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COMSOL Multiphysics® 6.4 Release Highlights

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Neuerungen im Optimization Module

Für Nutzer des Optimization Module bietet COMSOL Multiphysics® Version 6.4 Stoppbedingungen für zeitabhängige Optimierungen, einen Studienschritt für die Parameteroptimierung und mehrere neue Tutorial-Modelle. Weitere Informationen zu den Updates finden Sie unten.

Zeitabhängige Optimierung

Die gradientenbasierte Optimierung für zeitabhängige Probleme kann nun auch zur Optimierung der Endzeit verwendet werden. Dies bedeutet, dass es möglich ist, entweder die Dauer eines Prozesses zu minimieren oder den Löser die Zeit wählen zu lassen, die den besten Zielwert liefert. Im folgenden Beispiel besteht das Ziel darin, die Ladezeit für eine Lithium-Ionen-Batterie zu minimieren. Das Modell verwendet das Feature Control Function, das nun den Export des optimierten Ergebnisses entweder als analytische Funktion oder als Interpolationsfunktion unterstützt.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten General Optimization, das entsprechende Einstellungsfenster und einen 1D-Plot im Grafikfenster.
Das Kontrollkästchen Condition-based final time wird in den Einstellungen des Studienstschritts General Optimization angezeigt. In diesem Beispiel wird das Ladeverhalten einer Lithium-Ionen-Batterie unter Berücksichtigung einer Degradationsbeschränkung optimiert. Das Modell veranschaulicht, wie das Feature Control Function nun eine Variable für den Durchschnittswert erstellt.

Parameteroptimierung

Es wurde ein speziell für die gradientenfreie Optimierung entwickelter Studienschritt Parameter Optimization eingeführt, bei dem die Skalierung der Kontrollparameter auf der Grundlage der Schranken festgelegt werden, sodass keine manuelle Definition mehr erforderlich ist. Das Feature unterstützt auch die automatische Erstellung neuer Parameterfälle auf der Grundlage der optimierten Parameter.

Darüber hinaus wurde die Benutzeroberfläche im Vergleich zum alten Studienschritt Optimization, der in General Optimization umbenannt wurde, neu organisiert. Der Studienschritt General Optimization und der Studienschritt Parameter Optimization unterstützen beide die Randomisierung der Anfangswerte für begrenzte globale Kontrollparameter, sodass verschiedene lokale Minima identifiziert werden können.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Parameter Optimization, das entsprechende Einstellungsfenster und einen 2D-Plot im Grafikfenster.
Dieses Beispiel veranschaulicht eine strahlenoptische Analyse, bei der ein Linsensystem für verschiedene Farben und Bildwinkel optimiert wird.

Gradientenbasierte Optimierungslöser

Der Optimierungslöser SNOPT wurde eingestellt; ältere Modelle wurden zu IPOPT migriert, das nun die empfohlene Methode zur Erzielung quadratischer Konvergenz darstellt (mit Ausnahme der Parameterschätzung, bei der der Löser Levenberg–Marquardt voraussichtlich überlegen ist). Darüber hinaus führte die Auswahl der Option MMA in einem Optimierungsstudienschritt früher zur Verwendung von GCMMA (für die Standard-Löserkonfiguration), während jetzt sowohl MMA als auch GCMMA auf Studienebene verfügbar sind.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics mit dem Model Builder, in dem der Knoten General Optimization hervorgehoben ist, dem entsprechenden Einstellungsfenster und einem Wellenleiterfiltermodell im Grafikfenster.
Die Optimierungsmethoden GCMMA und MMA stehen nun für die Optimierungsstudienschritte zur Verfügung. In diesem Beispielmodell kommt die Formoptimierung beim Design eines HF-Filters zum Einsatz. Das Modell veranschaulicht außerdem, wie die initialen Kontrollparameter randomisiert werden können, um verschiedene lokale Optima zu identifizieren.

Weitere neue Features und Verbesserungen

  • Neue Features P-norm und Standard Deviation

    • Das Feature P-norm kann den Maximalwert eines Feldes auf eine Weise approximieren, die mit der gradientenbasierten Optimierung kompatibel ist, wie sie häufig für Spannungsbeschränkungen in Strukturproblemen verwendet wird.
    • Das Feature Standard Deviation kann verwendet werden, um ein Feld über eine Auswahl hinweg zu homogenisieren.
  • Dem Interface Electromagnetic Waves wurden Fernfeldoperatoren hinzugefügt, die mit der gradientenbasierten Optimierung kompatibel sind.
  • Die Optimierung von Eigenwerten unterstützt nun die Verwendung nicht-analytischer Operatoren im Zielausdruck, sodass es möglich ist, nur unter Berücksichtigung des Realteils für eine Ziel-Eigenfrequenz zu entwickeln.
  • Das Feature Density Model unterstützt nun auch Extrusionsbeschränkungen.
  • Leistungsverbesserungen für die gradientenbasierte Optimierung

Neue und aktualisierte Tutorial-Modelle

COMSOL Multiphysics® Version 6.4 enthält mehrere neue und aktualisierte Tutorial-Modelle für das Optimization Module.

Time-Optimal Control for Heating of a Rod

Ein 1D-Plot mit der Zeit auf der x-Achse und der Eingangsleistung auf der y-Achse.
Die initialen und optimierten Heizraten sind grafisch dargestellt.
Application Library Titel:
optimal_heating_control
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Designing a Metasurface Beam Deflector Using Shape Optimization

Sechs Säulen mit zunehmender Größe, von links nach rechts angeordnet, beginnend mit der kleinsten und endend mit der größten.
Die Säulen sind entsprechend der Entfernung, um die sie durch die Optimierung verschoben wurden, farblich gekennzeichnet.
Application Library Titel:
metasurface_beam_deflector_optimization
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Minimizing the Charging Time of a Lithium-Ion Battery

Ein 1D-Plot, der die Ladungsrate und den Galvanisierungsstrom in blauen und grünen Linien darstellt.
Der Plot zeigt die Ladegeschwindigkeit und den Galvanisierungsstrom für das optimierte Ladeprofil.
Application Library Titel:
lib_charge_rate_optimization
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Aperture Shape Optimization for Electroplating of a Printed Circuit Board

Zwei nebeneinander angeordnete 2D-Plots, die links die ursprüngliche Blende und rechts die formoptimierte Blende darstellen.
Initiale und formoptimierte Öffnung sowie die entsprechende Abscheidungsdicke auf einer Leiterplatte.
Application Library Titel:
pcb_aperture_optimization
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Wheel Rim — Stress Optimization with Fatigue Evaluation

Ein Ausschnitt eines Felgenmodells, der den Ermüdungsfaktor darstellt.
Die ursprüngliche Geometrie ist zusammen mit der optimierten Geometrie dargestellt. Durch die Optimierung wird der Verrundungsradius vergrößert, um die Spannung zu verringern, was auch die Ermüdungseigenschaften verbessert. Der Ermüdungsfaktor ist farblich dargestellt.
Application Library Titel:
rim_fatigue_optimization
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Topology Optimization of a Metalens

Ein Linsenmodell, das die Wellenenergie an einem Punkt in der Nähe der Linse zeigt..
Das optimierte Design konzentriert die Wellenenergie an einem Punkt, der relativ nahe an der Linse liegt.
Application Library Titel:
metalens_topology_optimization
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Minimizing the Drying Time of a Wood Particle

Ein 1D-Plot, der den durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt über die Zeit auf der x-Achse darstellt.
Der Feuchtigkeitsgehalt ist für drei festgelegte Temperaturen und eine optimal gesteuerte Temperatur dargestellt.
Application Library Titel:
superheated_steam_drying_optimization
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