多物理場數(shù)值模擬的案例
Tdyn 一款集結(jié)構(gòu)、流動、傳熱耦合的多物理場數(shù)值模擬軟件
Tdyn軟件是西班牙COMPASS公司研制的多物理場耦合數(shù)值模擬計算軟件，能與多數(shù)計算機輔助設(shè)計軟件（UG、Plo/e、CATIA）和計算機輔助分析軟件（FLUENT、Lsdyna）接口，是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用多物理場耦合數(shù)值模擬計算軟件。在機械制造、建筑結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料、船舶、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Tdyn功能強大，操作簡單方便，現(xiàn)在已成為國際流行的數(shù)值模擬分析軟件。
Tdyn集結(jié)構(gòu)、流動、傳熱耦合的多物理場數(shù)值模擬軟件
Tdyn軟件是西班牙COMPASS公司開發(fā)的多物理場耦合數(shù)值模擬計算軟件，能與多數(shù)計算機輔助設(shè)計軟件（UG、Plo/e、CATIA）和計算機輔助分析軟件（FLUENT、Lsdyna）接口，是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用多物理場耦合數(shù)值模擬計算軟件。在機械制造、建筑結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料、船舶、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Tdyn功能強大，操作簡單方便，現(xiàn)在已成為國際流行的數(shù)值模擬分析軟件之一。
功能模塊
Tdyn CFD+HT 模塊
Ransol模塊，流體動力學(xué)求解器
Heatrans模塊，傳熱分析
Advect模塊，質(zhì)量和組分的傳輸
Ursolver 模塊，通用 ( 用戶定義的 ) 微分方程求解器
Alemesh模塊，網(wǎng)格重分
RamSeries模塊
Basic模塊，線性靜力分析
Dynsol 模塊，動力 ( 模態(tài)和直接 ) 分析
Composite模塊，復(fù)合材料層合計算工具
Non-linear模塊，非線性，沖擊等先進分析工具
Coupling模塊，隱式流-固結(jié)構(gòu)耦合求解器
SeaFEM模塊
基本模塊，時域多體線性輻射衍射求解器
高級模塊，二階輻射衍射求解器和水彈性分析
展開 Comsol多物理場仿真軟件在滑坡數(shù)值模擬中的運用
摘 要：滑坡地質(zhì)災(zāi)害由于其成因機制特殊，涉及水與巖土體之間作用，有關(guān)能模擬流-固耦合的軟件相對較少。而Comsol作為一款多物理場仿真軟件，其“多孔彈性”接口很好的做到了達(dá)西定律與固體力學(xué)的耦合，對于評估流體導(dǎo)致巖土體的變形有很大的優(yōu)勢。基于此，文中以某實際滑坡案例為基礎(chǔ)，利用Comsol多物理場數(shù)值模擬軟件對滑坡進行了流-固耦合計算，獲取了滑坡的變形破壞機理及特征。
關(guān)鍵詞：Comsol多物理場仿真軟件;流-固耦合;滑坡;
引言
Comsol多物理場仿真軟件，涉及電氣、結(jié)構(gòu)、聲學(xué)、流體、傳熱等各個學(xué)科領(lǐng)域，對流-固耦合計算有天然的優(yōu)勢。對于針對滑坡問題中流-固耦合計算他有專門的計算接口“多孔彈性”接口，該接口主要對達(dá)西定律與固體力學(xué)進行了耦合。多孔塌陷模型主要描述了多孔介質(zhì)中流體與基體變形之間的相互作用，基體中流體的變化將產(chǎn)生流體壓力或同等水頭。因此在模擬水對巖土體作用時，其所采用的本構(gòu)方程具有極大的優(yōu)勢。
西南某滑坡處于淺層變質(zhì)巖區(qū)域，該區(qū)域年降雨充沛，基巖裂隙十分發(fā)育。因此，地下水較為發(fā)育，滑坡區(qū)內(nèi)可見多出下降泉。研究區(qū)內(nèi)主要分布巖性較為單一，為粉砂質(zhì)泥巖，是地下水主要賦存介質(zhì)。經(jīng)實地調(diào)查，該滑受地下水影響明顯，因此有必要進行流-固耦合計算。基于此，文中選用Comsol多物理場仿真軟件對該滑坡進行了流固耦合計算，分析了地下水對滑坡的作用特征與機理[1]。
一、軟件介紹
COMSOL Multiphysics是一款通用的多物理場耦合仿真軟件，內(nèi)部提供完全耦合的多物理場和單物理場建模功能、仿真數(shù)據(jù)管理，可用于工程、制造和科學(xué)研究的絕大多數(shù)領(lǐng)域。
展開 在求解多物理場模型時，你應(yīng)該選擇全耦合還是分步求解？ 附多物理場耦合模型及數(shù)值模擬導(dǎo)論下載
下載地址：多物理場耦合模型及數(shù)值模擬導(dǎo)論
基于COMSOL 多物理場耦合&偏微分方程（PDE）的甲烷水合物注熱-降壓聯(lián)合開采數(shù)值模擬
1、共采用5個物理場：水合物分解場、甲烷氣體滲流場、水滲流場、溫度場、固體力學(xué)場；
2、使用PDE模塊進行建模，使各個參數(shù)完全耦合起來；
3、考慮了開采前儲層的初始理化參數(shù)，如孔隙度phi_0、飽和度S_h0、彈性模量E_0等；
4、所有耦合方程采用文獻(xiàn)中現(xiàn)有的已證方程；
5、收斂性和魯棒性較好，方便后續(xù)建模參數(shù)修改；
6、僅作結(jié)果展示（分解時間1h），時間（0 0.001 1）；
7、友好交流共同進步，請私信聯(lián)系我。（請注明來意）。
8、工程應(yīng)用：水合注熱-降壓法開采、永久凍土區(qū)凍融、煤層氣開采流固耦合相關(guān)。
展開 土石混合體多相多物理場耦合數(shù)值仿真 ￥5000
基于COMSOL軟件對土石混合體進行了數(shù)值仿真，考慮了土石混合體孔隙變化，細(xì)顆粒侵蝕，骨架結(jié)構(gòu)變形，此問題是一個多場（滲流場、變形場、應(yīng)力場、損傷場）多相介質(zhì)（土顆粒集合體，塊石，空隙，孔隙）耦合的復(fù)雜問題。仿真結(jié)果如圖2所示。
圖1 幾何模型
顆粒運動分布
應(yīng)力分布
孔隙滲流下的細(xì)顆粒遷移運動
圖2 數(shù)值仿真結(jié)果
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎合作交流
流體多物理場數(shù)值計算軟件shonDy介紹
shonDy軟件具備下一代CFD技術(shù)的理念，將很多傳統(tǒng)工程問題的模擬從不可能變?yōu)榱丝赡堋?（2）不需要借助VOF等模型，就可以本質(zhì)地模擬流體的自由表面
傳統(tǒng)的網(wǎng)格方法需要計算流體不同組分的體積份額輸運方程，并使用Volume Of Fluid模型以獲得流體界面的法向方向，并通過流體的單相速度和界面法向方向計算流體在網(wǎng)格控制體前進的距離，并判斷流體的界面是否超過當(dāng)前網(wǎng)格的控制體，最后還需要進行界面重構(gòu)以獲得自由界面。這種數(shù)值方法不僅繁瑣，而且依賴于網(wǎng)格的劃分，對界面的法向方向計算也只是近似，不適合于復(fù)雜的自由表面流動。基于無網(wǎng)格方法shonDy軟件是將每一相的流體物質(zhì)進行離散，將流體抽象為運動的物質(zhì)點的集合，因此流體的自由表面是自然存在的。shonDy軟件采用了Virtual particle模型，用于模擬壓力邊界條件，虛擬粒子的壓力是環(huán)境壓力，該模型優(yōu)化了粒子法近自由界面的壓力場和粒子分布。另外，shonDy的流體張力模型可以很好地計算流體表面張力的作用。
（3）可以模擬激烈晃蕩條件下，流體撞擊壁面產(chǎn)生的碎化和噴濺
傳統(tǒng)的有限體積法可以使用VOF模型跟蹤流體自由界面，但是自由界面的捕捉是需要相鄰的網(wǎng)格控制體的物理量進行計算得到，這一點限制了傳統(tǒng)方法對于濺射問題的模擬。因此傳統(tǒng)的網(wǎng)格方法無法計算得到流體的噴濺液滴分布。shonDy軟件基于拉格朗日體系，離散的流體物質(zhì)點單元隨著流體運動，在流體撞擊壁面的情況下，流體會出現(xiàn)碎化和濺射的效果。齒輪箱的飛濺潤滑模擬，以及高速艦艇船首海浪噴濺的模擬都會涉及到這種現(xiàn)象。使用shonDy可以輕松模擬齒輪箱潤滑油分布，以及船首海浪噴濺等現(xiàn)象。
展開 壓力容器內(nèi)的熱-流多物理場耦合數(shù)值仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一壓力容器，考慮了兩種計算工況：（1）全開A口，關(guān)閉B口，關(guān)閉C口；（2）全開A口和B口，開放C口，容器內(nèi)的速度場、溫度場和壓力場的動態(tài)變化分布。仿真結(jié)果展示如下所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/342d08917781496b810f4fcd22fe8364.png" alt="m1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>幾何模型</strong></p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif" title="Untitled1-速度.gif" alt="Untitled1-速度.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4f1eace9fa1d4d2fbe7753f109b4d5a9.gif?
展開 基于Rsoft多物理場耦合的熱光調(diào)制模擬
是基于rsoft軟件中beam模塊耦合熱光調(diào)制物理場而展開模擬研究的。
圖1 熱光調(diào)制光開關(guān)基本幾何模型
其中加熱電極為鋁電極，具體配置的材料參數(shù)圖示如下圖2所示：
圖2鋁電極材料設(shè)置參數(shù)
其中參數(shù)WA,PxA均為參數(shù)變量，可自行設(shè)定控制波導(dǎo)所在位置。由于熱光調(diào)制效應(yīng)需要涉及到物理場熱光效應(yīng)模塊，因此對于波導(dǎo)、鋁電極材料分別進行相應(yīng)材料參數(shù)設(shè)定。具體如下圖3所示
圖3 波導(dǎo)材料及鋁熱電極熱光材料參數(shù)設(shè)定
在完成多物理場耦合設(shè)置后，進行物理場模擬運算，運算結(jié)果如下所示，由于溫度的變化導(dǎo)致波導(dǎo)表面的折射率發(fā)生相應(yīng)的改變：
圖4 溫度變化導(dǎo)致波導(dǎo)表面處有折射率變化
圖5 熱光調(diào)制光開光結(jié)果圖
如圖5所示，為耦合式光開關(guān)調(diào)控光場的模擬示意圖，藍(lán)色為入射光波導(dǎo)中的光監(jiān)測能量，綠色為耦合端波導(dǎo)的耦合光能量。因為加熱電極對耦合器的熱光調(diào)制作用會使得入射光端處的光能量更顯著一些，而耦合端的光能量較低。因此可實現(xiàn)光開關(guān)的閉合和通路的作用。
最后，有需要歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。
展開 多物理場耦合下的液滴蒸發(fā)收縮模擬 ￥1500
本案例基于流場、熱場、動網(wǎng)格、濃度場、電場以及邊界方程描述等多個物理場，數(shù)值仿真了液滴蒸發(fā)時內(nèi)部流場變化以及收縮變形過程，仿真結(jié)果如圖所示：
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(fā)，講述多物理場耦合方程的推導(dǎo)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(jié)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?
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使用 ANSYS Workbench對電源模塊進行多物理場模擬計算
引入分析工具，設(shè)計工程師能夠生成物理模型的虛擬結(jié)構(gòu)，基于產(chǎn)品所處于的真實物理環(huán)境，對其進行CAE分析計算。引入分析工具可以使產(chǎn)品的復(fù)雜性得以提前驗證，同時也縮短設(shè)計周期。這比傳統(tǒng)上試錯原型的方法要快得多。
當(dāng)前，很多機構(gòu)已經(jīng)對各類工程學(xué)科采用了模擬過程。傳統(tǒng)上，工程師分別使用流體、熱、結(jié)構(gòu)或電子分析工具來設(shè)計產(chǎn)品的特定方面。然而不同物理場的隔離、斷開，工程師們無法考慮到產(chǎn)品所有的設(shè)計可能會對其他學(xué)科或整個系統(tǒng)造成的影響。
ANSYS軟件的功能使工程師能夠深入了解特定的多物理現(xiàn)象以及它們之間的相互關(guān)系。電力工程師可以考慮到由于導(dǎo)體的焦耳加熱造成的材料電阻率的變化，可以在CAE軟件中看到電路板內(nèi)的電壓損失、熱流分布。
通過ANSYS Workbench，可以將結(jié)構(gòu)、熱、流體和電磁場解算器結(jié)合在一起以實現(xiàn)真正的多物理模擬，可以在這些解算器之間自動共享幾何圖元，以考慮場與場之間的耦合影響。
使用共享幾何圖形，ANSYS Workbench平臺可以建立不同的物理場，專家可以為他們的特定學(xué)科進行單一物理模擬，在Workbench下拖動場與場之間的數(shù)據(jù)鏈，可以實現(xiàn)對多個物理場之間的系統(tǒng)級耦合分析。這種協(xié)作設(shè)計模式意味著所有的專業(yè)都可以在模擬的初始階段進行處理，而不是在昂貴的原型制造階段或最終生產(chǎn)階段再進行測試實驗。
某電力輸送裝置，在其設(shè)計過程中必須考慮多物理場之間的影響，它必須符合特定的標(biāo)準(zhǔn)才能上架。美國聯(lián)邦通信委員會規(guī)定其必須滿足有關(guān)電氣排放的任務(wù)（FCC）法規(guī)以及公共辦公環(huán)境中的聲噪聲標(biāo)準(zhǔn)以及產(chǎn)品可靠性的熱考慮。在三維有限元電磁場求解器Ansys HFSS中可以模擬電發(fā)射測試，以確定設(shè)計是否通過fcc電磁干擾(Emi)。
展開 ANSYS Workbench精選案例｜對電源模塊進行多物理場模擬計算
引入分析工具，設(shè)計工程師能夠生成物理模型的虛擬結(jié)構(gòu)，基于產(chǎn)品所處于的真實物理環(huán)境，對其進行CAE分析計算。引入分析工具可以使產(chǎn)品的復(fù)雜性得以提前驗證，同時也縮短設(shè)計周期。這比傳統(tǒng)上試錯原型的方法要快得多。
當(dāng)前，很多機構(gòu)已經(jīng)對各類工程學(xué)科采用了模擬過程。傳統(tǒng)上，工程師分別使用流體、熱、結(jié)構(gòu)或電子分析工具來設(shè)計產(chǎn)品的特定方面。然而不同物理場的隔離、斷開，工程師們無法考慮到產(chǎn)品所有的設(shè)計可能會對其他學(xué)科或整個系統(tǒng)造成的影響。
ANSYS軟件的功能使工程師能夠深入了解特定的多物理現(xiàn)象以及它們之間的相互關(guān)系。電力工程師可以考慮到由于導(dǎo)體的焦耳加熱造成的材料電阻率的變化，可以在CAE軟件中看到電路板內(nèi)的電壓損失、熱流分布。
通過ANSYS Workbench，可以將結(jié)構(gòu)、熱、流體和電磁場解算器結(jié)合在一起以實現(xiàn)真正的多物理模擬，可以在這些解算器之間自動共享幾何圖元，以考慮場與場之間的耦合影響。
使用共享幾何圖形，ANSYS Workbench平臺可以建立不同的物理場，專家可以為他們的特定學(xué)科進行單一物理模擬，在Workbench下拖動場與場之間的數(shù)據(jù)鏈，可以實現(xiàn)對多個物理場之間的系統(tǒng)級耦合分析。這種協(xié)作設(shè)計模式意味著所有的專業(yè)都可以在模擬的初始階段進行處理，而不是在昂貴的原型制造階段或最終生產(chǎn)階段再進行測試實驗。
某電力輸送裝置，在其設(shè)計過程中必須考慮多物理場之間的影響，它必須符合特定的標(biāo)準(zhǔn)才能上架。美國聯(lián)邦通信委員會規(guī)定其必須滿足有關(guān)電氣排放的任務(wù)（FCC）法規(guī)以及公共辦公環(huán)境中的聲噪聲標(biāo)準(zhǔn)以及產(chǎn)品可靠性的熱考慮。在三維有限元電磁場求解器Ansys HFSS中可以模擬電發(fā)射測試，以確定設(shè)計是否通過fcc電磁干擾(Emi)。
展開 一路“標(biāo)”升！無錫超算神工坊團隊將全力保障NaViiX軟件開發(fā)優(yōu)化與云端推廣
通過本項目的研發(fā)，神工坊將依托自主研發(fā)的高性能多域多物理場數(shù)值模擬框架，開展面向國產(chǎn)超算平臺的NaViiX軟件大規(guī)模并行開發(fā)，實現(xiàn)NaViiX軟件并行規(guī)模超10萬核，網(wǎng)格規(guī)模達(dá)到10億量級， 完成NaViiX并行求解器整體向國產(chǎn)超算平臺的移植。
“神工坊”高性能多域多物理場數(shù)值模擬框架
此外，憑借仿真云應(yīng)用開發(fā)技術(shù)和平臺優(yōu)勢，神工坊將運用云端圖像應(yīng)用集成框架，完成NaViiX軟件GUI定制開發(fā)及跨平臺部署，支持Win7、Win10、Linux以及國產(chǎn)操作系統(tǒng) ，幫助NaViiX軟件面向全行業(yè)進行在線推廣 。
近年來，神工坊始終秉持“仿真驅(qū)動創(chuàng)新，計算引領(lǐng)未來”的核心理念，通過與國內(nèi)科研院所、頂尖高校及行業(yè)重點企業(yè)的緊密合作，在聯(lián)合科技攻關(guān)、科技創(chuàng)新資源的整合等方面取得了豐碩的成果，為推動工業(yè)仿真軟件國產(chǎn)化替代提供有力支撐。
仿真軟件并行架構(gòu)升級
通過高性能改造，神工坊能夠讓您的軟件快速擁有大規(guī)模并行的能力，適配超級計算機發(fā)揮出極限性能。基于高性能數(shù)值模擬框架，可以低代碼開發(fā)的同時高效實現(xiàn)物理模型和求解器，從而快速轉(zhuǎn)化為軟件工具。
仿真軟件云化開發(fā)
憑借仿真云應(yīng)用開發(fā)技術(shù)和平臺優(yōu)勢，神工坊運用云端圖形應(yīng)用集成框架，使仿真軟件具備云端圖形界面和云端3D圖形交互能力。基于神工坊平臺，幫助自研仿真應(yīng)用面向全行業(yè)進行在線推廣。
展開 基于COMSOL軟件的三維封裝電遷移Cu互連線的多物理場模擬仿真 ￥2000
本案例提出一種新的電遷移仿真建模方法，通過COMSOL多物理場軟件建立了經(jīng)典三維Cu互連線結(jié)構(gòu)。通過有限元仿真得到三維互連線的溫度、電流密度和應(yīng)力分布，獲得了更優(yōu)的數(shù)據(jù)仿真結(jié)果。仿真模型如圖1所示。仿真結(jié)果如圖2所示。
圖1 幾何模型
Cu互連線中等溫面分布
Cu互連線的電流密度分布圖
Cu互連線應(yīng)力分布圖
Cu互連線中電遷移導(dǎo)致的原子擴散通量散度分布
Cu互連線熱遷移原子擴散通量散度分布
圖2 數(shù)值仿真結(jié)果
結(jié)果顯示，金屬互連線中電流在直角內(nèi)側(cè)有嚴(yán)重的淤積現(xiàn)象，電遷移在互連線轉(zhuǎn)折處最為劇烈;高溫區(qū)域位于直角內(nèi)外側(cè)之間，熱遷移的程度隨著溫度的升高而升高;高應(yīng)力區(qū)域主要是互連線的外邊緣處，但是應(yīng)力遷移在總體電遷移中占比較小，幾乎可以忽略。另外，Cu互連線的抗電遷移性能總體優(yōu)于Ag互連線，是優(yōu)異的高密度集成電路導(dǎo)體材料。
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展開 多物理場數(shù)值模擬的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
多物理場數(shù)值模擬多物理場耦合模型及數(shù)值模擬導(dǎo)論多物理場建模多物理場專家多物理場模型多物理場優(yōu)化 多物理場仿真工程熱物理 多物理場耦合模型及數(shù)值模擬導(dǎo)論fluent電弧熔絲焊接增材傳熱傳質(zhì)多物理場耦合數(shù)值模擬課程總結(jié)于comsol 多物理場耦合&偏微分方程（pde）的甲烷水合物注熱-降壓聯(lián)合開采數(shù)值模擬多物理場仿真:數(shù)值方法及工程應(yīng)用多物理場耦合模型和數(shù)值導(dǎo)論基于comsol 多物理場耦合&偏微分方程（pde）的甲烷水合物注熱-降壓聯(lián)合開采數(shù)值模擬
