Caratteristiche e funzionalità del Model Builder

Il software COMSOL Multiphysics® include il Model Builder, che aiuta a passare dalla geometria ai risultati della simulazione in un flusso di lavoro facile da seguire. Indipendentemente dall'applicazione tecnologica o dai fenomeni fisici, l'interfaccia utente è sempre la stessa e il Model Builder sarà la vostra guida.

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Costruire geometrie e interfacciarsi con software CAD

Operazioni, sequenze e selezioni

Il pacchetto base COMSOL Multiphysics® fornisce strumenti di modellazione geometrica per la creazione di parti mediante oggetti solidi, superfici, curve e operazioni booleane. Le geometrie sono definite da sequenze di operazioni, in cui ogni operazione può ricevere parametri di input per semplici modifiche e studi parametrici in modelli multifisici. La connessione tra la definizione geometrica e le impostazioni fisiche definite è completamente associativa: una modifica della geometria propagherà automaticamente le modifiche correlate in tutte le impostazioni del modello associate.

Le entità geometriche come i domini accomunati dallo stesso materiale e le superfici possono essere raggruppati in selezioni per l'uso successivo nelle definizioni di fisica, mesh e post-processing. Inoltre, è possibile utilizzare una sequenza di operazioni per creare una geometria parametrizzata, incluse le sue selezioni, che può quindi essere memorizzata in una Part Library per essere riutilizzata in più modelli.

Importazione, riparazione, semplificazione e operazioni virtuali

L'importazione di tutti i file CAD ed ECAD standard in COMSOL Multiphysics® è supportata dal CAD Import Module e dall'ECAD Import Module, rispettivamente. Il Design Module estende ulteriormente le operazioni di geometria disponibili in COMSOL Multiphysics®. Sia il CAD Import Module che il Design Module offrono la possibilità di riparare e semplificare le geometrie. I modelli esportati con mesh di superficie, per esempio nel formato STL, possono anche essere importati e quindi convertiti in un oggetto geometrico dal pacchetto base COMSOL Multiphysics®. Le operazioni di importazione sono come qualsiasi altra operazione nella sequenza geometrica e possono essere utilizzate con selezioni e associatività per l'esecuzione di studi parametrici e di ottimizzazione.

In alternativa alle funzionalità di semplificazione e riparazione del software COMSOL®, vengono anche supportate le cosiddette operazioni virtuali per eliminare l'impatto degli artefatti sulla mesh, come le facce a spigolo e piccole, che non aumentano l'accuratezza della simulazione. Contrariamente alla semplificazione, le operazioni virtuali non cambiano la topologia o l'accuratezza della geometria, ma producono una mesh più pulita.

Visualizza una panoramica delle funzionalità di modellazione geometrica

  • Primitive
    • Blocco, sfera, cono, toroide, ellissoide, cilindro, elica, piramide, esaedro
    • Curva parametrica, superficie parametrica, poligono, poligono Bezier, curva di interpolazione, punto
  • Estrusione, rivoluzione, sweep, loft1
  • Operazioni booleane: unione, intersezione , differenza e partizione
  • Trasformazioni: array, copia, specchia, sposta, ruota e scala
  • Conversioni:
    • Converti in solido, superficie e curva
    • Midsurface1, thicken1, split
  • Smussi e raggi di raccordo2
  • Operazioni virtuali
    • Rimuovi dettagli
    • Ignora: vertici, lati e facce
    • Form composite: lati, facce, domini
    • Sopprimi: lati, facce
    • Unisci: vertici, lati
    • Controllo sulla mesh: vertici, lati, facce, domini
  • Modellazione ibrida con solidi, superfici, curve e punti
  • Piani di lavoro con modellazione 2D della geometria
  • Importazione CAD e interoperabilità con prodotti aggiuntivi CAD Import Module, Design Module e prodotti LiveLink™ per CAD
  • Riparazione e semplificazione geometrie con prodotti aggiuntivi CAD Import Module, Design Module e prodotti LiveLink™ per CAD
    • Cap faces
    • Elimina raggi di raccordo, lati corti, facce a spigolo, facce piccole, facce
    • Patch di facce, chiudi a solido, ripara

1 Richiede il Design Module

2 Le corrispondenti operazioni 3D richiedono il Design Module

Interfacce e funzionalità predefinite per la modellazione basata sulla fisica

Il software COMSOL® contiene interfacce fisiche predefinite per la modellazione di una vasta gamma di fenomeni fisici, compresi molti accoppiamenti multifisici comuni. Ogni interfaccia fisica fornisce impostazioni specifiche dedicate al campo scientifico o ingegneristico associato. Dopo la selezione, il software suggerisce i tipi di studio disponibili, come per esempio solutori dipendenti dal tempo o stazionari. Una volta scelto, vengono implementate la discretizzazione numerica appropriata del modello matematico, la sequenza del solutore e le impostazioni di visualizzazione e post-processing. Tutte le impostazioni sono, ovviamente, modificabili dall'utente.

La piattaforma COMSOL Multiphysics® è preimpostata con un ampio set di interfacce fisiche di base per campi come la meccanica solida, l'acustica, la fluidodinamica, il trasferimento di calore, il trasporto di specie chimiche e l'elettromagnetismo. Espandendo il pacchetto di base con moduli aggiuntivi dalla suite di prodotti COMSOL, si ottiene l'accesso a una gamma di interfacce utente più specializzate con capacità di modellazione adatte a specifici campi dell'ingegneria.

Visualizza una panoramica di funzionalità di modellazione fisica

Interfacce fisiche

  • Correnti elettriche
  • Elettrostatica
  • Trasferimento di calore in solidi e fluidi
  • Riscaldamento Joule
  • Flusso laminare
  • Pressione acustica
  • Meccanica dei solidi
  • Trasporto di specie diluite
  • Campi magnetici, 2D
  • I moduli specifici per le applicazioni contengono molte interfacce fisiche aggiuntive

Materiali

  • Materiali isotropi e anisotropi
  • Materiali discontinui
  • Materiali spazialmente variabili
  • Materiali variabili nel tempo
  • Proprietà dei materiali non lineari in funzione di qualsiasi quantità fisica

Trasparenza e flessibilità attraverso equation-based modeling

Per essere davvero utile per studi scientifici e di ingegneria e all'innovazione, un software deve offrire molto più di un semplice ambiente cablato. Dovrebbe essere possibile fornire e personalizzare le proprie definizioni del modello basate su equazioni matematiche direttamente nell'interfaccia utente. Il software COMSOL Multiphysics® offre questo livello di flessibilità grazie al suo interprete di equazioni incorporato che può comprendere facilmente espressioni, equazioni e altre descrizioni matematiche prima di generare il modello numerico. Aggiungere e personalizzare le espressioni nelle interfacce fisiche consente di accoppiarle liberamente tra loro per simulare fenomeni multifisici.

Le funzionalità per la personalizzazione vanno anche oltre. Con il Physics Builder, potete utilizzare anche le vostre equazioni per creare nuove interfacce fisiche, così da avere un facile accesso e una gestione più efficace quando vorrete usarle in modelli futuri o condividerle con i colleghi.

Visualizza l'elenco delle funzionalità di equation-based modeling

  • Equazioni alle derivate parziali (PDE)
  • PDE nella forma debole
  • Metodi arbitrari Lagrangiani-Euleriani (ALE) per la formulazione di geometrie deformate e problemi di moving mesh
  • Equazioni algebriche
  • Equazioni ordinarie differenziali (ODE)
  • Equazioni algebriche differenziali (DAE)
  • Analisi di sensibilità (ottimizzazione disponibile con Optimization Module aggiuntivo)
  • Calcolo coordinate curvilinee

Discretizzazione automatica e manuale

Per discretizzare e meshare un modello, il software COMSOL Multiphysics® utilizza diverse tecniche numeriche a seconda del tipo di fisica o della combinazione di fisiche che si stanno studiando. I metodi di discretizzazione predominanti sono basati su elementi finiti (per un elenco completo delle metodologie, vedere la sezione solutori di questa pagina). Di conseguenza, l'algoritmo di mesh generico crea una mesh con tipi di elementi appropriati per abbinare i metodi numerici associati. Ad esempio, l'algoritmo predefinito può utilizzare la mesh tetraedrica o una combinazione di mesh tetraedrica e elementi di strato limite, con una combinazione di tipi di elementi, per ricavare risultati più accurati e più rapidamente.

Visualizza una panoramica delle funzionalità di mesh

  • Mesh tetraedrica libera
  • Mesh estrusa con elementi prismatici ed esagonali
  • Mesh di strato limite
  • Elementi di volume tetraedrici, prismatici, piramidali ed esaedrici
  • Mesh triangolare libera di superfici 3D e modelli 2D
  • Mesh mappata e quadrilatera libera di superfici 3D e modelli 2D
  • Operazione di copiatura della mesh
  • Operazioni di geometria virtuale
  • Partizione della mesh di domini, superfici e lati
  • Funzionalità di importazione e modifica per mesh generate esternamente

Sequenze di studi, studi sui parametri e ottimizzazione

Tipologie di studio o analisi

Quando selezioni un'interfaccia fisica, un certo numero di diversi studi (tipi di analisi) sono suggeriti da COMSOL Multiphysics®. Ad esempio, per l'analisi di meccanica solida, il software suggerisce gli studi stazionario, tempo dipendente o in frequenze proprie; per problemi di fluidodinamica, il software suggerisce solo gli studi stazionario e tempo dipendente. Altri tipi di studio possono anche essere selezionati liberamente per qualsiasi analisi eseguita. Le sequenze di studi possono strutturare il processo di soluzione per consentire all'utente di selezionare le variabili del modello per le quali si desidera risolvere ciascuna fase dello studio. La soluzione di una qualsiasi delle precedenti fasi di studio può essere utilizzata come input per una successiva fase di studio.

Sweep, ottimizzazione e stime

Qualsiasi tipologia di studio può essere eseguita in accoppiamento a uno sweep parametrico, che può includere uno o più parametri nel modello, dai parametri geometrici alle impostazioni nelle definizioni della fisica. Gli sweep possono anche essere eseguiti utilizzando materiali diversi e le loro proprietà definite, oltre a elenchi di funzioni definite.

Utilizzando l'Optimization Module, è possibile eseguire studi per l'ottimizzazione della topologia, l'ottimizzazione della forma o le stime dei parametri basati su un modello multifisico. COMSOL Multiphysics® offre metodi gradient-free e gradient-based per l'ottimizzazione. Per la stima dei parametri sono disponibili formulazioni ai minimi quadrati e formulazioni di problemi di ottimizzazione generale. Sono inoltre disponibili studi di sensitività incorporati, in cui si calcola la sensitività di una funzione obiettivo rispetto a qualsiasi parametro nel modello.

Visualizza panoramica degli studi disponibili

  • Stazionario
  • Tempo dipendente
  • Frequenze proprie
  • Autovalori
  • Dominio della frequenza
  • Sweep parametrico
  • Sweep di Funzioni
  • Sweep sui materiali
  • Sensitività
  • Riduzione modello

Metodi numerici all'avanguardia per soluzioni accurate

L'interprete di equazioni nel software COMSOL Multiphysics® fornisce il miglior combustibile possibile al motore numerico: il sistema completamente accoppiato di PDE per studi stazionari (steady), tempo dipendenti, nel dominio di frequenze e per frequenze proprie. Il sistema di PDE è discretizzato usando il metodo degli elementi finiti (FEM) per le variabili spaziali (x, y, z). Per alcuni tipi di problemi, il boundary element method (BEM) può anche essere utilizzato per discretizzare lo spazio. Per problemi legati allo spazio e al tempo, viene usato il metodo delle linee, dove lo spazio è discretizzato con FEM (o BEM), formando così un sistema di equazioni differenziali ordinarie (ODE). Queste ODE vengono quindi risolte utilizzando metodi avanzati, inclusi metodi impliciti ed espliciti per il passo temporale.

I problemi dipendenti dal tempo e stazionari (steady) possono essere non lineari, formando anche sistemi di equazioni non lineari dopo la discretizzazione. Il motore in COMSOL Multiphysics® fornisce la matrice Jacobiana completamente accoppiata, ovvero la guida che punta il solutore non lineare alla soluzione. Un metodo Newton smorzato viene utilizzato per risolvere il sistema non lineare per problemi stazionari o durante il passo temporale per problemi tempo dipendenti. Il metodo di Newton quindi risolve una sequenza di sistemi di equazioni lineari, usando la matrice Jacobiana, al fine di trovare la soluzione al sistema non lineare.

Per i problemi lineari (risolti anche nei passaggi del solutore non lineare, vedi sopra), il software COMSOL® fornisce solutori diretti e iterativi. I solutori diretti possono essere utilizzati per problemi di piccole e medie dimensioni, mentre i solutori iterativi possono essere utilizzati per sistemi lineari più grandi. Il software COMSOL® fornisce una gamma di solutori iterativi con precondizionatori all'avanguardia, come i precondizionatori multigrid. Questi precondizionatori offrono robustezza e velocità nel processo di soluzione iterativo.

Le diverse interfacce fisiche possono anche fornire le impostazioni del solutore con suggerimenti sulle migliori impostazioni predefinite possibili per una famiglia di problemi. Queste impostazioni non sono cablate sull'hardware; è possibile modificare e configurare manualmente le impostazioni del solutore direttamente sotto ciascun nodo del solutore nell'interfaccia utente per ottimizzare le prestazioni per il problema specifico. Quando disponibili, i solutori e altri algoritmi computazionalmente intensivi sono completamente parallelizzati per utilizzare il multicore e il cluster computing. Entrambi i metodi di memoria condivisa e distribuita sono disponibili per i solutori diretti e iterativi, nonché per grandi sweep parametrici. Tutte le fasi del processo di soluzione possono utilizzare il calcolo parallelo.

Visualizza una panoramica dei solutori

  • Discretizzazione dello spazio:
    • FEM
      • Elementi Lagrange a base nodale ed elementi serendipity di diversi ordini
      • Elementi curl (chiamati anche elementi vettoriali o di bordo)
      • Metodi Petrov-Galerkin e Galerkin dei minimi quadrati per problemi dominati dalla convezione e dal flusso dei fluidi
      • Mesh adattiva e raffinamento automatico della mesh durante il processo di soluzione
    • BEM
    • Metodo Galerkin discontinuo
  • Discretizzazione spazio-temporale:
    • Metodo delle linee (FEM e BEM per lo spazio)
  • Risolutori ODE e DAE time-stepping:
    • Metodi impliciti per problemi rigidi (BDF)
    • Metodi espliciti per problemi non rigidi
  • Sistemi algebrici non lineari:
    • Metodi Newton smorzati
    • Double dog-leg
  • Sistemi algebrici lineari:
    • Risolutori densi diretti: LAPACK
    • Risolutori diretti sparsi: MUMPS, PARDISO, SPOOLES
    • Risolutori iterativi sparsi: GMRES, FGMRES, BiCGStab, gradienti coniugati, TFQMR
      • Precondizionatori: SOR, Jacobi, Vanka, SCGS, SOR Line/Gauge/Vector, multigrid geometrico (GMG), multigrid algebrico (AMG), Auxiliary Maxwell Space (AMS), Incomplete LU, Krylov, domain decomposition
      • Tutti i precondizionatori possono potenzialmente essere usati come solutori iterativi
  • Ulteriori metodi di discretizzazione sono disponibili in prodotti aggiuntivi, inclusi i metodi di tracciamento delle particelle e dei raggi

Strumenti di post-processing per risultati di modellazione pronti per la pubblicazione

Mostra i tuoi risultati al mondo. COMSOL Multiphysics® offre potenti strumenti di visualizzazione e post-processing in modo da poter presentare i risultati in modo significativo e raffinato. È possibile utilizzare gli strumenti integrati o espandere le visualizzazioni con quantità fisiche derivate inserendo espressioni matematiche nel software. Pertanto, è possibile visualizzare praticamente qualsiasi quantità di interesse correlata ai risultati della simulazione in COMSOL Multiphysics®.

Funzionalità di visualizzazione

Le funzionalità di visualizzazione includono grafici di superfici, sezioni, isosuperfici, piani di sezione, frecce e linee di flusso, per citare solo alcuni tipi di risultati grafici. Una gamma di strumenti numerici di post-processing è disponibile per la valutazione di espressioni, come integrali e derivate. È possibile calcolare i valori massimi, minimi, medi e integrare o derivare qualsiasi quantità su tutti i volumi, sulle superfici, lungo i lati e nei punti. In molti dei moduli basati sulla fisica sono stati inclusi anche strumenti di post-processing specifici per determinate aree ingegneristiche e scientifiche.

Esportazione dei risultati e generazione di report con altro software

È possibile esportare i dati ed elaborarli tramite strumenti di terze parti. I risultati numerici possono essere esportati in file di testo nei formati .txt, .dat e .csv e nel formato non strutturato VTK. Con LiveLink™ for Excel®, i risultati possono essere esportati nel formato di file del foglio elettronico Microsoft® Excel® (.xlsx). Le immagini possono essere esportate in diversi formati comuni, così come il formato di file glTF™ per l'esportazione di scene 3D. Le animazioni possono essere esportate nel formato WebM e come GIF animate, tecnologia Adobe® Flash®, o file AVI. I report che riassumono l'intero progetto di simulazione possono essere esportati in formato HTML (.htm, .html), Microsoft® Word® (.doc), o Microsoft® PowerPoint® (.pptx).

Visualizza una panoramica di risultati e di funzionalità di post-processing

  • Visualizzazione
    • Grafici di superficie
    • Grafici di isosuperficie
    • Grafici con frecce
    • Grafici di sezione
    • Grafici di linee di flusso
    • Grafici di contorno
  • Postprocessing
    • Integrazione, media, massimo e minimo di quantità arbitrarie su volumi, superfici, bordi e punti
    • Espressioni matematiche personalizzate che includono le variabili di campo, le loro derivate, le coordinate spaziali, il tempo e le quantità a valore complesso
    • Tecniche specializzate di postprocessing e valutazione sono incluse in molti dei moduli basati sulla fisica
  • Supporto per i dispositivi 3Dconnexion® SpaceMouse®
  • Importazione ed esportazione
    • Testo
    • Formato Microsoft® Excel® .xlsx
    • Immagini
    • Animazioni
    • Mesh
    • Formati CAD
    • E altro ancora

Ogni esigenza di business e di simulazione è diversa. Per valutare se il software COMSOL Multiphysics® soddisfa o meno le vostre esigenze, non dovete fare altro che contattarci. Parlando con uno dei nostri tecnici commerciali, riceverete consigli personalizzati ed esempi completamente documentati per aiutarvi a ottenere il massimo dalla vostra valutazione e guidarvi a scegliere l'opzione di licenza migliore per soddisfare le vostre esigenze.

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