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Novità COMSOL Multiphysics® versione 6.4

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Aggiornamenti Optimization Module

Per gli utenti dell'Optimization Module, la versione 6.4 di COMSOL Multiphysics® introduce condizioni di arresto per l'ottimizzazione dipendente dal tempo, una fase di studio denominata Parameter Optimization e diversi nuovi tutorial. Proseguite la lettura per ulteriori dettagli su questi e altri aggiornamenti.

Ottimizzazione dipendente dal tempo

L'ottimizzazione basata sul gradiente per problemi dipendenti dal tempo può ora essere utilizzata anche per ottimizzare il tempo finale. Ciò significa che è possibile ridurre al minimo la durata di un processo oppure lasciare che il solutore scelga il tempo che fornisce il miglior valore obiettivo. Nell'esempio seguente, l'obiettivo è ridurre al minimo il tempo di ricarica di una batteria agli ioni di litio. Il modello utilizza la funzione Control Function, che ora supporta l'esportazione del risultato ottimizzato come funzione analitica o funzione di interpolazione.

Interfaccia utente di COMSOL Multiphysics che mostra il Model Builder con il nodo General Optimization evidenziato, la finestra Settings corrispondente e un grafico 1D nella finestra Graphics.
L'opzione Condition-based final time visualizzata nelle impostazioni del passo di studio General Optimization. Questo esempio ottimizza il profilo di carica di una batteria agli ioni di litio con un vincolo sul degrado. Il modello mostra come la funzione Control Function crei ora una variabile per il suo valore medio.

Ottimizzazione dei parametri

È stata introdotta una fase di studio denominata Parameter Optimization, concepita in modo specifico per l'ottimizzazione senza gradiente, in cui le scale di controllo sono impostate in base ai limiti, eliminando la necessità di una definizione manuale. La funzione supporta anche la creazione automatica di nuovi casi di parametri basati sui parametri ottimizzati.

Inoltre, l'interfaccia utente è stata riorganizzata rispetto alla precedente fase di studio denominata Optimization, che è stata rinominata General Optimization. Sia la fase di studio General Optimization che la fase di studio Parameter Optimization supportano la randomizzazione dei valori iniziali per i controlli globali limitati, in modo da poter identificare diversi minimi locali.

Interfaccia utente di COMSOL Multiphysics che mostra il Model Builder con il nodo Parameter Optimization evidenziato, la finestra Settings corrispondente e un grafico 2D nella finestra Graphics.
Questo esempio illustra un'analisi ray optics che prevede l'ottimizzazione di un sistema di lenti per diversi colori e angoli di campo.

Solutori di ottimizzazione basati sul gradiente

Il solutore per l'ottimizzazione SNOPT è stato dismesso; i vecchi modelli sono stati migrati a IPOPT, che ora è il metodo consigliato per ottenere la convergenza quadratica (ad eccezione della stima dei parametri, dove il solutore Levenberg–Marquardt dovrebbe essere superiore). Inoltre, la scelta dell'opzione MMA in una fase di studio di ottimizzazione era utilizzata per attivare l'uso di GCMMA (per la configurazione predefinita del solutore), ma ora sia MMA che GCMMA sono disponibili a livello di studio.

Interfaccia utente di COMSOL Multiphysics che mostra il Model Builder con il nodo General Optimization evidenziato, la finestra Settings corrispondente e un modello di filtro a guida d'onda nella finestra Graphics.
I metodi di ottimizzazione GCMMA e MMA sono ora disponibili per le fasi dello studio di ottimizzazione, come dimostrato in questo modello di esempio in cui l'ottimizzazione di forma viene utilizzata nella progettazione di un filtro RF. Il modello mostra anche come randomizzare i controlli iniziali al fine di identificare diversi ottimi locali.

Nuove funzionalità e miglioramenti vari

  • Nuove funzionalità P-norm e Standard Deviation:

    • La funzionalità P-norm può approssimare il valore massimo di un campo in modo compatibile con l'ottimizzazione basata sul gradiente, spesso utilizzata per i vincoli di sollecitazione nei problemi strutturali.
    • La funzionalità Standard Deviation può essere utilizzata per omogeneizzare un campo su una selezione.
  • Sono stati aggiunti operatori di campo lontano compatibili con l'ottimizzazione basata sul gradiente all'interfaccia Electromagnetic Waves.
  • L'ottimizzazione degli autovalori ora supporta l'uso di operatori non analitici nell'espressione dell'obiettivo, in modo che sia possibile progettare per una frequenza propria target considerando solo la parte reale.
  • È stato aggiunto il supporto per i vincoli di estrusione alla funzione Density Model.
  • Sono stati apportati miglioramenti alle prestazioni per l'ottimizzazione basata sul gradiente.

Tutorial nuovi e aggiornati

La versione 6.4 di COMSOL Multiphysics® introduce diversi tutorial nuovi e aggiornati nell'Optimization Module.

Time-Optimal Control for Heating of a Rod

Grafico 1D con il tempo sull'asse x e la potenza in ingresso sull'asse y.
Sono riportati i tassi di riscaldamento iniziali e ottimizzati.
Titolo in Application Library:
optimal_heating_control
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Designing a Metasurface Beam Deflector Using Shape Optimization

Sei elementi cilindrici di dimensioni crescenti disposti da sinistra a destra, partendo dal più piccolo e terminando con il più grande.
I cilindri sono colorati in base alla distanza di spostamento determinata dall'ottimizzazione.
Titolo in Application Library:
metasurface_beam_deflector_optimization
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Minimizing the Charging Time of a Lithium-Ion Battery

Grafico 1D che mostra la velocità di carica e la corrente di galvanoplastica con linee blu e verdi.
Il grafico mostra la velocità di carica e la corrente di galvanoplastica per il profilo di carica ottimizzato.
Titolo in Application Library:
lib_charge_rate_optimization
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Aperture Shape Optimization for Electroplating of a Printed Circuit Board

Due grafici 2D affiancati, che mostrano l'apertura iniziale a sinistra e l'apertura ottimizzata nella forma a destra.
Apertura iniziale e ottimizzata nella forma e corrispondente spessore di deposito su un circuito stampato.
Titolo in Application Library:
pcb_aperture_optimization
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Wheel Rim — Stress Optimization with Fatigue Evaluation

Una parte di un modello di cerchione che mostra il fattore di utilizzo a fatica.
La geometria iniziale è mostrata insieme alla geometria ottimizzata. L'ottimizzazione aumenta il raggio di raccordo per ridurre lo stress, migliorando anche le proprietà di resistenza alla fatica. Il fattore di utilizzo a fatica è rappresentato graficamente con colori diversi.
Titolo in Application Library:
rim_fatigue_optimization
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Topology Optimization of a Metalens

Modello di lente che mostra l'energia ondulatoria in un punto vicino alla lente.
Il design ottimizzato concentra l'energia delle onde in un punto relativamente vicino alla lente.
Titolo in Application Library:
metalens_topology_optimization
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Minimizing the Drying Time of a Wood Particle

Grafico 1D che mostra il contenuto medio di umidità in funzione del tempo sull'asse x.
Il contenuto di umidità è rappresentato graficamente per tre temperature fisse e una temperatura ottimale controllata.
Titolo in Application Library:
superheated_steam_drying_optimization
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