Features und Funktionen des Model Builders

Die COMSOL Multiphysics® Software enthält den Model Builder, der Sie in einem einfachen Arbeitsablauf von der Geometrie zu den Simulationsergebnissen führt. Unabhängig von der technischen Anwendung oder den physikalischen Phänomenen sieht das User Interface immer gleich aus und der Model Builder unterstützt Sie. COMSOL kontaktieren
$this->cmtrans('alt-hero', 'application/product/pages/comsol-multiphysics/model-builder-2021')

Geometriemodellierung und Anbindung an CAD-Software

Operationen, Sequenzen und Selektionen

Das Kernpaket COMSOL Multiphysics® bietet Geometriemodellierungswerkzeuge zur Erstellung von Komponenten unter Verwendung von Volumenobjekten, Flächen, Kurven und booleschen Operationen. Geometrien werden durch Sequenzen von Operationen definiert, wobei jede Operation Eingabeparameter für einfache Bearbeitungen und parametrische Studien in multiphysikalischen Modellen erhalten kann. Die Verbindung zwischen der Geometriedefinition und den definierten physikalischen Einstellungen ist vollständig assoziativ - eine Änderung in der Geometrie führt automatisch zu entsprechenden Änderungen in den zugehörigen Modelleinstellungen.

Geometrische Elemente wie Materialgebiete und Oberflächen können in Auswahlen gruppiert werden, um sie anschließend in Physikdefinitionen, Vernetzungen und Plots zu verwenden. Darüber hinaus kann eine Abfolge von Operationen verwendet werden, um ein parametrisches Geometrieteil, einschließlich seiner Auswahlen, zu erstellen, das dann in einer Teilebibliothek zur Wiederverwendung in mehreren Modellen gespeichert werden kann.

Importieren, Reparieren, Defeature und virtuelle Operationen

Der Import aller Standard-CAD- und ECAD-Dateien in COMSOL Multiphysics® wird durch das CAD Import Module bzw. ECAD Import Module unterstützt. Das Design Module erweitert die verfügbaren Geometrieoperationen in COMSOL Multiphysics® weiter. Sowohl das CAD Import Module als auch das Design Module bieten die Möglichkeit, Geometrien zu reparieren und zu defeaturen. Flächennetzmodelle, z. B. im STL-Format, können ebenfalls importiert und anschließend vom COMSOL Multiphysics®-Kernpaket in ein Geometrieobjekt umgewandelt werden. Importoperationen sind wie alle anderen Operationen in der Geometriesequenz und können mit Selektionen und Assoziativität für die Durchführung von parametrischen und Optimierungsstudien verwendet werden.

Als Alternative zu den Defeaturing- und Reparaturfunktionen der COMSOL® Software werden auch so genannte virtuelle Operationen unterstützt, um die Auswirkungen von Artefakten auf das Netz zu eliminieren, wie z. B. Splitter und kleine Flächen, die nicht zur Genauigkeit der Simulation beitragen. Im Gegensatz zum Defeaturing verändern virtuelle Operationen weder die Krümmung noch die Genauigkeit der Geometrie, sondern sorgen für ein besseres Netz.

Liste der Geometriemodellierungsfunktionen anzeigen

  • Primitive
    • Block, Kugel, Kegel, Torus, Ellipsoid, Zylinder, Helix, Pyramide, Ahexahedron
      • Parametrische Kurve, parametrische Fläche, Polygon, Bezier-Polygon, Interpolationskurve, Punkt
  • Extrudieren, Revolvieren, Sweepen, Loft1
  • Boolesche Operationen: Vereinigung, Schnittpunkt, Differenz und Partition
  • Transformationen: Array, Kopieren, Spiegeln, Verschieben, Drehen und Skalieren
  • Konvertierungen:
    • Konvertierung in Volumen, Fläche und Kurve
    • Mittelfläche1, verdicken1, teilen
  • Abschrägen und Verrunden2
  • Virtuelle Operationen
    • Details entfernen
    • Ignorieren: Scheitelpunkte, Kanten und Flächen
    • Zusammengesetztes bilden: Kanten, Flächen, Gebiete.
    • Kollabieren: Kanten, Flächen
    • Verschmelzen: Eckpunkte, Kanten
    • Netzkontrolle: Punkte, Kanten, Flächen, Gebiete.
  • Hybride Modellierung mit Solids, Flächen, Kurven und Punkten
  • Arbeitsebene mit 2D-Geometriemodellierung
  • CAD-Import und Interoperabilität mit Add-On CAD Import Module, Design Module und LiveLink™ Produkten für CAD
  • CAD-Reparatur und Defeaturing mit Add-On CAD Import Module, Design Module und LiveLink™ Produkten für CAD
    • Flächen abdecken, löschen
    • Verrundungen, kurze Kanten, Splitterflächen, kleine Flächen, Flächen, Spitzen.
    • Flächen abtrennen, zu Volumen zusammensetzen, reparieren
  1. Erfordert das Design Module
  2. Die entsprechenden 3D-Operationen erfordern das Design Module

Vordefinierte Interfaces und Funktionen für die physikbasierte Modellierung

Die COMSOL® Software enthält vordefinierte physikalische Interfaces für die Modellierung eines breiten Spektrums physikalischer Phänomene, einschließlich vieler gängiger Multiphysik-Kopplungen. Jedes physikalische Interface bietet spezifische Einstellungen für das entsprechende wissenschaftliche oder technische Gebiet. Nach der Auswahl schlägt die Software verfügbare Studientypen vor, wie z. B. zeitabhängige oder stationäre Löser. Nach der Auswahl werden die geeignete numerische Diskretisierung des mathematischen Modells, die Lösersequenz sowie die Visualisierungs- und Nachbearbeitungseinstellungen implementiert. Alle Einstellungen können natürlich vom Benutzer geändert werden.

Die COMSOL Multiphysics® Plattform ist mit einer großen Anzahl physikalischer Interfaces für Bereiche wie Festkörpermechanik, Akustik, Strömung, Wärmetransport, chemischer Speziestransport und Elektromagnetik ausgestattet. Durch die Erweiterung des Kernpakets mit Add-On-Modulen aus der COMSOL Produktpalette erhalten Sie Zugang zu einer Reihe spezialisierterer Interfaces mit Modellierungsfunktionen, die für bestimmte technische Bereiche geeignet sind.

Liste der physikbasierten Modellierungsfeatures anzeigen

Physik-Interfaces

  • Elektrische Ströme
  • Elektrostatik
  • Wärmetransport in Festkörpern und Fluiden
  • Joulesche Erwärmung
  • Laminare Strömung
  • Druckakustik
  • Festkörpermechanik
  • Transport von verdünnten Stoffen
  • Magnetische Felder, 2D
  • Anwendungsspezifische Module enthalten viele zusätzliche physikalische Interfaces

Werkstoffe

  • Isotrope und anisotrope Materialien
  • Diskontinuierliche Materialien
  • Räumlich variierende Materialien
  • Zeitveränderliche Materialien
  • Nichtlineare Materialeigenschaften in Abhängigkeit beliebiger physikalischer Größen

Transparenz und Flexibilität durch gleichungsbasierte Modellierung

Um für wissenschaftliche und ingenieurtechnische Studien und Innovationen wirklich nützlich zu sein, muss eine Software mehr als nur eine fest vorgegebene Umgebung bieten. Es sollte möglich sein, eigene, auf mathematischen Gleichungen basierende Modelldefinitionen direkt in der Benutzeroberfläche bereitzustellen und anzupassen. Die Software COMSOL Multiphysics® bietet dieses Maß an Flexibilität mit ihrem integrierten Gleichungsinterpreter, der Ausdrücke, Gleichungen und andere mathematische Beschreibungen "on the fly" interpretieren kann, bevor er das numerische Modell generiert. Durch Hinzufügen und Anpassen von Ausdrücken in den physikalischen Interfaces können diese frei miteinander gekoppelt werden, um multiphysikalische Phänomene zu simulieren.

Die Möglichkeiten zur Anpassung gehen sogar noch weiter. Mit dem Physics Builder können Sie auch Ihre eigenen Gleichungen verwenden, um neue physikalische Interfaces zu erstellen, auf die Sie leicht zugreifen und die Sie bearbeiten können, wenn Sie sie in zukünftige Modelle einbeziehen oder mit Kollegen teilen möchten.

Eine Liste der gleichungsbasierten Modellierungsfunktionen anzeigen

  • Partielle Differentialgleichungen (PDEs)
  • PDEs in der schwachen Form
  • Arbiträr-Lagrangesch-Euler-Methoden (ALE) zur Formulierung von Problemen mit deformierter Geometrie und beweglichen Gittern
  • Algebraische Gleichungen
  • Gewöhnliche Differentialgleichungen (ODEs)
  • Algebraische Differentialgleichungen (DAEs)
  • Sensitivitätsanalyse (Optimierung mit dem Add-On Optimization Module)
  • Krummlinige Koordinatenberechnungen

Automatische und manuelle Vernetzung

Für die Diskretisierung und Vernetzung Ihres Modells verwendet die COMSOL Multiphysics® Software verschiedene numerische Techniken, abhängig von den Effekten oder Kombination der Effekte, die Sie untersuchen. Die vorherrschenden Diskretisierungsmethoden basieren auf Finite-Elemente-Methoden (eine vollständige Liste der Methoden finden Sie im Abschnitt Löser auf dieser Seite). Dementsprechend erstellt der allgemeine Vernetzungsalgorithmus ein Netz mit geeigneten Elementtypen, die zu den entsprechenden numerischen Methoden passen. Der Standardalgorithmus kann zum Beispiel eine freie tetraedrische Vernetzung oder eine Kombination aus tetraedrischer und Randschicht-Vernetzung mit einer Kombination von Elementtypen verwenden, um schnellere und genauere Ergebnisse zu erzielen.

Eine Liste der Vernetzungsfeatures anzeigen

  • Freie tetraedrische Vernetzungen
  • Swept Netz mit Prismen- und Hex-Elementen
  • Randschichtvernetzung.
  • Tetraedrische, prismatische, pyramidale und hexaedrische Volumenelemente
  • Freie Dreiecksvernetzung von 3D-Oberflächen und 2D-Modellen
  • Kartierte und freie Quad-Vernetzung von 3D-Flächen und 2D-Modellen
  • Operationen zum Kopieren von Netzen
  • Virtuelle Geometrieoperationen
  • Netzpartitionierung von Gebieten, Rändern und Kanten
  • Import- und Bearbeitungsfunktionen für extern erstellte Netze

Studiensequenzen, Parameterstudien und Optimierung

Studien- oder Analysetypen

Wenn Sie ein physikalisches Interface auswählen, werden von COMSOL Multiphysics® eine Reihe verschiedener Studien (Analysetypen) vorgeschlagen. Für Festkörpermechanik-Analysen schlägt die Software beispielsweise zeitabhängige, stationäre oder Eigenfrequenzstudien vor; für CFD-Probleme würde die Software nur zeitabhängige und stationäre Studien vorschlagen. Auch andere Studientypen können für jede Analyse, die Sie durchführen, frei gewählt werden. Studienschrittfolgen strukturieren den Lösungsprozess, so dass Sie die Modellvariablen auswählen können, für die Sie in jedem Studienschritt eine Lösung finden möchten. Die Lösung aus einem der vorherigen Studienschritte kann als Eingabe für einen nachfolgenden Studienschritt verwendet werden.

Sweeps, Optimierung und Abschätzungen

Jeder Studienschritt kann mit einem parametrischen Sweep ausgeführt werden, der einen oder mehrere Parameter in einem Modell umfassen kann, von Geometrieparametern bis hin zu Einstellungen in den Physikdefinitionen. Sweeps können auch mit verschiedenen Materialien und deren definierten Eigenschaften sowie über Listen definierter Funktionen durchgeführt werden.

Mit dem Optimization Module können Sie Optimierungsstudien zur Topologieoptimierung, zur Formoptimierung oder zur Parameterabschätzung auf der Grundlage eines Multiphysikmodells durchführen. COMSOL Multiphysics® bietet sowohl gradientenfreie als auch gradientenbasierte Methoden zur Optimierung. Für die Parameterschätzung stehen Kleinste-Quadrate-Formulierungen und allgemeine Optimierungsproblemformulierungen zur Verfügung. Außerdem stehen integrierte Sensitivitätsstudien zur Verfügung, mit denen die Sensitivität einer Zielfunktion in Bezug auf einen beliebigen Parameter des Modells berechnet werden kann.

Liste der Studien anzeigen

  • Stationär
  • Zeitabhängig
  • Eigenfrequenz
  • Eigenwert
  • Frequenzbereich
  • Parametrischer Sweep
  • Funktions-Sweep
  • Material-Sweep
  • Sensitivität
  • Modellreduktion

Numerische Methoden auf dem neuesten Stand der Technik für akkurate Lösungen

Der Gleichungsinterpreter in der COMSOL Multiphysics® Software liefert den bestmöglichen Treibstoff für den numerischen Motor: das vollständig gekoppelte System von PDEs für stationäre (stetige), zeitabhängige, frequenzbereichsbezogene und eigenfrequente Untersuchungen. Das System der PDEs wird mit der Finite Elemente Methode (FEM) für die Raumvariablen (x, y, z) diskretisiert. Bei einigen Problemtypen kann auch die Randelementmethode (BEM) zur Diskretisierung des Raums verwendet werden. Für raum- und zeitabhängige Probleme wird die Linienmethode verwendet, bei der der Raum mit der FEM (oder BEM) diskretisiert wird, wodurch ein System von ODEs entsteht. Diese ODEs werden dann mit fortgeschrittenen Methoden gelöst, einschließlich impliziter und expliziter Methoden für den Zeitschritt.

Zeitabhängige und stationäre (stetige) Probleme können nichtlinear sein und bilden nach der Diskretisierung ebenfalls nichtlineare Gleichungssysteme. Die Engine in COMSOL Multiphysics® liefert die vollständig gekoppelte Jacobimatrix, die den Kompass darstellt, der den nichtlinearen Löser zur Lösung führt. Ein gedämpftes Newton-Verfahren wird zur Lösung des nichtlinearen Systems für stationäre Probleme oder während des Zeitschritts für zeitabhängige Probleme verwendet. Die Newton-Methode löst dann eine Folge von linearen Gleichungssystemen unter Verwendung der Jacobi-Matrix, um die Lösung des nichtlinearen Systems zu finden.

Für lineare Probleme (die auch in den Schritten des nichtlinearen Lösers gelöst werden, siehe oben) bietet die COMSOL® Software direkte und iterative Löser. Die direkten Löser können für kleine und mittelgroße Probleme verwendet werden, während die iterativen Löser für größere lineare Systeme verwendet werden können. Die COMSOL® Software bietet eine Reihe von iterativen Lösern mit modernsten Vorkonditionierern, wie z.B. Mehrgitterkonditionierer. Diese Vorkonditionierer sorgen für Robustheit und Geschwindigkeit im iterativen Lösungsprozess.

Die verschiedenen physikalischen Interfaces können auch die Lösereinstellungen mit Vorschlägen für die bestmöglichen Standardeinstellungen für eine Familie von Problemen bereitstellen. Diese Einstellungen sind nicht fest vorgegeben; Sie können die Lösereinstellungen direkt unter jedem Löserknoten in der Benutzeroberfläche ändern und manuell konfigurieren, um die Leistung für Ihr spezifisches Problem zu optimieren. Soweit möglich, sind die Löser und andere rechenintensive Algorithmen vollständig parallelisiert, um Multicore- und Cluster-Computing zu nutzen. Sowohl Methoden mit gemeinsamem als auch mit verteiltem Speicher sind für direkte und iterative Löser sowie für große parametrische Sweeps verfügbar. Alle Schritte des Lösungsprozesses können parallele Berechnungen nutzen.

Liste der Löser anzeigen

  • Raumdiskretisierung:
    • FEM
      • Lagrange-Elemente auf Knotenbasis und Serendipity-Elemente verschiedener Ordnungen
      • Curl-Elemente (auch Vektor- oder Kantenelemente genannt)
      • Petrov-Galerkin- und Galerkin-Methoden der kleinsten Quadrate für konvektionsdominierte Probleme und Strömungen
      • Adaptives Netz und automatische Netzverfeinerung während des Lösungsprozesses
    • BEM
    • Diskontinuierliche Galerkin-Methode
  • Raum-Zeit-Diskretisierung:
    • Linienmethode (FEM und BEM für den Raum)
  • ODE- und DAE-Zeitschrittlöser:
    • Implizite Methoden für steife Probleme (BDF)
    • Explizite Methoden für nichtsteife Probleme
  • Nichtlineare algebraische Systeme:
    • Gedämpfte Newton-Methoden
    • Double Dog-Leg-Verfahren
  • Lineare algebraische Systeme:
    • Direkter Löser (dicht besetzte Matrix): LAPACK
    • Direkte Löser (dünn besetzte Matrix): MUMPS, PARDISO, SPOOLES
    • Iterative Löser (dünn besetzte Matrix): GMRES, FGMRES, BiCGStab, konjugierte Gradienten, TFQMR
      • Vorkonditionierer: SOR, Jacobi, Vanka, SCGS, SOR Line/Gauge/Vector, geometrisches Mehrgitter (GMG), algebraisches Mehrgitter (AMG), Auxiliary Maxwell Space (AMS), Incomplete LU, Krylov, Domain Decomposition
      • Alle Vorkonditionierer können potenziell als iterative Löser verwendet werden.
  • Zusätzliche Diskretisierungsmethoden sind in Add-On-Produkten verfügbar, einschließlich Partikel- und Strahlverfolgungsmethoden.

Postprocessing-Tools für veröffentlichungsreife Modellierungsergebnisse

Präsentieren Sie Ihre Ergebnisse der Welt. COMSOL Multiphysics® verfügt über leistungsstarke Visualisierungs- und Nachbearbeitungswerkzeuge, mit denen Sie Ihre Ergebnisse auf aussagekräftige und ausgefeilte Weise präsentieren können. Sie können die eingebauten Werkzeuge verwenden oder Ihre Visualisierungen mit abgeleiteten physikalischen Größen erweitern, indem Sie mathematische Ausdrücke in die Software eingeben. Daher können Sie in COMSOL Multiphysics® so gut wie jede Größe visualisieren, die im Zusammenhang mit Ihren Simulationsergebnissen von Interesse ist.

Visualisierungsmöglichkeiten

Zu den Visualisierungsmöglichkeiten gehören Oberflächen-, Schnitt-, Isoflächen-, Schnittebenen-, Pfeil- und Stromlinienplots, um nur einige Darstellungsarten zu nennen. Für die Auswertung von Ausdrücken, wie z.B. Integrale und Ableitungen, stehen eine Reihe von numerischen Nachbearbeitungswerkzeugen zur Verfügung. Sie können die Maximal-, Minimal-, Mittelwerte und integrierten Werte beliebiger Größen oder abgeleiteter Größen über Volumina, auf Oberflächen, entlang gekrümmter Kanten und an Punkten berechnen. In viele der Physik-Module wurden auch spezielle Nachbearbeitungswerkzeuge für bestimmte Bereiche der Technik und Wissenschaft aufgenommen.

Ergebnisse exportieren und Berichte mit anderer Software erstellen

Sie können Daten exportieren und mit Werkzeugen von Drittanbietern weiterverarbeiten. Numerische Ergebnisse können in Textdateien in den Formaten .txt, .dat und .csv sowie in das unstrukturierte VTK-Format exportiert werden. Mit LiveLink™ for Excel® können die Ergebnisse in das Dateiformat (.xlsx) der Tabellenkalkulationssoftware Microsoft® Excel® exportiert werden. Bilder können in verschiedene gängige Bildformate sowie in das Dateiformat glTF™ für den Export von 3D-Szenen exportiert werden. Animationen können im WebM-Format und als animierte GIF-, Adobe® Flash®-Technologie- oder AVI-Dateien exportiert werden. Berichte, die das gesamte Simulationsprojekt zusammenfassen, können in HTML (.htm, .html), Microsoft® Word® Dateiformat (.doc) oder Microsoft® PowerPoint® Dateiformat (.pptx) exportiert werden.

Liste der Ergebnis- und Nachbearbeitungsfeatures anzeigen

  • Visualisierung
    • Oberflächenplots
    • Isoflächenplots
    • Pfeildiagramme
    • Schnittdarstellungen
    • Stromlinienplots
    • Konturplots
  • Postprocessing
    • Integration, Mittelwert, Maximum und Minimum beliebiger Größen über Volumen, Flächen, Kanten und Punkte
    • Benutzerdefinierte mathematische Ausdrücke, einschließlich Feldvariablen, deren Ableitungen, Raumkoordinaten, Zeit und komplexwertigen Größen
    • Spezialisierte Nachbearbeitungs- und Auswertungstechniken sind in vielen Physik-Modulen enthalten
  • Unterstützung für 3Dconnexion® SpaceMouse® Geräte
  • Import und Export
    • Text
    • Microsoft® Excel® .xlsx-Format
    • Bilder
    • Animationen
    • Netz
    • CAD-Formate
    • Und mehr

Jedes Unternehmen und jeder Simulationsbedarf ist einzigartig.

Um vollständig beurteilen zu können, ob die COMSOL Multiphysics® Software Ihre Anforderungen erfüllt, können Sie uns kontaktieren. Wenn Sie mit einem unserer Vertriebsmitarbeiter sprechen, erhalten Sie persönliche Empfehlungen und vollständig dokumentierte Beispiele, die Ihnen helfen, das Beste aus Ihrer Evaluierung herauszuholen und die beste Lizenzoption für Ihre Bedürfnisse zu wählen.

Klicken Sie einfach auf die Schaltfläche "COMSOL kontaktieren", geben Sie Ihre Kontaktdaten und Ihre spezifischen Kommentare oder Fragen ein und senden Sie die Anfrage ab. Sie werden innerhalb eines Werktages eine Antwort von einem Vertriebsmitarbeiter erhalten.

Nächster Schritt

Fordern Sie eine Software-Demo an