué)） · 處理變形和移動(dòng)邊界問題的能力 · 大變形、殘余應(yīng)力和應(yīng)力硬化模型 · 壓電耦合問題 · 動(dòng)電學(xué)、電滲透和電泳流動(dòng)問題 · 焦耳加熱 · 表面?zhèn)鲗?dǎo) · 電動(dòng)機(jī)械、熱機(jī)械和流-固耦合 · 高質(zhì)量的網(wǎng)格 · COMSOL Multiphysics中的所有特征都包含對(duì)任意數(shù)量的線性、非線性和時(shí)間相關(guān)PDE方程耦合問題的同步求解8.9.COMSOL 反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)室COMSOL反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)室是對(duì)化學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真計(jì)算的一個(gè)革命性工具。用戶只需輸

41、入化學(xué)反應(yīng)方程式，質(zhì)量和能量平衡方程將會(huì)自動(dòng)建立。只要輸入化學(xué)反應(yīng)方程式，化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生。此外，已經(jīng)內(nèi)嵌好的表達(dá)式就可模擬系統(tǒng)中的熱力學(xué)和傳輸問題。質(zhì)量和能量平衡方程組成問題的控制方程，同時(shí)提供了一個(gè)可視化的結(jié)構(gòu)。COMSOL反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)室提供了真實(shí)再現(xiàn)化學(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)過程的絕好環(huán)境，您可以快捷地修改反應(yīng)系統(tǒng)，增、減反應(yīng)步、改變反應(yīng)速率，以及它們?cè)诶硐氲姆磻?yīng)模型中如何變化。您只要建立相關(guān)的動(dòng)力學(xué)模型，通過加入化工模塊的方程，在多物理場(chǎng)環(huán)境下就可以計(jì)算真實(shí)模型中的化學(xué)反應(yīng)。8.10.Optimization Lab  最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室為設(shè)置和求解最優(yōu)化問題提供了一

42、系列高級(jí)的二次開發(fā)函數(shù)命令。它是COMSOL二次開發(fā)工具重要的組成部分，它與其它開發(fā)實(shí)驗(yàn)室完全整合在一起，而且它對(duì)于優(yōu)化COMSOL多物理場(chǎng)模型也是十分有用的最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室包含了以下問題的最優(yōu)化求解功能：約束線性問題、二次方程式、非線性目標(biāo)函數(shù)，以及線性和非線性的最小二乘法問題。獨(dú)立的Nelder-Mead求解器增加了針對(duì)一些不常用變量函數(shù)的無(wú)約束最優(yōu)化功能對(duì)一個(gè)半導(dǎo)體的COMSOL多物理場(chǎng)生成模型的四個(gè)特征進(jìn)行優(yōu)化分析。COMSOL的二次開發(fā)工具控制整個(gè)半導(dǎo)體模型的求解過程和機(jī)制，并且通過調(diào)節(jié)模型參數(shù)識(shí)別進(jìn)行優(yōu)化求解。8.11.Signals&Systems Lab 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室信

43、號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室包含了上百個(gè)函數(shù)指令以支持如下分析功能：信號(hào)處理、系統(tǒng)模擬、系統(tǒng)識(shí)別、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、適應(yīng)性過濾、非穩(wěn)定的信號(hào)分析及統(tǒng)計(jì)學(xué)問題。三種獨(dú)立的圖形用戶界面（GUIs）使得對(duì)問題的分析和處理變得更為容易，處理的問題主要有：光譜的分析和可視化處理、概率密度函數(shù)、SISO/MIMO系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)相應(yīng)、ARMA時(shí)間數(shù)列分析、及線性時(shí)間不變量系統(tǒng)等。光譜的GUI工具主要應(yīng)用于光譜問題的分析，而TF的GUI工具則是應(yīng)用于時(shí)間不變量系統(tǒng)的模擬8.12.CAD Import Module  CAD導(dǎo)入模塊CAD-import 模塊可讀取更多的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CAD及網(wǎng)格格式，如: SolidWor

44、ks®, Solid Edge®, NX, 及NASTRAN®，可輸入已存在的CAD文檔或網(wǎng)格，幾何建立更快速且容易。CAD導(dǎo)入模塊基于Parasolid® 幾何內(nèi)核，并且包含ACIS®以支持SAT格式。除了支持原有的Parasolid和SAT格式之外，CAD導(dǎo)入模塊也支持通用的STEP和IGES文件格式。CAD導(dǎo)入模塊還可以通過可選的插件支持多種CAD格式，包括：Pro/ENGINEER®, CATIA® V5, CATIA® V4, VDA-FS, 以及Autodesk Inventor®。CAD導(dǎo)入

45、模塊的另一個(gè)亮點(diǎn)是COMSOL Multiphysics與SolidWorks® CAD 環(huán)境的實(shí)時(shí)同步。這個(gè)特性使得COMSOL Multiphysics 中的模型能夠隨SolidWorks 中的設(shè)計(jì)的變化而實(shí)時(shí)更新。ProductPrerequisitesFormatsFormat Native to CAD SoftwareCOMSOL Multiphysics STL (.stl), VRML (.wrl), DXF (2D) (.dxf), GDS (2D) (.gds) and NASTRAN CAD Import ModuleCOMSOL Multi

46、physicsSTEP (.stp), IGES (.igs), SAT (.sat) and Parasolid (.x_t)SolidWorks®, Solid Edge®, NXCATIA V4 Import ModuleCAD Import ModuleCATIA V4 (.model)CATIA® V4CATIA V5 Import ModuleCAD Import ModuleCATIA V5 (.catpart)CATIA® V5Inventor Import ModuleCAD Import ModuleInventor (.ipt)Au

47、todesk Inventor®Pro/E Import ModuleCAD Import ModulePro/E (.prt, .asm)Pro/ENGINEER®VDA-FS Import ModuleCAD Import ModuleVDA-FS (.vda) 8.13.COMSOL二次開發(fā)工具COMSOL Script二次開發(fā)工具命令行建模、技術(shù)處理和圖形用戶界面設(shè)計(jì)。COMSOL Script 二次開發(fā)工具可作為一種單獨(dú)的技術(shù)編程語(yǔ)言，并可作為對(duì)COMSOL Multiphysics建模的理想補(bǔ)充。通過600多種命令，它可提供智能建模的一切功能：數(shù)據(jù)獲取

48、、矩陣計(jì)算、ODE求解、高級(jí)后處理和圖形功能，以及快速構(gòu)建魅力無(wú)窮的圖形用戶界面的能力。COMSOL 二次開發(fā)工具的M-files與COMSOL Multiphysics和MATLAB都是兼容的。這一特性為用戶的的數(shù)學(xué)建模和虛擬樣機(jī)項(xiàng)目帶來(lái)特別的方便。作為一個(gè)提高COMSOL Multiphysics已經(jīng)非常強(qiáng)大建模功能的附加工具，COMSOL Script允許用戶使用圖形用戶界面創(chuàng)建復(fù)雜的COMSOL Multiphysics模型，并將之存儲(chǔ)為M-file腳本文件。用戶可以編輯、擴(kuò)展以及執(zhí)行這些M-file腳本文件以優(yōu)化自己的解決方案，構(gòu)造或細(xì)化一個(gè)自定義的用戶界面，或者可以直接調(diào)整計(jì)算引擎

49、程序。COMSOL二次開發(fā)工具提供對(duì)每一個(gè) COMSOL Multiphysics命令行函數(shù)的訪問，以及對(duì)用于數(shù)值分析與可視化的500多種命令的訪問。此外， COMSOL二次開發(fā)工具具有高級(jí)命令的特征，以快速構(gòu)建適應(yīng)特殊要求的高級(jí)圖形用戶界面。比如，圖形用戶界面可以顯示模型參數(shù)的編輯區(qū)，這些參數(shù)在由用戶控制保持COMSOL Multiphysics效能的同時(shí)需要不斷變化。以這樣的方式利用腳本使得COMSOL二次開發(fā)工具在即用多物理應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)、面對(duì)那些并不需要訪問程序包提供的所有功能的用戶而設(shè)計(jì)的模型的建立、或者課堂演示等多方面中成為理想的工具。就其本身而言，COMSOL二次開發(fā)工具為嘗試性

50、建模和過程設(shè)計(jì)提供了許多方便。此程序包執(zhí)行基于矩陣的數(shù)值數(shù)學(xué)語(yǔ)言，用以在線性代數(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)及頻率分析的基礎(chǔ)上構(gòu)建應(yīng)用程序。此外，它基于java的Swing工具為結(jié)果的可視化以及用戶指定界面的構(gòu)建添加了最先進(jìn)的方式。通過這些解釋性語(yǔ)言，用戶可以利用多種命令迅速進(jìn)行試驗(yàn)，并立即將結(jié)果可視化，而不需要程序的編譯。不管是單獨(dú)使用COMSOL二次開發(fā)工具還是與COMSOL的其它產(chǎn)品一起使用，它都為用戶開辟了廣闊的數(shù)學(xué)建?？臻g。關(guān)鍵特征：· 通用的編程平臺(tái) o 解釋語(yǔ)言，無(wú)需編譯 o 多種矩陣類型：實(shí)型和復(fù)型，稀疏型和滿型，以及邏輯型 o 結(jié)構(gòu)，單元陣列，字符串 o 控制流程語(yǔ)句 o 函數(shù)，腳本及局部函數(shù) o 任意表達(dá)及函數(shù)評(píng)估 o 命令行調(diào)試程序 o 以開放式圖形庫(kù)加速的java界面 o 與MATLAB語(yǔ)言完全兼容· COMSOL Multiphysics命令行建模的界面 o 從命令行運(yùn)行所有的COMS