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下載地址：多物理場(chǎng)耦合模型及數(shù)值模擬導(dǎo)論

內(nèi)置耦合物理場(chǎng)外，還可自定義物理場(chǎng)方程以進(jìn)行多物理場(chǎng)耦合分析[2,3]。流固耦合理論及控制方程[4]一般固體變形控制方程主要由三個(gè)方程構(gòu)成：應(yīng)力平衡方程、幾何變形方程、本構(gòu)方程。

“COMSOL多物理場(chǎng)耦合仿真技術(shù)與應(yīng)用-鋰離子電池”1.

多物理場(chǎng)方法，就是通過計(jì)算機(jī)仿真來(lái)分析物理力之間的復(fù)雜相互作用。通過將單獨(dú)的物理場(chǎng)求解器整合到統(tǒng)一的計(jì)算框架中，多物理場(chǎng)工作流程可幫助工程師根據(jù)物理場(chǎng)在現(xiàn)實(shí)世界中的情況，一次性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的行為進(jìn)行準(zhǔn)確建模。多物理場(chǎng)模型彌補(bǔ)了單物理場(chǎng)分析的不足之處。

通過ANSYS Workbench，可以將結(jié)構(gòu)、熱、流體和電磁場(chǎng)解算器結(jié)合在一起以實(shí)現(xiàn)真正的多物理模擬，可以在這些解算器之間自動(dòng)共享幾何圖元，以考慮場(chǎng)與場(chǎng)之間的耦合影響。 使用共享幾何圖形，ANSYS Workbench平臺(tái)可以建立不同的物理場(chǎng)，專家可以為他們的特定學(xué)科進(jìn)行單一物理模擬，在Workbench下拖動(dòng)場(chǎng)與場(chǎng)之間的數(shù)據(jù)鏈，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)物理場(chǎng)之間的系統(tǒng)級(jí)耦合分析。

多物理場(chǎng)仿真是一種綜合利用多個(gè)物理學(xué)領(lǐng)域的數(shù)學(xué)模型和仿真方法，以模擬復(fù)雜系統(tǒng)中不同物理場(chǎng)之間的耦合作用。它在工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品優(yōu)化和材料研究等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。然而，多物理場(chǎng)仿真面臨建立準(zhǔn)確的物理模型、處理耦合問題和對(duì)計(jì)算資源的要求等困難。多物理場(chǎng)仿真在解決復(fù)雜系統(tǒng)耦合問題的有效性是一個(gè)值得探討的話題。 本周討論話題：多物理場(chǎng)仿真是否是CAE的未來(lái)發(fā)展方向？

12月27-29日，安世亞太大咖慧將推出CFD仿真專題培訓(xùn)，內(nèi)容包含：多物理場(chǎng)仿真技術(shù)介紹及案例應(yīng)用、多物理場(chǎng)仿真中流固耦合技術(shù)介紹及案例、多物理場(chǎng)仿真中CFD與電磁耦合技術(shù)介紹及案例。專題課每天1講，每講包括課程講解和現(xiàn)場(chǎng)答疑兩個(gè)部分，歡迎感興趣的用戶報(bào)名聽課。

系統(tǒng)級(jí)的數(shù)值模擬將會(huì)越來(lái)越多，材料庫(kù)的出現(xiàn)將會(huì)加速此進(jìn)程。實(shí)現(xiàn)真正的多物理場(chǎng)耦合計(jì)算。在同一個(gè)計(jì)算平臺(tái)下，實(shí)現(xiàn)真正的、實(shí)時(shí)的多物理場(chǎng)耦合分析，區(qū)別于不同計(jì)算算法、不同軟件數(shù)據(jù)互換造成極大的計(jì)算資源浪費(fèi)。多物理場(chǎng)問題將不受算法或軟件的限制，對(duì)任意的物理場(chǎng)進(jìn)行組合從而計(jì)算任意的多物理場(chǎng)問題。比如，在電阻應(yīng)變片上當(dāng)電流改變時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，熱量導(dǎo)致電阻率的改變，從而影響了電流的改變。

：流體、傳熱、結(jié)構(gòu)、電磁? 多物理場(chǎng)數(shù)值分析基礎(chǔ)：強(qiáng)耦合/弱耦合/單向/雙向等等? Ansys CFD多物理場(chǎng)仿真流程基礎(chǔ)? Ansys CFD多物理場(chǎng)流程演示（CFX/Fluent) 第二天下午 ? Ansys 多物理場(chǎng)分析流程練習(xí)? Ansys 流體-傳熱耦合? Ansys 流體-結(jié)構(gòu)耦合? Ansys 傳熱-結(jié)構(gòu)耦合?

多物理場(chǎng)耦合則為有多個(gè)同時(shí)發(fā)生的物理場(chǎng)的過程或系統(tǒng)提供了研究和應(yīng)用平臺(tái)。它通過數(shù)學(xué)、物理、科學(xué)與工程應(yīng)用以及數(shù)值分析等學(xué)科的雜交來(lái)探究多個(gè)物理領(lǐng)域的交互作用，并且在土體固結(jié)理論、流體動(dòng)力學(xué)模擬、電動(dòng)力學(xué)應(yīng)用、流體-結(jié)構(gòu)相互作用等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。

協(xié)作式機(jī)器人和機(jī)器人是相對(duì)復(fù)雜且高度耦合的多物理場(chǎng)系統(tǒng)。

但異構(gòu)芯片集成與復(fù)雜互連架構(gòu)，催生了電源完整性（PI）、信號(hào)完整性（SI）、熱學(xué)、力學(xué)應(yīng)力等多物理場(chǎng)的強(qiáng)耦合效應(yīng)，傳統(tǒng)單物理域仿真方法已難以滿足多芯片系統(tǒng)驗(yàn)證的精度與效率要求。隨著新思科技完成對(duì)Ansys的整合，其提供的多物理場(chǎng)芯片-封裝-系統(tǒng)（CPS）仿真技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)Multi-Die設(shè)計(jì)的跨域協(xié)同分析，完成電，熱，結(jié)構(gòu)的聯(lián)合仿真。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合AEC實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到產(chǎn)熱/產(chǎn)氣速率方程，構(gòu)建了CTP電池系統(tǒng)熱失控多物理場(chǎng)仿真模型，揭示了熱量的傳播與氣體擴(kuò)散規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在Pack尾部布置3個(gè)50mm泄壓閥時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部的可燃?xì)怏w濃度能夠在17.3s內(nèi)降至爆炸下限（LEL）以下，從而降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;本案例首先通過軟件自帶模塊計(jì)算了此多物理場(chǎng)耦合問題，又通過PDE方程針對(duì)該問題開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算模塊，并將軟件自帶模塊與PDE模塊計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明了PDE模塊的正確性，可以為利用PDE模塊求解多物理場(chǎng)耦合問題提供一定的參考。

來(lái)自 Jabra 的特邀作者 Junghwan Kook 介紹了一個(gè)多物理場(chǎng)拓?fù)鋬?yōu)化框架，以及它的優(yōu)勢(shì)，并演示了如何使用它。Junghwan Kook 是參考文獻(xiàn) 1 的論文作者，其論文中的一些插圖被用在了這篇文章中。 本文介紹了一個(gè)使用 COMSOL API 接口和 LiveLink? for MATLAB? 構(gòu)建的多物理場(chǎng)拓?fù)鋬?yōu)化框架，此內(nèi)容已在參考文獻(xiàn) 1 上發(fā)表。

L-CVD的速度和溫度場(chǎng)，顯示與前驅(qū)體流動(dòng)相關(guān)的速度曲線（左）和汽化硅的速度流線（右）。基于仿真研究激光與材料相互作用的好處 已經(jīng)使用紅外微整形對(duì) NIF 激光器中的大約 13 萬(wàn)個(gè)損傷點(diǎn)進(jìn)行了修復(fù)，部分是利用研究人員的多物理場(chǎng)仿真結(jié)果進(jìn)行的優(yōu)化。這使得該項(xiàng)目中的光學(xué)器件得以循環(huán)使用，并大大降低了項(xiàng)目成本。

<p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Comsol以其強(qiáng)大的多物理場(chǎng)耦合能力、強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分以及高精度仿真結(jié)果廣泛應(yīng)用于能源行業(yè)，多工況下瓦斯抽采的多物理場(chǎng)耦合是一個(gè)復(fù)雜且關(guān)鍵的研究領(lǐng)域。</p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;在瓦斯抽采過程中，主要涉及到的物理場(chǎng)包括煤體變形場(chǎng)、瓦斯?jié)B流場(chǎng)、溫度場(chǎng)等，這些物理場(chǎng)之間的耦合作用對(duì)瓦斯抽采效果有著重要影響。

多功能求解器技術(shù)現(xiàn)在通常使用多個(gè)求解器來(lái)解決復(fù)雜的工程仿真任務(wù)。這種廣泛用于多物理場(chǎng)仿真的方法結(jié)合了為特定物理場(chǎng)設(shè)計(jì)的求解器，以分析不同的物理場(chǎng)如何影響所分析幾何體的整體行為并與之相互作用。從流固耦合仿真到氣動(dòng)聲學(xué)分析，再到各種復(fù)雜的流動(dòng)物理學(xué)，例如多相流和多組分流，以及與優(yōu)化框架的連接。

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(chǎng)耦合設(shè)置后，進(jìn)行物理場(chǎng)模擬運(yùn)算，運(yùn)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(chǎng)的模擬示意圖