Multiphysik-Modellierung und Standalone-Simulations-Apps als Innovationsmotor

Multiphysik-Modellierung und -Simulation hilft Unternehmen, schneller, intelligenter und kostengünstiger zu innovieren. Die Integration der COMSOL Multiphysics^® Software in den F&E-Workflow ermöglicht es Ingenieurteams, genaue Modelle von realen Designs, Geräten und Prozessen zu erstellen und ihre eigenen unabhängigen Simulations-Apps zu entwickeln, um die Vorteile der multiphysikalischen Modellierung an mehr Teams, Abteilungen und Kunden weiterzugeben. Dies führt letztlich zu einem besseren Verständnis des Produktverhaltens und zu schnelleren Antworten während des Entwicklungszyklus.

Heute wird die COMSOL Multiphysics^® Version 6.2 veröffentlicht, die die Software durch erweiterte Modellierungsfunktionen, schnellere Löser-Technologie und verbesserte Benutzererfahrung noch leistungsfähiger macht. Darüber hinaus bietet sie bahnbrechende Funktionen für die Erstellung, Verwaltung und Ausführung von Simulations-Apps und Multiphysik-basierten digitalen Zwillingen.

Warum Multiphysik?

Modelle stellen reale Gegenstücke dar, und unsere Welt ist von Natur aus multiphysikalisch. Mit anderen Worten: Die Fähigkeit, zwei oder mehr physikalische Phänomene vollständig miteinander zu verknüpfen, ist essenziell für die Erstellung numerischer Simulationen, die die Realität genau nachbilden.

Betrachten wir als Beispiel einen Lautsprecher. Wir könnten in einem Einzelphysik-Modell lediglich das Magnetfeld in der Schwingspule berechnen, aber es könnte sinnvoller sein, auch zu untersuchen, wie das Magnetfeld mit den anderen Lautsprecherkomponenten interagiert, um Kraft und Schwingungen zu erzeugen. Mit COMSOL Multiphysics^® ist es einfach, so viele physikalische Phänomene hinzuzufügen und zu koppeln, wie es für ein realistisches Modell erforderlich ist. Im Fall des Lautsprechers würden wir für eine vollständige Analyse Elektromagnetik, Strukturmechanik und Akustik miteinander verbinden. Es gibt keine Einschränkungen bezüglich der Anzahl oder der Art von Phänomenen, die Sie in Ihren COMSOL-Modellen koppeln können.

Links: Ein Einzelphysik-Lautsprechermodell zur Veranschaulichung der elektromagnetischen Kraft, die auf die Schwingspule wirkt. Rechts: Ein Multiphysik-Modell, das auch die Akustik-Struktur-Interaktion berücksichtigt.

Dennoch ist die COMSOL Multiphysics^® Software eine Modellierungs- und Simulationsplattform, die sowohl vollständig gekoppelte Multiphysik- als auch Einzelphysik-Modellierungsfunktionen bietet. Dies bedeutet, dass Ingenieure und Wissenschaftler aus verschiedenen Fachbereichen und Disziplinen eine Modellierungssoftware mit einer einheitlichen Benutzeroberfläche für alle Arten von Modellen verwenden können. Kurz gesagt hilft die Multiphysik-Modellierung Unternehmen, intelligentere Designentscheidungen zu treffen, neue Ideen zu entwickeln, die Kosten für physische Prototypen und Experimente zu senken und die Produktentwicklung zu beschleunigen.

Überblick über die COMSOL^® Modellierungs- und Simulationssoftware

Der simulationsgestützte F&E-Workflow ist dann am erfolgreichsten, wenn Kollegen aus verschiedenen Teams, Abteilungen, Organisationen und Unternehmen Zugang zu präzisen Modellen haben und zur Erstellung dieser Modelle beitragen können, die für Innovation, Design und Optimierung genutzt werden können. Zu diesem Zweck umfasst die COMSOL Multiphysics^® Plattform drei Hauptarbeitsbereiche:

• Model Builder
  • Enthält alle Funktionen, die Modellierungs- und Simulationsspezialisten benötigen, um physikbasierte Modelle zu erstellen, zu lösen, zu visualisieren und zu bewerten.
• Application Builder
  • Bietet den Modellierungsspezialisten benutzerfreundliche Werkzeuge zur Erstellung von spezialisierten Simulations-Apps für Kollegen und Kunden.
• Model Manager
  • Bietet einen strukturierten Arbeitsbereich für die Organisation von Modellen und Apps, mit Versionskontrolle, Such- und Filterfunktionen, effizienter Speicherung und vielem mehr.

Links: Der Model Builder mit dem Aufbau und den Ergebnissen eines flüssigkeitsgekühlten Akkupacks, welches ein Multiphysik-Modell ist. Mitte: Der Application Builder, wie er beim Erstellen einer Simulations-App erscheint. Rechts: Der Model Manager, der die Funktion zum Vergleich zweier Modelldateien demonstriert.

Eine Softwareumgebung für alle Engineering-Bereiche

Je nach Aufgabenstellung kann es sinnvoll sein, die Kernfunktionalität der Modellierung durch spezielle Funktionen zu erweitern. Es gibt verschiedene Add-On-Module, die Funktionen speziell für Elektromagnetik, Strukturmechanik, Akustik, Strömung, Wärmetransport und chemische Verfahrenstechnik enthalten. Da es sich bei der COMSOL^® Software um eine Multiphysik-Software handelt, lässt sich die gesamte Produktpalette nahtlos über das Plattformprodukt verbinden. Außerdem können Sie über die LiveLink™-Produkte problemlos Schnittstellen zu CAD- und anderer Software von Drittanbietern herstellen.

Tipp: Sehen Sie in der User Story Gallery, wie Organisationen auf der ganzen Welt COMSOL Multiphysics^® nutzen.

Eigenständige Simulations-Apps beschleunigen Innovation

Jeder, der über eine COMSOL Multiphysics^® Software-Lizenz verfügt, kann seine eigenen Simulations-Apps entwickeln und verwalten. Jeder, der auch COMSOL Compiler™ hinzufügt, kann seine Apps in eigenständige ausführbare Dateien verwandeln, die an jeden verteilt und überall verwendet werden können. Durch Standalone-Apps können Kollegen Designvarianten testen, ohne die Zeit des Modellierungsspezialisten in Anspruch zu nehmen.

Die Drag-and-Drop-Funktionalität im Application Builder macht es einfach, Apps zu erstellen, die benutzerdefinierte Interfaces mit maßgeschneiderten Inputs und Outputs enthalten und dem App-Nutzer alle Vorteile der Simulation bieten, ohne dass er sich um die Erstellung des zugrunde liegenden Modells kümmern muss. Das Kompilieren zu Standalone-Apps ist so einfach wie ein Mausklick, und es ist Ihre Entscheidung, ob Sie Ihre Apps verkaufen oder kostenlos zur Verfügung stellen wollen, ob Sie sie mit einem Passwortschutz versehen oder uneingeschränkt teilen wollen, ob Sie ein Ablaufdatum festlegen wollen und vieles mehr. Wenn Sie Ihre eigenen Standalone-Apps mit der COMSOL^® Software erstellen, haben Sie die volle Kontrolle darüber, wie viele Apps Sie erstellen und an wen und wie Sie diese weitergeben.

Den Application Builder in COMSOL Multiphysics^® und das Add-On-Produkt COMSOL Compiler™ gibt es schon seit einigen Jahren. Heute haben wir eine Version der Software veröffentlicht, mit der Sie blitzschnelle Apps und effektive digitale Zwillinge erstellen können.

Die Autonomisierung von Simulations-Apps

Ab COMSOL Multiphysics^® Version 6.2 können Sie datenbasierte Ersatzmodelle in Ihre Simulations-Apps integrieren. Dies bedeutet, dass App-Nutzer nahezu sofortige Simulationsergebnisse auf der Grundlage ihrer Eingaben erhalten. Ersatzmodelle werden trainiert, um das Verhalten von rechenintensiveren, vollwertigen Finite-Elemente-Modellen anzunähern, ohne dabei an Genauigkeit zu verlieren.

Außerdem gibt es eine neue Funktion für Timer-Events, die die Ausführung von Methoden ohne Nutzerinteraktion auslösen kann, zum Beispiel die Kontaktaufnahme mit externen Servern, die Ausführung von Simulationen und die Aktualisierung der Benutzeroberfläche einer Simulations-App. Die Möglichkeit, sowohl Ersatzmodelle zu verwenden als auch Simulations-Apps mit externen Sensoren, Datenbanken und Webdiensten zu verknüpfen, bedeutet, dass es jetzt möglich ist, Apps als effektive digitale Zwillinge zu erstellen und zu betreiben.

Weitere Neuerungen in der neuesten Version von COMSOL Multiphysics^®

Die neue Version erweitert die Kernfunktionalität der COMSOL Multiphysics^® Plattform und führt viele neue Funktionen in der gesamten Produktpalette ein, um Nutzern noch bessere Modellierungsmöglichkeiten zu bieten als bisher.

Schnelle Löser-Technologie für Elektromotoren, Raumakustik und turbulente Strömungen

Niemand wartet gerne, vor allem nicht, wenn es darum geht, Modellergebnisse zu erhalten. Unsere Entwickler arbeiten kontinuierlich an der Verbesserung der Lösungsgeschwindigkeit, um die Zeit, die für die Lösung verschiedener Modelle benötigt wird, zu verkürzen, wobei die Genauigkeit (selbstverständlich) erhalten bleibt. Die große Neuigkeit in diesem Bereich bei Version 6.2 ist, dass Nutzer Multiphysik-Modelle für nichtlineare elektrische Maschinen und Impulsantwortberechnungen für Raum- und Kabinenakustik um eine Größenordnung oder mehr schneller lösen können. Bei turbulenten Strömungen sind die Berechnungen jetzt bis zu 40 % schneller als zuvor.

Elektromotoren

Ingenieure, die an Elektromotoren, Transformatoren und anderen elektrischen Maschinen arbeiten, können jetzt die Vorteile eines zeitperiodischen Lösers nutzen, um schnellere Ergebnisse unter Berücksichtigung von Nichtlinearitäten zu erhalten. Darüber hinaus erleichtert Version 6.2 die Durchführung von Multiphysik-Analysen von Motoren, die Akustik, Strukturmechanik, Mehrkörperdynamik und Wärmetransport einbeziehen, sowie von Optimierungsstudien, um neue Motordesigns zu finden. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite mit den Release Highlights für Niederfrequenzelektromagnetik.

Eine Permanentmagnet-Synchronmaschine, welche ein nichtlineares zeitperiodisches Beispiel ist.

Raumakustik

Um zu veranschaulichen, wie viel schneller die Modellierung der Raumakustik jetzt ist, haben wir einen Test mit unserem Chamber Music Hall Modeldurchgeführt. Bei diesem Modell dauerte die kombinierte Berechnungs- und Ergebnisanalysezeit (Berechnung von Impulsantworten, Plotten von Strahlenverläufen usw.) in der vorherigen Softwareversion 18 Stunden. In der Version 6.2 konnte dieser Zeitaufwand auf 2 Stunden reduziert werden. Wenn Sie mehr über diese und andere Neuigkeiten erfahren möchten, besuchen Sie die Seite mit den Release Highlights für Akustik.

Das Modell Chamber Music Hall, das ein neues Strahlenakustik-Feature verwendet.

Turbulente Strömung

Die Löser wurden auf eine Verbesserung von bis zu 40 % für Turbulenzmodelle angepasst. Darüber hinaus verkürzt ein neuer Initialisierungsschritt die Lösungszeit sowohl für Turbulenzmodelle als auch für Large Eddy Simulationen weiter. Apropos turbulente Strömung: Die neueste Version von COMSOL Multiphysics^® führt auch sieben neue Turbulenzmodelle für transsonische und Überschallströmung im CFD Module ein. Für rotierende Maschinen gibt es einen neuen Analysetyp für genauere pseudo-stationäre Studien im Mixer Module. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite mit den Release Highlights für CFD.

Eine Large Eddy Simulation einer Hügelgeometrie, die eine neue Funktionalität zur Initialisierung der Strömung nutzt.

Verbesserte Nutzererfahrung für einen noch effizienteren Modellierungsworkflow

Damit eine Simulationssoftware den größten Nutzen für ein Unternehmen bringt, muss sie einfach zu bedienen sein. Während das allgemeine Erscheinungsbild der Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics^® gleich geblieben ist, haben wir in Version 6.2 mehrere Verbesserungen an der Benutzerfreundlichkeit vorgenommen.

Einige der Benutzeroberflächen-Updates sind:

• Syntaxhervorhebung, um die Eingabe, das Lesen und die Bearbeitung langer Ausdrücke und Funktionen zu erleichtern
• Gruppierung von Rändern nach kontinuierlicher Tangente bei der Auswahl von Rändern und Kanten
• Filterung im Model Builder, um die Navigation in großen Modellen zu erleichtern und die Einrichtung und Überprüfung von Modellen zu beschleunigen
• Sicherheitsüberprüfung für MPH-Dateien, die aus dem Internet heruntergeladen wurden
• Rückgängigmachen und Wiederherstellen mehrerer Schritte auf einmal und Einsehen der Änderungshistorie

Ein Beispiel für die Filterfunktionalität, die verwendet wird, um alle Knoten für ein Netzteil-Kühlmodell aufzurufen, die das Wort “heat” enthalten.

Alle Neuheiten zur Benutzeroberfläche werden im Detail auf der Seite mit den COMSOL Desktop^® Release Highlights behandelt.

Ergebnisse und Visualisierung

Da Modelle reale Gegenstücke darstellen, müssen sie sich nach den Gesetzen der Physik verhalten, aber es ist auch wichtig, wie sie aussehen. Durch das Hinzufügen der richtigen Textur und Farben sowie einer durchdachten Beleuchtung wird es einfacher, das Modell als das reale Objekt oder den realen Prozess zu visualisieren, den es repräsentiert. Abhängig von der Art der Analyse, die Sie durchführen, kann die Wahl des Plot-Typs oder der Farbtabelle auch Einfluss darauf haben, wie Sie die Ergebnisse interpretieren. Die COMSOL Multiphysics^®-Softwareplattform umfasst Funktionen zum Erstellen von Geometrien, Zuweisen von Materialien und Vernetzen sowie eine Vielzahl von Visualisierungsfunktionen.

In Version 6.2 gibt es noch mehr Visualisierungsmöglichkeiten als bisher. Sie können drei Neuerungen in dieser Bilder-Diashow sehen und mehr darüber auf der Seite mit den Release Highlights für Ergebnisse und Visualisierung lesen.

Nächste Schritte

Neu mit COMSOL Multiphysics^®? Teilen Sie uns mit, woran Sie arbeiten, und wir stellen Ihnen die für Ihr Unternehmen relevanten Informationen zur Verfügung.

Wenn Sie sich über alle Software-Updates im Detail informieren möchten, besuchen Sie die Seite mit den COMSOL Multiphysics^® Version 6.2 Release Highlights.