力學與多物理場耦合的案例
“COMSOL軟件+多物理場耦合仿真”培訓第十期：網格/流動傳熱/光電/力學/電磁場分析/經典案例
各企事業單位、高等院校及科研院所：
COMSOL是一款大型的高級數值仿真軟件，廣泛應用于各個領域的科學研究以及工程計算，在多物理場耦合分析方面有其獨到的優勢，因此被應用于各個相關科研和產品研發領域，在我國擁有非常廣闊的前景。多物理場耦合仿真分析是近年來應用比較廣泛的有限元仿真分析方法，大大的縮短了產品研發周期，提高科研效率。為進一步推動高等院校、科研院所及企事業單位在COMSOL多物理耦合研究工作的開展，中科軟研（北京）科學技術中心（http://www.fzby.org.cn/）特邀一線專家共同舉辦COMSOL通用多物理場耦合仿真核心技術應用與案例實戰在線培訓班。本次培訓課程從幾何創建、交互式網格剖分技術、模型設定、后處理、多物理場模擬等方面進行了介紹，并結合實際案例進行了詳細的講解和具體的操作指導。由中科軟研（北京）科學技術中心主辦、北京富卓佰揚科技有限公司承辦。具體事宜如下：
1 培訓目標
1、能夠利用COMSOL軟件進行具體項目和科研工作的開展；
2、對配套的專業多物理場仿真理論有較深的理解，并掌握軟件的使用。
3、通過原理解析、大量實例操作強化應用，提升學員解決實際工程問題的能力。
4、建立學員微信群，學完后可以繼續在群里與主講老師、同學交流問題，鞏固學習內容。
注：參加線上培訓，以后本人可以免費參加相同線上及線下課程，不限次數、學會為止！
2 培訓優勢
1、報名繳費后提前獲取電子講義及模型，可提前預習；全程錄制視頻，支持回放；
2、培訓老師理論和工程經驗豐富，我們會結合學員實際需求備課并補充相關內容；
3、培訓結束后，培訓老師留給學員手機和Email，提供技術支持，充分保證培訓后出效果。
3 培訓專家
中國科學院、清華大學、四川大學等科研機構的高級專家。
展開 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%">
<img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/202110/08bf00d2dfd84d9398031b607f8ff478.png" title="屏幕截圖 2021-10-16 173003.png" alt="屏幕截圖 2021-10-16 173003.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202110/08bf00d2dfd84d9398031b607f8ff478.png?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202110/08bf00d2dfd84d9398031b607f8ff478.png?
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
“全耦合”特征中使用的迭代求解器。
“分離步驟”特征中使用的直接求解器。
下載地址：多物理場耦合模型及數值模擬導論
鋁電解槽多物理場耦合分析之電熱場耦合計算
然而，鋁電解過程是一個電場、磁場、熱場、力場、流場以及濃度場復雜多物理場共同作用的過程，分析各場的作用機理，才能準確的描述鋁電解槽運行規律。開展多物理場仿真研究，逐步掌握鋁電解槽的運行規律，實現高效率、低能耗的鋁電解槽生產是鋁電解技術發展的趨勢。
電熱場耦合計算
1 模型說明
電熱場計算模型主要包括：立柱母線、大母線、陽極導桿、爆炸焊、陽極鋼爪、磷生鐵、陽極炭塊、電解質、鋁液、爐幫、陰極炭塊、鋼棒、扎糊、槽殼、搖籃架以及側部和底部的保溫材料。
槽幫模型的建立是通過建立槽幫橫截面形狀再拉伸而成。通過不斷調整橫截面形狀，可以調整槽幫模型，最終使槽幫表面節點溫度達到電解質結晶點。
拉伸而成的槽幫模型和角部炭塊模型有一部分是重疊的，需要進行布爾操作，而Solidworks里面沒有相減的布爾操作，所以布爾操作在導入workbench后進行。
陽極高度根據換極表確定。
圖1熱場計算整體模型
2 邊界條件
1、電場邊界條件
（1）立柱母線底部施加總電流420KA
（2）陰極鋼棒端頭施加零電位
2、熱場邊界條件
（1）電解槽周圍溫度按照車間實測溫度施加為50℃，覆蓋料表面溫度施加為槽內煙氣溫度120℃，其余位置根據實測結果給出。
（2）覆蓋料與槽罩內的空氣為對流和輻射換熱，綜合傳熱系數由公式確定。
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。
展開 COMSOL Multiphysics電磁場與多物理場耦合仿真專題線上培訓班
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。
展開 2021年comsolACDC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。
展開 Cotherm 多物理場耦合方案
Cotherm作為一款專業的CAE耦合工具，在三維熱流耦合方面，支持TAITherm與CFD工具的穩態耦合、準瞬態耦合以及全瞬態耦合三種自動耦合實現方式，用戶可以使用CoTherm的GUI界面直接編輯耦合流程進行耦合設置，而無需使用復雜的腳本，耦合仿真過程更加直觀，并減少了用戶操作，提升產品開發效率，從而使用戶更專注于實際分析。
在針對特定的多學科耦合性強的問題，僅通過熱流耦合不能對問題進行完整的求解。需要進行一三維或多學科一維模型集成求解。如熱系統加控制算法聯調優化、駕駛循環熱舒適度模擬以及熱管理系統優化等等。Cotherm 2021.1版本增強了TAITherm與多種一維工具耦合仿真的功能，包括與Matlab-Simulink耦合、與GT-SUITE軟件耦合以及與FMU模型耦合，其中支持FMU模型集成耦合，為集成支持FMI協議的多種一維工具提供了條件，如KULI、Dymola、AMESim、Flomaster等等。本文將結合相關案例對多物理場耦合方案進行簡要介紹。
MATLAB-Simulink & TAITherm耦合功能
通過MATLAB-Simulink & TAITherm耦合方案，可實現三維熱模型和控制算法聯合仿真，詳細的熱模型作為控制算法被控對象，還原真實熱系統運行環境，指導熱系統和控制算法優化。
?? 案例介紹
以一個黑箱石墨加熱器PID控制模型為例，通過PID調控石墨加熱體兩端的電壓，石墨加熱體以輻射傳熱的形式控制試驗件的溫度。其中，傳熱過程由TAITherm計算模擬，控制過程由Simulink模擬。
展開 鋁電解槽多物理場耦合分析之電-熱-結構耦合計算
圖6 電解槽Mises應力
4 小結
本文建立了電解槽熱應力-鈉膨脹耦合計算模型，提出了利用傳熱和擴散的相似性來模擬鈉擴散的方法，并根據計算出的鈉濃度分布把鈉膨脹轉化為熱膨脹，模擬了電解槽的鈉膨脹應力和熱應力。模型中考慮了材料非線性、摩擦接觸非線性以及部分保溫內襯的受熱收縮效應，得出了與實際情況比較相近的結果。
電磁炮多物理場耦合仿真 ￥800
</p><p>本案例模擬了電磁炮從發射到射出軌道的整個過程，具體計算得到磁場、電場、速度場和溫度場的動態變化規律，仿真結果如下所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202112/05ed44ffff8e4625a7ed6955ca295f5b.gif" alt="磁場變化.gif"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202112/13d7e90c948a4ef7890921e9e02a8d6a.gif" alt="電場變化.gif"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202112/4f1d678ba62a4c53b15b31665905c4bb.gif" alt="速度場變化.gif"></p><div contenteditable="false" width="100%">
<p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202112/e915e864c9134321b7088974a84ca90f.gif" title="溫度場變化.gif" alt="溫度場變化.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202112/e915e864c9134321b7088974a84ca90f.gif?
展開 陶瓷坯體的多物理場耦合仿真 ￥1000
本案例建立了一加熱爐內陶瓷模型，基于COMSOL軟件中的固體力學模塊、固體和流體傳熱模塊、湍流流體模塊、動網格以及結合PDE描述的含水量變化，模擬了一多孔介質模型的陶瓷坯體加熱過程中的體積變化，仿真結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎交流模型！
HyperWorks多物理場仿真：流固耦合
背景介紹
最初的流固耦合FSI(Fluid-Solid Interaction)專指研究流體載荷對彈性結構的影響，例如飛機機翼氣動彈性問題，船舶螺旋槳的水彈性問題，核反應堆燃料棒的渦激振動問題等等。在數值仿真領域FSI概念擴展到一般性的CFD模型和FEA模型的數據交換問題。
FSI真實案例：大橋與風場組成了耦合系統，大風產生了一定頻率的卡門渦脫落，這個頻率與耦合系統中的結構固有頻率相近，使系統發生了共振，大橋劇烈晃動直至崩塌。
大橋劇烈晃動直至崩塌
HyperWorks的流體求解器AcuSolve流固耦合分析分為四種情況：
?分析穩態的流場壓力和溫度場對固體變形的影響，也叫 TFSI (Thermal-FSI)屬于單向耦合；
?分析流體動載荷引起的固體振動現象，也叫P-FSI (Practical FSI)，屬于單向耦合；
?瞬態流動引起固體大變形，并反饋給流場，也叫DC-FSI (Direct Coupling FSI)，屬于雙向耦合。
?固體本身的變形量很小，可以認為是剛體，但是整體產生比較大的位移，可以采用CFD耦合MBD多體動力學分析，也屬于雙向耦合。
以上幾種分析都可以在SimLab模塊中完成，流固交界面的耦合數據在后臺傳遞，無需用戶編輯腳本。
TFSI模型的計算代價最小，通常用于流體靜載荷或溫度梯度引起的固體小變形，例如汽車排氣管的熱應力，發動機水套的熱應力，車燈的熱應力等等場景。
排氣歧管的TFSI分析案例
AcuSolve模型的管路入口為高溫高壓氣體，管路出口為大氣壓和環境溫度，管路外壁面是自然對流散熱邊界。AcuSolve結果傳遞給求解器OptiStruct再分析管路的熱應力和變形。
展開 化工中的流體力學問題（附多物理場視頻）
來源：汽航院
視頻：《攪拌應用中的多物理場問題 - 仿真辟新徑》
對化工和過程工業而言，攪拌不充分可致損數百萬美元/歐元。
CFD（計算流體力學）和DEM（離散單元建模）仿真可為諸多攪拌相關問題提供解決之道——無法通過分析或實驗方法獲得的解決之道。對化工和過程工業而言，攪拌不充分可致損數百萬美元/歐元。
在本次網絡研討會中，您將了解到過程開發工程師如何使用基于應用程序（Simcenter STAR-CCM+ Mixing Vessel Workflow，原名Admixtus）的模板克服仿真新手經常遇到的難題——設置幾何體、合理的網格和足量的物理場，從而有效且高效地執行仿真和設計探索。
展開 