水平集
關注創建者：Comsol塵飛 創建時間：2020-10-08
水平集的視頻教程
ABAQUS 燒蝕/腐蝕仿真 UEL子程序
腐蝕界面自動追蹤（無需水平集） - “懲罰因子”思路： 一句話總結： 用“損傷-擴散系數聯動 + UEL 殘差驅動”代替復雜水平集，就能在 ABAQUS 中穩定模擬固體腐蝕/燒蝕過程，并自動跟蹤不斷移動的腐蝕邊界。
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水平集的實例教程
三相流、水平集模擬激光燒蝕 ￥3000
本模型，主要考慮了金屬固，液，氣三種相態的變化，固液相變采用相變傳熱理論、液氣相變采用水平集來跟蹤，其中包含了表面張力和馬蘭戈尼力的弱形式的公式，可以加深對弱形式的理解。
模型主要采用了流體傳熱、層流、水平集模塊，多物理場為：水平集和非等溫流動
圖 1 加載激光后的燒蝕效果以及溫度分布
圖2 加載激光過程中的反沖氣體的流速以及流向分布
圖3 相變過程中的壓力分布
圖4 燒蝕最后，利用水平集值表示的形貌變化
展開 此水平集法源程序并非王煜老師的199行經典水平集程序，而是challis于2009年發表在SCI雜志上的程序，除去添加了“%”的解釋說明程序，整個程序大約90行。對水平集初學者，或是想了解水平集法的人來說，不失為較好的教學工具。該程序最大的缺點是邊界不好，單元密度不是0就是1，沒有中間密度。優點是能開孔
程序運行結果：
該程序的詳細解釋請看源文檔（附件）
A discrete level-set topology optimization code written in Matlab.pdf
近研究了一下水平集法的三維結構編程問題，略有小成，發個案例與大家討論討論。
三維懸臂梁的優化：
結構尺寸1：1：2 初始設計域（網格10x10x20） 優化結果 目標函數與約束函數
然后優化了一個椅子，
受力情況 初始設計域 優化結果
總的來講，三維結構的編程比二維稍難，主要體現在：
1. 水平集是將設計域提升為高一維的函數，即三維結構需要四維的函數來表示，因此矩陣比較復雜
2. 有限元多計算一根Z軸，在計算節點，單元編號的時候，空間思維較多
展開 image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_549" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202111/4ebaefe0a4cc4315bd7f885aeedcdf2c.png">
</div><p>本次分享案例主要采用流體相變傳熱、層流和水平集來描述激光預鋪粉熔覆的過程。</p><p>模型中做了一定假設：</p><p>固相和液相均考慮為連續介質，不考慮固相中的<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/4700" rel="noopener noreferrer" target="_blank">應力</a>和變形。</p><p>熔池內金屬液體為不可壓縮流體，流動狀態為層流。</p><p>激光束的分布假設為高斯分布，不考慮激光束在Z 方向上的強度變化。</p><p><br></p><p>其中，借助水平集的phi梯度來追蹤粉末界面。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202101/7ad54d8ac57b4d2983ba641386db7ea6.png"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202101/34724c8b49e74c658424492a67c701c4.png"></p><p>以下是熔覆過程的動圖以及溫度趨勢。
展開 包含相場法和水平集法，可以很好地對比兩者之間的區別
水平集的最新內容
模型名稱：Comsol激光加工熔池模擬
物理場：水平集、流體傳熱、層流
其他：模型、詳細視頻教程、一對一答疑
拓撲優化水平集法
新版本基于現有水平集法，
全面開放了位移響應與應力響應作為目標及約束條件，使算法能夠直接處理對強度要求苛刻的復雜工程挑戰。這一突破不僅拓寬了優化算法在精密機械、重型裝備等領域的適用范圍，更確保了在極限工況下，結構依然能夠實現剛度與強度的最優平衡。
在這種情況下，使用了基于水平集的工藝仿真器。
圖 2. 在 SOI 襯底上制造的硅波導結構和集成鍺光電探測器，以絕對凈摻雜為顏色輪廓顯示了一般結構。
對于光調制器結構，使用兩種不同的 n 型和 p 型注入劑量研究了摻雜濃度對形成調制二極管結構的影響。
水平集法，使用水平集函數來描述材料和空洞的界面，通過演化水平集函數來優化材料分布。進化結構優化，通過逐步移除不必要或低效的材料，逐步優化結構。
拓撲優化的傳統方法是基于靈敏度分析，這對于線性靜態問題來說是很容易獲得的。當必須考慮碰撞載荷情況時，必須考慮高度非線性動態碰撞問題的特殊性。在碰撞過程中結構會發生大變形。分析所使用的材料定律也是非線性的，動能被塑性變形所吸收。
水平集法，使用水平集函數來描述材料和空洞的界面，通過演化水平集函數來優化材料分布。進化結構優化，通過逐步移除不必要或低效的材料，逐步優化結構。
拓撲優化的傳統方法是基于靈敏度分析，這對于線性靜態問題來說是很容易獲得的。當必須考慮碰撞載荷情況時，必須考慮高度非線性動態碰撞問題的特殊性。在碰撞過程中結構會發生大變形。分析所使用的材料定律也是非線性的，動能被塑性變形所吸收。
水平集法，使用水平集函數來描述材料和空洞的界面，通過演化水平集函數來優化材料分布。進化結構優化，通過逐步移除不必要或低效的材料，逐步優化結構。
拓撲優化的傳統方法是基于靈敏度分析，這對于線性靜態問題來說是很容易獲得的。當必須考慮碰撞載荷情況時，必須考慮高度非線性動態碰撞問題的特殊性。在碰撞過程中結構會發生大變形。分析所使用的材料定律也是非線性的，動能被塑性變形所吸收。
通過 Level-Set 界面捕捉方法，可清晰追蹤噴嘴內流場與初次霧化過程，結合水平集輸運方程，精準計算界面法向量與曲率，為霧化模型提供高保真初始參數；在工程應用中，軟件支持基于 Lagrange 方法的顆粒包模型，涵蓋直射式霧化（WAVE、KHRT 模型）與離心式霧化（RR/LISA、KHRT 模型）等多種構型，可根據不同噴嘴類型（直射式吸嘴、離心式切向槽式 / 漩渦室式噴嘴）靈活選擇，滿足主燃燒室與加力燃燒室的多樣化仿真需求
此外，由于潰壩問題涉及自由表面運動，常常需要引入專門的自由表面捕捉技術，如體積法（Volume of Fluid，VOF）或水平集法（Level Set Method）等。
熟練使用C++/Python或Fortran開發語言，具有良好的編碼習慣及面向對象的編程思想
6.熟悉軟件架構設計的基本方法和工具，熟悉軟件開發流程與設計模式，熟悉常用數據結構與算法
結構優化求解器研發中級工程師
崗位職責:
1.參與結構優化求解器核心模塊的設計與開發
2.根據產品需求，獨立完成模塊設計、功能實現與測試
3.參與拓撲優化算法開發工作，包括SIMP、水平集
在這種情況下，使用了基于水平集的工藝仿真器。
圖 2. 在 SOI 襯底上制造的硅波導結構和集成鍺光電探測器，以絕對凈摻雜為顏色輪廓顯示了一般結構。
對于光調制器結構，使用兩種不同的 n 型和 p 型注入劑量研究了摻雜濃度對形成調制二極管結構的影響。
