COMSOL Multiphysics? 軟件中內(nèi)置了許多類型的材料，可以幫助您優(yōu)化建模流程。除了這些內(nèi)置的材料，該軟件還擁有許多強(qiáng)大的特征和功能，讓您得以高效地定義模型中的幾何實(shí)體的材料。在定義材料、指定材料的屬性，以及比較不同的材料對(duì)仿真結(jié)果的影響等方面，這些工具都能幫助我們大幅提升建模效率。在本篇文章中，我們將向您展示這些工具的使用方法。

通過(guò)材料掃描功能自動(dòng)化對(duì)比材料

在對(duì)模型幾何進(jìn)行材料定義，可以嘗試多個(gè)不同的選項(xiàng)，然后看一下不同的材料對(duì)仿真結(jié)果都有什么影響。這一過(guò)程可以通過(guò)材料掃描 參數(shù)化研究和材料切換 功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。同樣地，在添加材料時(shí)，無(wú)需對(duì)多種材料進(jìn)行多次添加，也不必每次單獨(dú)求解。這種做法不僅能節(jié)省建立模型所需的時(shí)間，還可以方便在后處理時(shí)進(jìn)行結(jié)果比較。

截圖展示了該功能可以在后處理中顯示不同材料的仿真結(jié)果。

“材料切換”節(jié)點(diǎn)下包含需要進(jìn)行掃描的材料，并能在模型求解的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)材料的自動(dòng)切換。

使用材料函數(shù)快速定義材料屬性

如上文所述，COMSOL Multiphysics 軟件中內(nèi)置了大量的材料——無(wú)論您擁有哪個(gè)模塊的許可證，都可以使用這些內(nèi)置材料。在模型中添加了任意材料后，材料屬性就變成了相應(yīng)的默認(rèn)值。

在某些情況下，材料屬性是常數(shù)；在另外一些情況下，屬性會(huì)隨空間或溫度一類的物理量而變化。如果想要將材料屬性從常量轉(zhuǎn)為變量，或者內(nèi)置變量不符合使用需求，那么便可以自定義函數(shù)。COMSOL Multiphysics 軟件為用戶提供了三種可定義材料屬性的函數(shù)：插值函數(shù)、解析函數(shù)和分段函數(shù)。

插值函數(shù)的數(shù)據(jù)表和曲線。

通過(guò)讀取包含離散點(diǎn)上的函數(shù)數(shù)值的表格或文件，便可將插值函數(shù)用于定義材料的屬性。這些數(shù)據(jù)可以手工輸入，也可以從外部文件中導(dǎo)入。如果材料的屬性值是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法獲取的，那么這種做法就非常有用。COMSOL Multiphysics 軟件將自動(dòng)計(jì)算并生成由所給數(shù)據(jù)擬合得到的函數(shù)。然后，您就能選擇對(duì)測(cè)量值進(jìn)行插值的方法，或預(yù)測(cè)指定數(shù)值范圍之外的變化情況。

解析函數(shù)的輸入框和曲線。

解析函數(shù)是通過(guò)內(nèi)置的數(shù)學(xué)函數(shù)或者用戶自定義的其他函數(shù)來(lái)對(duì)某一屬性進(jìn)行定義的。用戶可以輸入表達(dá)式、指定輸入?yún)?shù)，以及在方程中的定義每個(gè)參數(shù)值的范圍。

段函數(shù)的設(shè)置。

借助分段函數(shù)，可以在不同區(qū)間內(nèi)使用不同的表達(dá)式來(lái)定義材料屬性。起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)，以及函數(shù)區(qū)間均可以手動(dòng)輸入或從外部文件中導(dǎo)入。用戶定義的區(qū)間不能重疊，且相鄰兩個(gè)區(qū)間必須連續(xù)。如此便得了到一個(gè)連續(xù)的分段函數(shù)，每個(gè)獨(dú)立的變量都具有唯一的對(duì)應(yīng)值。

對(duì)多個(gè)組件使用全局材料和材料鏈接

在使用 COMSOL Multiphysics 軟件創(chuàng)建模型的過(guò)程中，有時(shí)會(huì)需要對(duì)其中組件用到的材料進(jìn)行標(biāo)識(shí)。通常這會(huì)需要用戶完成一系列的操作，例如打開(kāi)“添加材料”或“材料瀏覽器”窗口；選擇材料；選定某一材料并將其加入到組件中；然后進(jìn)入“材料節(jié)點(diǎn)設(shè)置”來(lái)選擇幾何的哪些部分會(huì)使用該種材料。在仿真模擬中，每引入一種新材料，都需要重復(fù)一遍上述步驟。在 COMSOL Multiphysics 軟件中，您可以通過(guò)運(yùn)用“全局材料”和“材料鏈接”來(lái)大幅簡(jiǎn)化上述流程。

屏幕截圖展示了“全局材料”和“材料鏈接”功能的使用。

在全局材料 節(jié)點(diǎn)下加入一種材料后，就可以將其用在整個(gè)模型之中的任意位置了。此外，全局材料可以被用在任何的幾何實(shí)體層上，例如域、邊界、邊、點(diǎn)等。

“材料鏈接”可在局部材料節(jié)點(diǎn)中用于引用全局材料。當(dāng) COMSOL Multiphysics 文件包含了由相似材料構(gòu)成的多個(gè)組件時(shí)，這種做法可以節(jié)省大量的時(shí)間：只需要在“全局材料”節(jié)點(diǎn)中一次性地指定該材料，然后分別鏈接到每個(gè)單獨(dú)的組件即可。這種方法對(duì)于那些在不同幾何實(shí)體層（比如域和邊界）指定了相同材料的模型來(lái)說(shuō)也很有用。針對(duì)此類問(wèn)題，只需一次性地添加材料即可，并且可以為任何一種類型的幾何實(shí)體添加一個(gè)單獨(dú)的材料鏈接。

在仿真研究中高效地定義材料

通過(guò)使用本文介紹的特征和功能，可大幅提高對(duì)模型幾何進(jìn)行材料定義的效率。此外，我們還制作了多個(gè)視頻教程，希望能幫助學(xué)會(huì)使用這些工具，并能將它們用到自己的仿真研究當(dāng)中。無(wú)論是需要處理包含多個(gè)組件的模型文件，還是要定義復(fù)雜的材料屬性，抑或是需要模擬研究中測(cè)試不同材料的影響，COMSOL Multiphysics 軟件豐富的內(nèi)置功能讓整個(gè)建模流程變得更加流暢、高效。

來(lái)源：COMSOL