多物理場優化的案例
使用 COMSOL 實現多物理場拓撲優化的優勢
將數據集導入 COMSOL Desktop? 后，我們可以使用優化結果創建網格文件和 CAD 文件。幾何對象可用于進一步分析，也可導出用于 3D 打印。
使用 COMSOL Desktop? 重現拓撲優化問題
這篇博客深入探討了使用 COMSOL API 和 LiveLink? for MATLAB? 進行多物理場拓撲優化，并概述了其他相關的主題，包括有限元和設計靈敏度分析以及后處理。COMSOL API 和 LiveLink ? for MATLAB? 使初學者能夠使用最少的編程實現高級拓撲優化。由于設計變量場的離散化和靈敏度分析方法不限于特定問題，因此本博客中涵蓋的通用框架，能夠解決其他類型的拓撲優化問題，而無需大量修改。此外，引入的框架提供了與高級語言相同的開發自由，這并不限制我們研究需要訪問優化參數以及數值計算中的一些矩陣和向量的新拓撲優化技術和方法。它還提供了一種有效的方法來解決和修復優化過程中可能出現的問題。
注意：要獲得使用 LiveLink ? for MATLAB? 進行優化的詳細描述和代碼，請查看參考文獻 1。
此外，COMSOL Multiphysics 提供了對用戶友好的優化模塊插件，使我們能夠通過其多物理場和用戶定義的偏微分方程求解器來求解拓撲優化問題。使用 COMSOL Desktop ? 進行拓撲優化，我們可以僅使用內置功能重現相同的多物理場拓撲優化問題(見圖 6)。該模型使用固體力學(用于優化域)的混合公式選項和壓力聲學 (用于純聲學域)，并結合了優化模塊中的最新優化方法和過濾方案。
圖 6. 僅使用內置 COMSOL Desktop? 功能重現相同的多物理場拓撲優化問題。
參考文獻
J. Kook and J.H.
展開 Cadence CFD系統加速汽車多物理場仿真和優化方案【10月31日直播】
如何快速的完成 CFD 仿真分析優化成為業內關注的焦點，市場需要更精準、更快捷、更易于使用的CFD 工具。
“在豐田汽車歐洲公司，我們選擇 Cadence Omnis Autoseal 和 Omnis Hexpress（Omnis 軟件功能現已集成在Cadence Fidelity CFD 軟件平臺中）作為CFD 預處理的標準工作流程。這使我們的總交付周期和工時分別減少了 91% 和 97%，同時還提供了高質量的網格和出色的圖層覆蓋率。”
——豐田汽車歐洲公司 NV/SA 車輛性能工程研發經理Antoine Delacroix
Cadence? Fidelity? CFD 軟件平臺【原Numeca軟件】，則為多物理場仿真的性能和準確度開創新時代。它突破了傳統 CFD 求解器技術的局限，引入了新一代流體求解器。該求解器可提供高階數值格式、尺度解析仿真和大規模硬件加速功能，助力提高仿真性能，在確保準確度的同時縮短研發周期。
Cadence? Fidelity? CFD 可對流體湍流進行先進仿真，其預測汽車空氣動力阻力的精確度可比傳統 CFD 求解器高 10 倍。此外，這種高準確度的仿真分析周期可以從數周縮短到一天或更短，實現整車僅需數小時而非數天的前處理、從耦合式PBS到WMLES高精度求解，以及有AI加持的優化技術系統加速方案。
直播推薦
基于此，想要繼續了解Cadence? Fidelity? CFD軟件在汽車多物理場中的應用，歡迎各位小伙伴報名【Cadence CFD系統加速汽車多物理場仿真和優化方案】直播獲取更多詳情。
展開 整車前處理只需數小時--加速汽車多物理場仿真和優化方案【內含專場直播】
由于整車幾何龐大而復雜，如何從前處理、仿真到優化實現高精度系統加速，是每個主機廠關注的問題。如何快速的完成 CFD 仿真分析優化成為業內關注的焦點，市場需要更精準、更快捷、更易于使用的 CFD 工具。
本文將帶您了解一款僅需數小時實現整車前處理，輕松完成耦合式PBS到WMLES高精度求解，以及有AI加持的CFD軟件，下滑了解，還可免費參與專場直播，感興趣提前預約~
01 Cadence CFD
2021年1月，Cadence宣布收購了 NUMECA International；同年4月，Cadence又宣布完成了對Pointwise公司的收購，Cadence Fidelity就是整合了Numeca和Pointwise這兩塊CFD軟件之后推出的全新的Cadence公司的CFD平臺，憑借從收購NUMECA和Pointwise獲得的專業知識和技術，Fidelity CFD結合了CFD工程師在簡化工作流程中模擬多物理場系統性能所需的所有先進技術。
Cadence（楷登）產品群總監 Yannick Baux表示，Cadence Fidelity CFD（計算流體力學）是新一代高性能、高精度、多物理場仿真軟件平臺，適用于渦輪機械、航空航天、汽車、船舶等多個垂直領域。
統一用戶界面
Cadence Fidelity 軟件平臺中所有的工具都采用統一的用戶界面，使用 Python API 實現從葉片設計到網格劃分再到仿真和優化的全流程方案，有助于提高生產力。高性能計算體現在 HPC 分布式網格劃分/求解、GPU 加速和 Cadence OnCloud 可擴展仿真三個方面。求解器包括 RANS、DES、LES，實現從低速到高超聲速流動仿真。
展開 多物理場仿真優化聲子晶體帶隙設計
由此可以總結，如果你以特定的帶隙位置為目標，或者想要使帶隙寬度最大化，那么使用晶胞是一種高效的優化手段。
執行優化研究
為了清晰闡釋這類應用，我們對上圖的周期性結構進行了模擬，晶胞尺寸為 1 cm × 1 cm，內核材料為 4 mm × 4 mm；基體材料的模量為 2 GPa，密度為 1000 kg/m3；內核材料的模量則為 200 GPa，密度為 8000 kg/m3。下圖顯示 60 kHz和 72 kHz 之間禁止波傳播的頻率范圍。
選定晶胞參數的頻帶示意圖。
為了演示如何利用帶隙概念實現隔振，我們將模擬上述周期性結構中的晶胞組成的“11 × 11”的晶格結構。這些晶胞承受的激勵頻率為 67.5 kHz（帶隙中）。
該結構用于演示帶隙中針對施加頻率的隔振。
下方動畫重點演示了晶胞結構的振動響應。通過結果，我們可以了解到周期性結構能夠十分有效地將施加的振動與剩余結構隔離開。即使減少周期性晶胞的使用數量，仍然可以很有效地隔振。
率為 67.5 kHz 時,振動響應的動畫。
請注意，當頻率在帶隙之外時，周期性結構不會隔振。此時的響應情況請參考下圖。
帶隙之外頻率的振動響應。左圖：27 kHz。右圖：88 kHz。
想要學習更多關于二維帶隙模型的知識，請前往 “COMSOL 模型交流”下載模型。
本文內容來自 COMSOL 博客
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AI數據中心 | 多物理場仿真助力優化系統效率及成本
在本次會議中，您將了解由物理感知降階模型驅動的多物理場仿真、從芯片到系統的建模以及多保真數字孿生，如何在整個生命周期內實現可持續、高性能的數據中心。誠邀您報名參與，深入理解從芯片到系統環境的仿真如何幫助構建面向未來的高性能數據中心。
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多物理場仿真對新能源汽車用電機優化分析 衡祖仿真
然而電機結構復雜參數之間耦合性高，需要借用仿真軟件在已有設計方案的基礎上進行仿真和優化分析，得到特定性能下的理想設計，以減少開發成本和時間。
2、如何解決
國內某車企的系列電機轉速400-1000rpm，適用于新能源車的剎車系統、電氣機械系統以及轉向助力系統等。針對該企業提升電機運行效率的需求，基于通用仿真平臺Simdroid，開發了專屬電機軟件，可便捷優化電機參數。
在通用多物理場仿真PaaS平臺Simdroid?（伏圖?）中，通過“二維建模”功能，對電機的定轉子內外徑、定轉子槽型等主要部件進行參數化建模；對模型整體進行網格剖分、邊界設置、磁場分析，可以得到電壓、電流曲線，以及等值線和云圖。
參數定義
磁場分布云圖
完成電機磁場分析流程后，使用Simdroid?內置的APP開發器，用戶能夠非常方便地進行APP開發。在三相感應電機仿真計算APP中，通過對關鍵尺寸的調節，可以得到不同的設計方案，用戶可根據分析結果選擇方案。
電機仿真APP開發界面
3、前景介紹
三相感應電機仿真計算APP可用于同類電機產品的設計中，覆蓋通信設備、電子產品、汽車、航空航天等工業領域。建模、網格劃分等復雜過程已封裝完好，可大幅降低設計工程師的使用門檻。該仿真APP具有輕量化、易操作等優勢，可幫助企業快速迭代產品，降低開發成本，縮短開發周期。
展開 使用多物理場仿真預測熱漂移，優化微波濾波器設計
多物理場仿真能夠幫助工程師順利完成這項任務。
改進微波發射器的設計
當設計微波發射器時，系統工程師必須保證輸出中沒有不需要的頻率。常用的解決方案是在發射器天線和非線性功率放大器之間放置一個微波濾波器。通過使用一個或多個窄帶濾波器對輸出進行處理，工程師可以將放大器產生的諧波消除。
微波發射塔。圖片由 Tom Page 拍攝。已獲 CC BY-SA 2.0 授權，并通過 Flickr Creative Commons 共享。
這種方案自身也存在問題。當發射器暴露在高功率載荷下和嚴酷的環境中時（比如暴露在極熱的沙漠中的蜂窩基站），可能產生熱漂移。
在沙漠暴曬等嚴酷的環境中，微波發射器內會發生熱漂移。圖片已獲 CC BY 4.0 授權，并通過 ESO/C. Malin 共享。
結構的熱膨脹會擾亂微波系統中濾波器的頻率響應。因此，為了設計可靠的濾波器，我們不但要進行精確的電磁分析，而且還要研究溫度上升引起的結構變形。本文的示例表明，我們可以借助 COMSOL Multiphysics? 軟件的“RF 模塊”和“結構力學模塊”實現上述操作。
微波濾波器中的熱效應建模
我們首先觀察一下模型：銅盒內是一根直立的圓柱體，銅盒表面鍍了一層可降低損耗的銀薄膜。圓柱體和銅盒之間的電磁空腔是充滿空氣的密閉空間。現實中的濾波器常常包含多個級聯空腔，不過我們模型僅重點分析一個空腔。
為了方便比較不同的設計對濾波器性能的影響，我們構建了兩個不同的模型：
只包含銅盒的設計
包含銅盒和鋼圓柱體的設計
微波腔體濾波器的幾何結構。
當外部加熱、周圍電子設備的功率消耗等因素導致腔體壁的溫度均勻升高時，就會發生熱膨脹以及由此引起的特征頻率偏移現象。在本文中，我們利用“結構力學模塊”中的固體力學 接口來模擬熱膨脹。
展開 多物理場仿真助力精確評估并優化麥克風與換能器設計
優化振動換能器的設計
除了改良麥克風設計之外，Brüel & Kj?r 的工程師還使用多物理場仿真對振動換能器設計進行優化與測試。他們的目標是創造一款擁有高內置電阻的設備，以適應惡劣的環境。為了實現這一目標，工程師必須設計出在所測振動范圍內沒有共振頻率的設備。所需振動范圍內的共振會破壞測量的準確性。
懸掛式壓電振動換能器的仿真結果。
為了保證裝置設計產生平滑的響應，研究人員嘗試了不同的材料和幾何組合。最終，通過增加一個機械濾波器，他們成功地設計了一款誤差范圍不超過 10％~12％ 的振動換能器，此數值完全在可接受的范圍內。
縮小誤差，完善測量
任何設備都不是完美的，但仿真打開了一條通向盡可能接近完美的通道。Brüel & Kj?r 的工程師可以在不同情況下迅速對新設計進行有效測試，獲得無法通過實驗確定的結果。仿真為企業提供了特別的信息優勢，不斷推出創新設計，從而在競爭中保持領先地位。
來源：COMSOL
展開 多物理場仿真全面優化電池設計，攻克新能源汽車技術難題
液冷式電池組溫度曲線的多物理場仿真結果。流體流動和溫度取自三維模型，集總的一維模型被用于計算鋰離子電池的熱源。
通過將基于電化學阻抗譜（electrochemical impedance spectroscopy，簡稱 EIS）的實驗測量法與數值模型相結合，研究人員能夠有效地推動電池組件的基礎研究及健康狀態監測技術的開發，請參考法國研究機構——原子能與可替代能源委員會（CEA）發表的文章。圖 2 中展示的仿真 App 可以導入實驗數據，并將數據用于 EIS 物理場模型中。該 App 支持計算電極活性、表面積、不同組件的電導率、反應物和產物的質量傳遞屬性，以及電極的荷電狀態等各類參數。
圖 2. 此仿真 App 的作用是解釋電化學阻抗譜（EIS）的實驗測量結果，并展示如何使用模型和測量數據來評估鋰離子電池的性能。仿真 App 將 EIS 測量方法的實驗數據作為輸入，對測量結果進行模擬，然后基于實驗數據運行參數估計。
本文內容來自多物理場仿真:《IEEE Spectrum》特刊 2017
展開 在求解多物理場模型時，你應該選擇全耦合還是分步求解？ 附多物理場耦合模型及數值模擬導論下載
下載地址：多物理場耦合模型及數值模擬導論
多物理場耦合計算，從新建一個文件夾開始——《非線性計算與多物理場耦合》之三 ￥600
<p>本次課程以一個簡單的實際問題出發，講述多物理場耦合方程的推導方法以及離散形式，并手把手從新建一個文件夾開始，帶著大家一起從第一行代碼開始敲。程序結果與ANSYS對比高度吻合，在我的系列視頻課程中免費試看，希望對大家有所幫助。</p><div contenteditable="false" width="100%">
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5.26汽車光學與多物理場耦合仿真技術專題研討會活動
邀請函
近年來，汽車光學及多物理場聯合仿真成為了汽車行業的前沿技術之一。從前照燈到倒車攝像頭都是汽車行業避不開的話題，設計一款卓越的汽車光學系統可以巧妙解決所有汽車照明設計難題。
多物理場耦合則為有多個同時發生的物理場的過程或系統提供了研究和應用平臺。它通過數學、物理、科學與工程應用以及數值分析等學科的雜交來探究多個物理領域的交互作用，并且在土體固結理論、流體動力學模擬、電動力學應用、流體-結構相互作用等領域都具有廣泛的應用。多個領域在汽車工業中的聯合應用，可以通過建立復雜的多場耦合仿真模型，快速、準確地預測汽車在復雜的物理環境下的響應情況，降低汽車設計和制造的成本和時間，提高汽車的安全性和可靠性。
本次汽車光學與多物理場耦合仿真專題研討會將圍繞著汽車光學、照明系統散熱、智能座艙等方向進行介紹和交流，尤其面向光學、多物理場、仿真與優化進行詳細的介紹。
展開 COMSOL Multiphysics電磁場與多物理場耦合仿真
COMSOLMultiphysics可以求解多場問題，完全開放的架構，任意獨立函數控制的求解參數，專業的計算模型庫，全面的第三方CAD導入功能，強大的網格剖分能力，大規模計算能力，豐富的后處理功能，專業的在線幫助文檔，多國語言操作界面，因此被應用于各個相關科研和產品研發領域
適合參加培訓學員對象：
（1）剛接觸comsol還未安裝軟件 （2） 用了一段時間但是基礎較差
（3.） 基礎的都會想解決自己的模型問題 （4）想系統性培訓學習comsol軟件
內容：
一，多物理場耦合仿真及COMSOL軟件介紹
二，COMSOL軟件基礎操作
三、低頻電磁場（ACDC）物理場技術詳解
四、實際案例模型操作
案例一、電磁探測（1）人體頭顱腫瘤MIT電磁探測（2）人體頭顱幾何畫法。（3）正向問題求解探討（4）發射角與接收角相位差計算。
展開 土石混合體多相多物理場耦合數值仿真 ￥5000
基于COMSOL軟件對土石混合體進行了數值仿真，考慮了土石混合體孔隙變化，細顆粒侵蝕，骨架結構變形，此問題是一個多場（滲流場、變形場、應力場、損傷場）多相介質（土顆粒集合體，塊石，空隙，孔隙）耦合的復雜問題。仿真結果如圖2所示。
圖1 幾何模型
顆粒運動分布
應力分布
孔隙滲流下的細顆粒遷移運動
圖2 數值仿真結果
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎合作交流
comsol電磁場與多物理場耦合專題線上培訓班
基礎的都會想解決自己的模型問題 （4）想系統性培訓學習comsol軟件
四、培訓講師
授課老師閻老師，來自國內知名科研院校，國家重點實驗室成員，有將近十年的comsol仿真經驗，主要擅長電磁、電磁熱、電磁熱流、磁流體、電磁結構、等離子體、激光、聲場等多物理場耦合建模仿真，歡迎廣大學員帶著自己的科研問題一起探討解決
五、 COMSOL Multiphysics電磁場與多物理場耦合仿真課表內容
一、多物理場耦合仿真及COMSOL軟件介紹
1、多物理場仿真的發展簡況。
2、操作界面介紹及操作技巧。
3、多物理場耦合的預定模式與耦合操作。
4、多物理場仿真軟件的關鍵特性
5、COMSOL軟件介紹
二，COMSOL軟件基礎操作
1、幾何建模：
COMSOL自帶幾何文件創建詳解， 幾何建模注意事項和建議，特殊幾何體建模，組合體和裝配體的異同
2、網格剖分：
網格劃分及各項功能詳解，網格剖分注意事項和網格收斂性判定，不同物理場的網格選擇與優化，網格質量判定與估計，自適應網格用法詳解。
3、后處理：
數據集處理以及求解數據的選擇，數據的二次處理繪圖
4、求解器：
直接求解器和迭代求解器的使用，從方程上求解上展示全耦合求解和分離式求解的異同，針對物理場如何選取和優化求解器。
5、參數、變量、函數、探針的作用及其使用方法，參數化掃描和助掃描的作用和使用。
三、低頻電磁場（ACDC）物理場技術詳解
1、麥克斯韋方程組微分形式講解和推導
2、電容、電感、電阻的控制方程和邊界條件設置，提取集總參數得到電容值，電感值。
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