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Comsol软件介绍

我不是做广告的啊 COMSOL 介绍 COMSOL Multiphysics 多物理关注前沿科技,解决多场直接耦合难题——COMSOL Multiphysics 助您登上科学的巅 峰 COMSOL Multiphysics 是一款大型的高级数值仿真软件。广泛应用于各个领域的科学研究以 及工程计算,被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。模拟 科学和工程领域的各种物理过程,COMSOL Multiphysics 以高效的计算性能和杰出的多场双 向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。 COMSOL 公司于 1986 年在瑞典成立, 目前已在全球多个国家和地区成立分公司及办事机构。 COMSOL Multiphysics 起源于 MATLAB 的 Toolbox,最初命名为 Toolbox 1.0。后来改名为 Femlab 1.0(FEM 为有限元,LAB 是取自于 Matlab) ,这个名字也一直沿用到 Femlab 3.1。 从 2003 年 3.2a 版本开始,正式命名为 COMSOL Multiphysics。 COMSOL Multiphysics 以其独特的软件设计理念,成功地实现了任意多物理场、直接、双向 实时耦合,在全球领先的数值仿真领域里得到广泛的应用。 在全球各著名高校,COMSOL Multiphysic 已经成为教授有限元方法以及多物理场耦合分析 的标准工具,在全球 500 强企业中,COMSOL Multiphysic 被视作提升核心竞争力,增强创 新能力,加速研发的重要工具。 2006 年 COMSOL Multiphysics 再次被 NASA 技术杂志选为"本年度最佳上榜产品", NASA 技术杂志主编点评到,"当选为 NASA 科学家所选出的年度最佳 CAE 产品的优胜者,表明 COMSOL Multiphysics 是对工程领域最有价值和意义的产品。" COMSOL Multiphysics 显著特点 求解多场问题 = 求解方程组,用户只需选择或者自定义不同专业的偏微分方程进行任意组 合便可轻松实现多物理场的直接耦合分析。 完全开放的架构,用户可在图形界面中轻松自由定义所需的专业偏微分方程。 任意独立函数控制的求解参数,材料属性、边界条件、载荷均支持参数控制。 专业的计算模型库,内置各种常用的物理模型,用户可轻松选择并进行必要的修改。 内嵌丰富的 CAD 建模工具,用户可直接在软件中进行二维和三维建模。 全面的第三方 CAD 导入功能,支持当前主流 CAD 软件格式文件的导入。 强大的网格剖分能力,支持多种网格剖份,支持移动网格功能。 大规模计算能力,具备 Linux、Unix 和 Windows 系统下 64 位处理能力和并行计算功能。 丰富的后处理功能,可根据用户的需要进行各种数据、曲线、图片及动画的输出与分析。 专业的在线帮助文档,用户可通过软件自带的操作手册轻松掌握软件的操作与应用。 多国语言操作界面,易学易用,方便快捷的载荷条件,边界条件、求解参数设置界面。 COMSOL MULTIPHYSICS? 基本模块 COMSOL Multiphysics 的模拟环境使得建模分析过程中的各个步骤(定义几何模型、指定物 理特性、剖分网格、求解以及结果后处理)都变得非常的容易实现。 基于大量的预先定义的模型界面,包括从流体流动、热量传输到结构力学和电磁场分析,可 以十分迅速的建立分析模型。材料属性、源项、边界条件可以定义为基于独立变量的任意函 数。 在几分钟之内就可以完成一个多物理场的模拟。 预先定义的多物理场应用模板可以求解大量 的一般性问题。 您也可以选择自己定义不同的物理场从多物理场菜单上, 或者指定自己的偏 微分方程,实现与其它方程与物理场的耦合。

COMSOL Multiphysics 可以作为您将来建模的一个基本的工具,它的多功能性、灵活性和实 用性可以通过附加模块极为方便的拓展,同时二次开发工具 COMSOL Script 作为一种单独 的技术编程语言,可以实现对 COMSOL Multiphysics 建模的理想补充。 可以选择模块 COMSOL Multiphysics 提供无限的模型需要的解决方案。您可以为自己的 CAD 包增加一个 需要的界面和脚本。 特定的模块包括术语、材料库、求解器和原理以及应用领域专门的可视化工具,加上通用的 求解方案,每个附加模块都带有大量的可以运行的模型算例和详细的模型帮助文件。 AC/DC 模块( AC/DC Module) 声学模块 (Acoustics Module) CAD 导入模块( CAD Import Module) 化学工程模块 ( Chemical Engineering Module) 地球科学模块(Earth Science Module) 热传递模块 ( Heat Transfer Module) 材料库(Material Library ) 微机电模块 ( MEMS Module) 射频模块(RF Module) 结构力学模块 (Structural Mechanics Module) 反应工程实验室(Reaction Engineering LAB) 外部接口 SolidWorks 实时交互 Simpleware ScanFE 模型导入 MATLAB 和 Simulink 结合编程 MatWeb 公司材料库导入 Pspice 电路模型建立及导入 ACOUSTICS MODULE 声学模块 COMSOL Multiphysics 声学模块是一个专门针对声学模型的世界级求解器。简单易用的应用 模式让用户可以轻松求解声波在水、空气、其他液体甚至固体中的传播。 声学模块主要用于分析那些产生、 测量和利用声波的设备。 应用领域包括音频产业比如扬声 器、麦克风、助听器等,噪声控制设备比如消声器、隔音屏障以及建筑中的声学应用。 通过声学模块可以轻松实现声固耦合。这种特性使得它在医疗技术中的声纳换能器的设计、 无损检测以及噪声和振动控制等领域中得到广泛的使用。 该模块还有一个专门针对空气声学的接口,主要是用来模拟控制飞机发动机噪声。另外,通 过和其他模块的耦合,增强了经典声学的应用范围并且使得结果更为精确。 应用实例 声固耦合 空气声学传播 助听器 扩音器和麦克风的设计以及评估 医疗超声及组织响应仿真 MEMS 声波传感器 机械设备中的噪声和振动控制 降噪措施-声障,结构材料,隔音板的设计

压电式换能器的设计 抗性和吸收消声器 无损检测 声纳响应仿真 声纳换能器的设计和评估 声学环境仿真-扩音器在房间和汽车内部的放置 声学教学 AC/DC MODULE AC/DC 模块 AC/DC 模块可以模拟电容、电感、电动机和微传感器的性能。虽然这些设备主要特征是电 磁场,但是他们有时也会受到其它类型物理场的影响。例如,温度的影响有时能够改变材料 的电学性质,因此在设计过程中需要充分了解发电机内电机的变形和振动规律。 AC/DC 模块的功能囊括了静电场、 静磁场、 准静态电磁场以及与其它物理场的无限制耦合。 当考虑电子元件作为大型系统的一个部件时,AC/DC 模块提供了一个可以从 SPICE 电路元 件列表中进行选择的界面, 以便用户可以选择需要的电路元件进行后续的二维、 三维有限元 模拟。然后,通过运行单独的集总和高清晰混合系统进行分析。 应用实例 电容、电感和电阻 电路控制 电焊和静电放电 电声传感器和扬声器 电磁兼容和干扰 电磁换能器、传感器和变压器 高电压分布和轨道炮 绝缘和传导 静磁和电磁屏蔽 MEMS 和霍尔传感器 电动机、发电机和其他电机 塞贝克冷却 等离子体模拟和磁流体动力学 电磁设备的噪音传播 焦耳热和感应加热 射频识别标签和阅读器 半导体制造、晶圆加工和感应电炉 CHEMICAL ENGINEERING MODULE 化学工程模块 基于 Bird, Stewart 和 Lightfoot 的经典著作《传递现象》的原理,化学工程模块是针对过程 相关模拟的完美工具。这个专门设计的模块简便地将传递现象—计算流体力学、质量和能量 传递—全部耦合到化学反应动力学中。 我们已优化了此模块用于模拟反应器, 过滤和分离装置, 热交换器和化学工业中其他常见设 备。其他模拟界面考虑了电化学体系(比如燃料电池)和受电场影响的传递的应用,比如电 泳和电动流。 化学工程模块无缝地整合了 COMSOL Multiphysics 对多物理场和基于方程模拟的能力。 后者 的特征考虑了包括任意表达式,函数或材料性质的外部数据以及传递方程的源项。

应用实例: 间歇式反应器,发酵槽和结晶器 色谱和电泳 腐蚀 旋流器,分离器,洗涤器和沥滤装置 废气后处理和排放操纵装置 过滤和沉降 燃料电池和电池组 热交换器和混合器 均匀和非均匀两相流-乳状液,悬浮液,气泡柱和喷射 微流和芯片实验室系统 多组分和膜传递 填充层反应器 活塞流和管状反应器 聚合过程和非牛顿流体动力学 预燃室和内燃机 催化重整转化器 EARTH SCIENCE MODULE 地球科学模块 现成的接口使得模拟跟地下流动相关的单一和耦合过程变得十分容易。 地球科学模块非常适 合用来研究诸如多孔介质中油和气体的流动,地下水流动模拟以及土壤中的污染扩散问题。 Richards 方程、Navier-Stokes 方程、Darcy 定律以及 Darcy 定律的 Brinkman 扩展等可以很 容易的被应用到模型当中。此外,还可以处理传送和溶质反应以及多孔介质中的热量传递。 为了展示软件对于模拟地球物理和环境科学的多物理场问题的强大功能, 地球科学模块的模 型库中提供了丰富的实例,展现各个应用模式(不同模块)之间的任意耦合,例如固体变形 与电磁场的耦合。 应用实例 江口、河口和水滨分析——流动、水平对流和扩散 气体贮存、补充和螯合作用。 基于磁流体动力学的岩浆流动 多孔介质和纤维性材料的机械和重力脱水 石油提取分析 在地下、地表和大气中的污染物质扩散分析 饱和和非饱和多孔介质流体分析 浅水流动和河流泥沙运动 多孔介质中的单相、多相泡沫流 地下水位分析和盐湖入侵地下水分析 多孔弹性基础上波的传播和流动 水源分析 HEAT TRANSFER MODULE 传热模块 COMSOL Multiphysics 的传热模块可以解决包括热传导、热对流、热辐射以及三者任意组合 的问题, 广泛应用于科研和实际生产中的各个领域。 对于各种物理模型可采用不同的应用模 式,包括面-面辐射,非等温流体,薄层结构和壳中的热传导,生物组织内的热传导等。

传热模块可以与 COMSOL Multiphysics 其他模块任意进行组合。在解决电子工业、热处理过 程和加工、医疗技术和生物工程中遇到的实际问题中发挥了很大的作用。 应用实例 生物热处理及热疗 铸造和热处理过程 电子电器系统及电源的对流冷却 烘干和冷冻干燥 食品加工、烹饪和杀菌 搅拌摩擦焊 熔炉设计 热交换器 建筑设计中采暖通风与空调系统的计算 材料热处理 电阻生热和感应生热 热力学设计-刹车盘,冷却法兰,排气管 利用辐射的真空加工 焊接 MEMS MODULE 微机电系统模块 MEMS 模块应用于微观世界各种物理现象的仿真,例如微传感器、微执行器、微流和微小压 电器件中的多物理场耦合模拟计算。 MEMS 的自然属性决定了它的大多数应用模型是多物理场问题,通常包含有电磁-结构、热结构、流体-固体(FSI) 、电磁-流体等。通过 MEMS 模块预定义的大量物理方程,不管您研 究的问题有多么的复杂, 您只需选取相对应的物理方程即可轻松实现各种复杂现象的耦合模 拟计算。 MEMS 模块包含的分析类型有静态、准静态、瞬态、模态、参数化以及频率响应等。 应用实例 加速度计 执行器 悬臂梁和其它开关 生物医学传感器 DNA 芯片、片上实验室 微通道中流固耦合 微通道中两相流 喷墨 MEMS 声换能器 MEMS 电容器 MEMS 热传感器 微反应器、微泵、微混合器 微波传感器 MOEMS、VCSELS 压电、压阻器件 射频 MEMS 器件 传感器

声表面波传感器和滤波器 RF MODULE RF 模块 对于射频、微波和光学工程的模拟,通常需要分级求解较大规模的传输设备。RF 模块则提 供了这样的工具,包括最佳求解器的选择。因此,您可以轻松地模拟天线、波导、微波以及 光学元件。 RF 模块提供了高级的后处理工具,如 S-参数计算和远场分析等,这使得 COMSOL 的模拟分 析能力得以进一步完善。此外与 COMSOL 卓越的多物理场耦合功能相联合,您可以得到电 磁波行业多物理场分析的最佳解决方案。 应用实例 天线、波导和谐振腔 Bloch-Floquet 周期列阵结构 循环器和方向耦合器 表面等离子体生热 高速互联 超材料 微波和射频加热 微波癌症治疗 微波器件 微波烧结 石油探测/海床探测 散射和雷达散射截面的散射场公式 天线的 S 参数分析 波导和光子中的应力光学效应 天线和波导中的热应力效应 手机辐射对生物组织加热 传输线/波导线 STRUCTURAL MECHANICS MODULE 结构力学模块 COMSOL Multiphysics 结构力学模块专门用来计算结构的受力及变形情况。针对实际情况, 包括了一些相对应的应用模式,比如壳单元,欧拉梁和 2D 板单元。 模块分析功能包括: 静力分析; 准静态瞬态分析; 动态分析; 固有频率分析; 频率响应分析; 线性屈曲分析; 弹塑性行为; 超弹性行为; 大变形分析; 参数研究。 基于材料破坏临界面理论,在后处理中可对结构进行高、低周循环疲劳和多轴疲劳分析。 针对具体对象,结构力学模块工程可以和 COMSOL 多物理场模块或者其他分析模块任意组

合,来分析实际中的多物理场现象。 应用实例 声学-结构耦合 生物力学和生物工程学 屈曲分析 弹塑性材料和超材料分析 机电设备 疲劳分析 流固耦合 断裂力学 多物理场接触 压电效应 聚合物力学 应力光学效应 热摩擦 热-结构耦合 粘弹性和热力蠕变 MATERIAL LIBRARY 材料库 材料库包含了 2500 多种材料,包括元素,矿物,土壤,金属合金,氧化物,钢,热绝缘体, 半导体和光学材料。 在材料库的浏览器里指定一个材料, 它就可以让您很容易地通过材料名 称,或者 UNS(统一编号系统)数字找到所需要的材料。 每个材料通过多达 24 种材料的关键性质来表示,如热,弹性,或电学性能,这取决于一些 可变参数,通常是温度。您可以指定并检查这些参数的定义,同样也可以修改和添加。在多 物理场建模中,所使用的任何与其他物理场的耦合模拟也还取决于函数的可变参数。 CAD IMPORT MODULE CAD 导入模块 CAD 导入模块可以让您很方便的对其他 CAD 软件建立的模型进行有限元分析。支持业界内 的各种主流内核格式,比如 STEP, IGES, ACIS? (SAT? ) or Parasolid? 。对于 CAD 软件, 导入模块可以通过插件形式读取 CAD 文件,包括:Pro/ENGINEER? , CATIA? V5, CATIA? V4, VDA-FS, 以及 Autodesk Inventor? 。 CAD 导入模块不仅仅只是读取文件格式,还可以对导入的 CAD 文件进行修复,这保证了有 限元分析的精确性。同时对几何模型上一些不影响整体结果的次要细节,比如倒角、凸角、 小面等,还可以删除。 CAD 导入模块的另一个亮点是 COMSOL Multiphysics 与 SolidWorks? CAD 环境的实时同步。 这个特性使得 COMSOL Multiphysics 中的模型能够随 SolidWorks 中的设计的变化而实时更 新。 COMSOL Multiphysics 支持的数据格式 产品 支持格式 (文件扩展名) 支持版本 COMSOL Multiphysics STL (.stl) VRML (.wrl, .wml) 1.0 DXF (.dxf) up to R14 GDS (.gds) 2 CAD Import Module Parasolid (.x_t, .x_b) up to V18

SAT (.sat, .sab) up to R17 STEP (.step, .stp) AP203, AP214 IGES (.igs, .iges) up to 5.3 CATIA V4 Import Module CATIA V4 (.model) 4.1.9 to 4.2.4 CATIA V5 Import Module CATIA V5 (.CATPart, .CATProduct) R2 to R17 Inventor Import Module Autodesk Inventor (.ipt) 6 to 11 Pro/E Import Module Pro/Engineer (.prt, .asm) 16 to Wildfire 3 VDA-FS Import Module VDA-FS (.vda) 1 and 2 COMSOL SCRIPT? COMSOL 二次开发工具 COMSOL 二 次 开 发 工 具 完 全 兼 容 于 COMSOL Multiphysics , 它 甚 至 可 以 对 COMSOL Multiphysics 进行建模。COMSOL 二次开发工具作为一种单独的技术编程语言,与 COMSOL Multiphysics 交互使用可以实现您想到的任何问题。 COMSOL 二次开发工具采用 M-files 对文件进行存储,使您的仿真与分析扩展到更为宽广的 领域。通过 600 多种高级命令,您可以对计算结果进行分析和可视化,甚至针对各个模型 定制图形用户界面(GUI) ,方便对您的模型进行各种操作。 此外, COMSOL 二次开发工具的命令格式完全兼容于 MATLAB? , 任何脚本都可以和 MATLAB 实现交互应用,比如自动控制设计等。 关键特征 高级后处理 高级求解设置 矩阵运算、信号处理、自动控制、优化设计 任意表达式、函数计算 命令行调试器 控制流语句 定制 COMSOL Multiphysics 模型的 GUI 界面与控制 数据导入与操作 GUI 的编辑、调试 MATLAB? 语言完全兼容 通用科学计算平台 创建 GUI 界面 COMSOL Multiphysics 命令含建模 高级语言格式,无须编译 开放式图形库加速 Java 界面 内建 600 多条命令 多重矩阵——实数、复数、稀疏、满型和逻辑型 结构、单元阵、字符串 可选附件 COMSOL 二次开发工具是一个开放式、扩展性平台,它提供的可选附件都能让您在特定领 域获得高效的解决方案。 每个附件都包含有丰富的函数, 它以交互式命令行对数据直接访问, 这些函数以 M-files 文本文件形式存储方便您根据不同的工作环境进行修改、扩展。 GUI 界面简单易用且功能强大,只需在 GUI 界面里输入各种参数即可高效地建立其分析模 型,即使您是一位初学者也可与高级用户一样轻松使用。 COMSOL REACTION ENGINEERING LAB?

COMSOL 反应工程实验室? COMSOL 反应工程实验室利用反应方程式来建立反应体系模型。它求解体系的质量和能量 平衡,包括反应动力学,其组成和温度仅随时间而变化。另外通过使用强大的接口,您可以 对多组实验数据进行非线性参数估计。 对空间变量模型, 反应工程实验室可直接输出到化学工程模块, 您可以在其中建立二维和三 维模型。 在反应工程实验室中自动或手工定义的反应体系的动力学表达式就包含着这些模型 中。 您也可以访问各种现成的表达式,以便计算体系的热力学和传递性质。 不管体系是否是神经给药或在半导体工业中的 CVD 反应器,这套产品在公式表达和求解反 应动力学模型中将会给您强劲的支持。 应用实例: 分析化学和法医学 生物化学和食品科学 生物工程和药物缓释应用 催化燃烧和重整 化学反应器尺寸和优化 燃烧化学 环境和大气化学 废气后处理和排放操纵装置 均相和多相催化 工业化学和技术 化学反应器中动力学模拟和参数估计 材料和固体化学 石油化学和催化裂化 药物合成 聚合反应动力学和制造加工 半导体生产和化学气相沉积 表面化学动力学和吸附

COMSOL Multiphysics

捕捉灵感

在当今快节奏的研发文化当中,强大的仿真技术已经被公认为是提高竞 争力的关键因素之一。 工程师需要仿真技术帮助他们精确的分析产品设计中多方

面的关键因素,并且给出优化的设计建议。COMSOL Multiphysics 正是他们的理 想选择。在仿真中可以综合考虑现实世界中存在的多方面的影响因素,这是 COMSOL Multiphysics 最突出的本领,而且几乎没有其他产品能与它比肩。这种 分析功能, 现在已经得到了广泛的关注, 人们喜欢称呼它为"多物理场仿真分析"。

多物理场仿真分析提供的数值结果贴近实际,大大节省了研发时间,也 有助于激发工程创新。COMSOL Multiphysics 现在把多物理仿真分析技术,以非 常友好、简单、直观的方式,呈现在各位面前,让工程师、设计师、分析师、科 研人员都能从中受益。

仿真引导设计

现代企业越来越接受"用仿真引导设计"的理念。仿真的价值不仅仅是验 证设计的有效性, 现在更多的是把仿真技术用来探索开发那些新颖的、极富创新 性的设计思路。 这些创新思路可能包含多样化的概念和理念,工程师们喜欢问自 己,如果使用这种材料会怎么样,如果使用那种生产技术会不会更好?

要想鼓励这些创新思路,并让这些"如果…会怎样"的问题都找到答案, 企业所考虑的就是提供合适的工具, 让工程师能够快速产生并测试他们的新点子。 这就是 COMSOL Multiphysics 所提供的:简单的、高度集成的数值解决方案,涵 盖广阔的应用领域和行业。

"COMSOL Multiphysics 提供了一个非常棒的平台,我们在一个使用很有 好的建模环境中可以检查系统中的所有物理效应的影响, 并且在样机试验阶段之 前,就获得了经过优化的系统操作建议,直接指导样机的生产和测试。" —— Karl-Anders Weiss, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, Freiburg, Germany.

精确描述真实世界

COMSOL 成立之初,一切的源动力就在于强调多物理仿真的重要性。只有 从多物理的角度看待问题, 仿真技术才能保证数值结果的准确性,也就是与真实 世界的一致性。工程师根据自己的经验,认为一些物理过程或许可以忽略,或许 另外的一些物理过程必须同时考虑,他们可以用多物理仿真的思想验证它,并且 获得准确的结果。这就是对真实世界的精确描述。

COMSOL Mutliphysics 基于第一性原理而构建:以诸如物质运移、电磁 场理论、结构力学原理等基本方程为基石;精心设计了方便灵活的用户界面,用 户可以在实用而且简单的图形化界面(GUI)中,将这些基石任意组合,搭建起 自己的"大厦",满足自己的仿真需求;最终,用户获得了一个可以信赖的模型, 因为这里面所有的物理过程的考虑都是用户控制的,没有黑盒子,没有莫名其妙 的数据。

COMSOL 采用业界标准的求解器,并且会自动探测模型的数学特征,选取 适合的求解器来求解方程矩阵。 精心设计的网格剖分算法使网格剖分也是一个自 动完成的过程。COMSOL 还提供了大量的实用工具,比如多参数扫略、交互式网 格剖分界面、 自定义求解器工作序列等等,关于模型和材料属性也可以方便的调 整和定义。

所有这一切,构建了一个从建模到求解的完整平台,每个环节都向用户 开放,几乎所有细节都可以控制,帮助用户获得精确描述真实世界的数值模型。

COMSOL Multiphysics 产品结构图(点击模块查看详情)

COMSOL Multiphysics?
电分析 力学与传热分析 流动分析 化学分析

多功能辅助分

AC/DC 模块





CFD 模块

化学反应工程





模块

模块

模块?

电池与燃料电 RF 模块 结构力学 微流体 池 模块 模块 模块 模块 材料库

非线性结构力 MEMS 学 模块 模块 模块 模块 模块 多孔介质流 电 镀 粒子追踪

波动光学

岩土力学

管道流

化学腐蚀

模块

模块

模块

模块

半导体





分子流

电化学

模块

模块

模块

模块

等离子体





模块

模块

多体动力学 模块

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