COMSOL使用技巧

1、COMSO帚MOUIPHYSICSS嘰疔14ki:衛(wèi)hAD. Eg.WEEUEJBCtrlL Add rcnnCvim)兇I0-1&爭COMSOL Mult ip hysics 使用技巧（舊版通用）全局約束/全局定義對于多物理仿真，添加全局約束是COMSO非常有用的功能之一。例如，對于一個(gè)涉及傳熱的仿真，希望能夠調(diào)整熱源 Q_0的大小，從而使得某一位置處的溫度 T_probe恒定在指定值T_max我們可以直接將這個(gè)全局約束添加進(jìn)來即可?？傆孟虓?|S ffi元朋to卑元瑟底隹和瑟潭/熱沉村料汙料傳：-導(dǎo)入VS舊J *詁!式 _k Ut *hd_kriJt ：p_krLrff忡KE.-l -丁止

2、 白*圧熱官常紐令生氏/囁系9詳姐：一曙fl連耗71 啟I * 7_導(dǎo)不也尢F胸I I丨呱肩I區(qū)用 ？ aft! i ODE設(shè)走萬屋 It ： f d lit J Utt. 11 狀亞書琥S稱30_0萬 S 式 f Multidisciplinary PIDcontrol )。需要添加的PID算法約束如下式：T1Upper ir let/1y Measu remen c point tontnolJed inletOutlet-0.014-0.01OOM10.002O.QOe 0.01 0.012B420)+ 町2 - “血 +&D敘-) 0要添加上述約束，除變上限積分項(xiàng)外，另外兩項(xiàng)都可以很容

3、易的在邊界條件中的“入口流速”設(shè)置中 直接定義。因此，這個(gè)變上限積分需要轉(zhuǎn)化成一個(gè)ODE作為全局約束加入。td intc_set。在 COMSO中,令int (cone c_set)dt，方程兩邊同對時(shí)間 t求導(dǎo)，得到 cone0dt變量u對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，用 ut表示。因此變量int的時(shí)間導(dǎo)數(shù)即為intt 。禾U用COMSO的 “ODE設(shè)定”，我們 可以很容易的將intt-(conc-c_set)=0這個(gè)ODE全局約束添加入模型之中。faS * X JR fl： ai C9(uQ 2 空玄KuJtxQI bkP1tU, iXI,OCCFIZl CZE積分耦合變量COMSO的語法中，變量u對空間的

4、微分，分別默認(rèn)為用ut，ux，uy, uz等來表示，這為仿真提供了極大的便利。那么對變量u的空間積分呢COMSO提供了積分耦合變量來實(shí)現(xiàn)這一功能。積分耦合變量分為四種：點(diǎn)(point)積分耦合變量、邊(edge)積分耦合變量、邊界(boundary)積分耦合變量、求解域(subdomain)積分耦合變量。根據(jù)模型的維度，會(huì)有相應(yīng)積分耦合變量。用戶還可以指定得到 結(jié)果后的作用域，例如全局，或指定某些點(diǎn)、邊、邊界或求解域。從而可以將對積分耦合變量結(jié)果的訪問 限制在指定的對象上。求解域積分耦合變量，就是對指定變量或表達(dá)式在指定的某個(gè)或者某些求解域上做積分，積分的結(jié)果 賦給自定義的這個(gè)積分耦合變量。對

5、于三維仿真，這個(gè)積分是體積分；對于二維則是面積分。最典型的應(yīng) 用當(dāng)屬對數(shù)值1進(jìn)行積分，可以得到體積或面積。邊界積分耦合變量，就是對指定變量或表示在指定的某個(gè)或者某些邊界上做積分，積分的結(jié)果付給自 定義的這個(gè)積分耦合變量。對于三維仿真，這個(gè)積分是面積分；對于二維則是線積分。對1積分可以得到面積或邊長。邊積分耦合變量，就是對指定變量或表達(dá)式在指定的某個(gè)或者某些邊上做積分，積分的結(jié)果付給自定 義的這個(gè)積分耦合變量。僅存在于三維仿真中，這個(gè)積分是線積分。對1積分得到邊長。點(diǎn)積分耦合變量，就是對指定變量或表達(dá)式在指定的某個(gè)或者某些點(diǎn)上給出它的值。它的最主要用法 是將某個(gè)點(diǎn)上的結(jié)果映射到指定的對象上。在上

6、面PID控制的例子中，指定位置處的濃度 cone就是一個(gè)點(diǎn)積分耦合變量，用來提取點(diǎn)PT1處的濃度值。同時(shí)，濃度 c的時(shí)間變化率ct在PT1點(diǎn)的取值，也可以用同樣的方法提取出來，付給變量ctime。e- :-rj積分耦合變量除了用于添加約束，也常常用于后處理。COMSO允許用戶將任意表達(dá)式在任意求解域或者邊界上的積分定義為一個(gè)變量，然后直接在后處理中對該自定義的積分耦合變量做數(shù)據(jù)可視化操作。例如，在二維擴(kuò)散問題的仿真中，為了觀測流出邊界上總的流出的物質(zhì)量，可以在出口邊界利用邊界耦合積分變量，然后可以直接得到數(shù)據(jù)曲線。(基本模塊模型庫 Chemical engin eeri ng absorpti

7、onfin* lAJtt dTot massdtFlow out將方程兩邊同對時(shí)間t求導(dǎo)后就變成了一個(gè) 的“ ODE設(shè)定”功能便可以定義這個(gè)新的變量F用的sa 卷押胡盯問采用ODE進(jìn)行時(shí)間積分，僅僅只能對標(biāo)量進(jìn)行積分, 有維度），則需要采用耦合一個(gè) PDE應(yīng)用模式的方法， 式，然后在求解中可以得到對時(shí)間的積分結(jié)果。0.4如果是想對求解域內(nèi)的某個(gè)值進(jìn)行積分（通常具通過修改PDE方程，使其滿足對時(shí)間的常微分方程形ODE方程，類似于定義一個(gè)全局約束那樣， 我們使用COMSOLTot_mass。r(t_aiE5名臨 1111 方琨舌 f In ut, iiTt, ? ； PJ堵話 mi、丁恰 IB (

8、 |TQt 丄轄 T &t, m s t -Fl Qv*utJQlO1全呂査i至內(nèi)環(huán)物Pf聲帶jrctiaTE四、停止條件在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)求解時(shí)，COMSO迭代求解當(dāng)然是以收斂條件滿足作為計(jì)算的停止條件。但是在瞬態(tài)分析的情況下，計(jì)算何時(shí)停止就可由用戶自行選擇了。與其他仿真軟件類似，COMSO默認(rèn)的瞬態(tài)分析停止條件就是遍歷用戶使定的時(shí)間范圍后，計(jì)算停止。但是除此之外，COMSO還可以提供一種更為靈活而且強(qiáng)大的功能，就是允許用戶選擇讓軟件自動(dòng)檢測計(jì)算結(jié)果中的某一變量或表達(dá)式，當(dāng)該變量或表達(dá)式滿足一定條件 時(shí)，計(jì)算停止。例如上例中，我們可以讓流出物質(zhì)的總量達(dá)到指定值時(shí)，計(jì)算自動(dòng)停止。求s aI通科時(shí)a歩悴

9、臺盤K?將迄盯問iB冋方存隔出時(shí)冋W巧3 a 上 afff t IF s .去w R I利號廠 W 時(shí)舊申.程teP； fl ifpfc時(shí)丸時(shí)K iS BE ffl 于 riiPJ牛氏k*jtffl得止茶Rfr：*S5BDF Hj R BDF 購 RS *矩耳:C* f * & ft IT . 任蘭荷B S厲！0_Tct EbSEJ旨二.自幼也詳tA jR Kf 也，豈代布爾表達(dá)式COMSO的停止條件使用的是布爾表達(dá)式。布爾表達(dá)式運(yùn)算的結(jié)果大于零，則表示有效，此時(shí)停止條件滿足,計(jì)算停止；當(dāng)布爾運(yùn)算結(jié)果小于或者等于零，則表示無效，停止條件不滿足，計(jì)算繼續(xù)進(jìn)行。需要注意的 是，這里的表達(dá)式，通常是

10、對某個(gè)標(biāo)量進(jìn)行求解的結(jié)果。五、非線性特征值問題方程的系數(shù)與方程的解但是有時(shí)候我們會(huì)碰到COMSO很容易“求解域設(shè)定”求解方程的特征值是仿真中經(jīng)常碰到的一類問題。問題線性度比較好的時(shí)候， 變量U不存在函數(shù)關(guān)系，這樣的方程很容易解；反過來，方程特征值也很容易求。 非線性比較強(qiáng)的問題，方程的系數(shù)本身就是解變量U的函數(shù)。對于正問題，然后利用COMSO提供的非線性求解器完成求解。但是對于非線 就是使用全局約束對特征值先進(jìn)行一下歸一化，中，定義方程的某些系數(shù)是解變量的函數(shù)， 性很強(qiáng)的逆問題又該如何定義呢這里有一個(gè)很好用的技巧， 在這里定義特征值與解變量相關(guān)。例如PDE方程U U 1,其中？即為特征值（下圖

11、中的 Lambda。我們可以先添加全局約束,定義E=1，而E其實(shí)是一個(gè)積分耦合變量，對應(yīng)于解變量 U2在求解域上的積分。通過這樣操作，我們就把 Lambda和解變量u建立的聯(lián)系，然后使用 COMSO提供的非線性求解器完成求解。萬程式F一c7li - Clu + 7 , + iU + G Vu = f求髯器琴敎玉爭I叨雄I甲元I掃頂EPDE S 逍系 a狀態(tài)殞呵i 琲 o)方尼 ItGt- FJ Sa 值 ktiii VJ EJ fe ,laibdfi1-1CI滝謝曰I 苦珂15 ESE舒階戟全局冃曠盤tJiJl_balb.， 乂XL Iroi- 1L dttj-.(皿電UKtAvLvl thp

12、l* hti3unjaduy* X1*E* V h hj h j* 1*訃4 n #i :* Cnpl ly V-OTM K 申 加Q Q _u -uFi. arr 託：EurfbE. 1 Blip 41* Uh 4 LKj3Q1DLPDLOLJQDOIQHm- #T T3gQI JL D.ur D UQ C.Q4 D (0 Qi 0 5-D Di 叫 CO 如 dC -O.DICDwrni 3 =4 Ticm : tfeIn刖屯葉Cl / lrisLii-iiH H hg :*J h|b 1x1 If., ixh.亍 COK3OL Bull xpliys ics -F.14 IdilDtu

13、fgEies Ikn BS|h i.|A A =釦賽!爐尺FZ斛 0 盒舐aa空S-VtLhSHlfejL tuiilhnlb 口nbJ Erpr-b-i-i Tunc 4 L UE (jCLotal EiuU?4l3J Vjad w F l*il*iat M=rr袒i.fil K-feXFlSTij4mi：n 亠 Exini iry r匸wuT5典V-ao- 雖 f amiO 17-0. (03 .O.LI9O.Q!)fUp.OE2DKJ DECIEEEIZDCSD 口/jUL-521 ?7iViqnn址:B5tsoogLOODLblDLCODL血in.irkb: an.iflanlLitL

14、ozi tiEue: fl0 J hiLk即au s嗨：a.o SfIJTim01-0 flr-a 的h D tn*) -a o亍引ujis 何s tquij cstsriM衍、:?ffi- /個(gè)I投影耦合變量是積分耦合變量與拉伸耦合變量的合體。它的用法與拉伸耦合變量非常類似，只不過在 跨幾何傳遞參數(shù)的時(shí)候，拉伸耦合變量傳遞的就是變量或者表達(dá)式本身，而投影耦合變量傳遞的是變量或 者表達(dá)式的積分。七、在非線性設(shè)置中調(diào)整瞬態(tài)求解器當(dāng)求解瞬態(tài)非線性問題時(shí)，為了提高收斂性和求解器的效率，用戶可以手動(dòng)調(diào)整求解器的一些參數(shù)， 例如非線性求解器中的迭代步數(shù)、公差因子、阻尼衰減參數(shù)、Jacobian修正方法等

15、。通常情況下，如果在迭代步數(shù)范圍內(nèi)，收斂性較慢，未能在適當(dāng)?shù)牡螖?shù)后得到結(jié)果，可以將迭代 步數(shù)改大。但是這樣做，有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生較大的計(jì)算量。當(dāng)非線性較強(qiáng)時(shí)，可以將公差因子調(diào)小，這樣做可以控制迭代時(shí)的步長，較小的步長受非線性的影響 較小，可能會(huì)快速得到結(jié)果，但也有可能會(huì)產(chǎn)生較大迭代次數(shù)，增加計(jì)算量。阻尼衰減參數(shù)等，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，用戶可以指定初始值、最小步長、以及最大步長。如 果非線性很強(qiáng)，則應(yīng)該將最小步長改小，反之可以將最大步長調(diào)大。Jacobian修正方法，也可以根據(jù)需要來修改，例如缺省是采用最小值方法，用戶可以修改成每個(gè)迭代 都要修改，或每個(gè)時(shí)間長只進(jìn)行一次修改。修改次數(shù)越多，意

16、味著非線性的影響越小，同樣也意味著計(jì)算 量的增加。一一譯 E A方枸AS應(yīng)電洗，IS誦宙眄匱歩艮I嵩紉通馬萬疋：篙出叮IBJ (5：TX=0.Q2-0.03a * ft 送 ai器Gt左丿一束艷曲哇構(gòu)帑貝ft宀吐瓦書眾亠尼廣-0, J4-0. L-3-fl. 02由茨髦S，央左時(shí)問士底；趙 時(shí)司曲仇B(yǎng)Of圧時(shí)I叵由町同步初特叮益武叮I傳用土凋藝 同卡檢網(wǎng)于*諄止?fàn)幋?0F階瓶 小fiPF階iJ: 畀展S電扉:CiE系熱自怡初 垢*常書圖：U薩i差B工； 是尢誥址：0制戦1咀克眶尼拽術(shù)： 眶尼*臥1H F.毛占t手 r幣萬= ? 然7且已薪議 V 4 + h TT Tf,25動(dòng)話節(jié)I.DF -?

17、1八、求解時(shí)繪圖它允許用戶在求解的過程中，實(shí)時(shí)觀測到某個(gè)變量使用邊處理邊繪圖可以實(shí)時(shí)觀察到相結(jié)構(gòu)的演變。K?11的H高時(shí)-ftttR/ -!| 卜”- ZIt3a方用；A.治出1fflUa1Jrrat/手m :ff 1tit時(shí)冋初時(shí):時(shí)歩卡11)T-fl；上ff蠅 AEDF HlB?tnt bl1購出f托-性目JI1 n tilt bz s.Gt；1m1 1r111白自 it*.也自 .現(xiàn) D邊求解邊繪圖是COMSO最強(qiáng)大的后處理工具之一，或者表達(dá)式的結(jié)果圖。例如在求解相變析出的一類問題，在COMSO中要使用這個(gè)功能非常簡單，只需要在“求解器設(shè)定”勾選“求解時(shí)作圖”的復(fù)選框就可以了。九、繪制探

18、測圖在求解的同時(shí)，COMSO還以做一種圖，即探測圖。這個(gè)功能允許用戶在任意的位置放置觀測點(diǎn)，隨著 求解的進(jìn)行實(shí)時(shí)的掌握觀測點(diǎn)上的某些變量或者表達(dá)式的取值變化。昴圖爭鍛. 咅I面圏嘗澈” 煤S寥甄C 全局仝皐凰-.F12 dEd邊界積爐” 點(diǎn)計(jì)g-E何屋住一*出邑_収茅謖式衣制B1* I 內(nèi) a 常理 A B. J 臣 tI 5 二烹建 it-Un*5 TT陽手和序TT6 I -1- ； .:I： .* -IT辰曲ff tfl iff 曲：告：3JS P1D1112I W flf E* H H JP g.- r唱關(guān)F = M m *百aifl左妄fl一腔后處連設(shè)気“kJ十、保存探測圖數(shù)據(jù)臥朋5文

19、件!呆療目前的圍輸出至文輸出數(shù)粧桔式；哇標(biāo)，數(shù)協(xié) 編耳習(xí)O3ZZJ佯： 匚：VTObm_(lHt 乩 irt律 豈啟處理 頻據(jù) 的腳確定 取清交互式網(wǎng)格剖分所有（自由）剖分選中的面剖分選中的描）刪除網(wǎng)格撤消剖分增加網(wǎng)格尺寸 +剖分選中的（掃描）剖分剩下的（自由）網(wǎng)格剖分是有限元仿真最重要的技術(shù)之一，好的網(wǎng)格可以有效小的提高計(jì)算的收斂性并減少計(jì)算時(shí)間。COMSO內(nèi)建了極為強(qiáng)大的網(wǎng)格剖分工具，包括自由網(wǎng)格生成器、映射網(wǎng)格生成器、掃描網(wǎng)格生成器、邊界 層網(wǎng)格生成器四種網(wǎng)格生成方法，同時(shí)還提供網(wǎng)格復(fù)制、網(wǎng)格刪除、網(wǎng)格撤銷、網(wǎng)格拉伸和旋轉(zhuǎn)、網(wǎng)格導(dǎo) 入等等功能。將這些工具聯(lián)合使用，就是COMSO的交互式網(wǎng)

20、格剖分，用戶可以根據(jù)需要，完全自由控制網(wǎng)格的形狀和分布。十二、CA導(dǎo)入COMSO除了內(nèi)建有強(qiáng)大的 CAD工具之外，還提供了與其他 CAD軟件的接口，用戶可以方便的直接導(dǎo)入 其他CAD軟件創(chuàng)建好的模型。COMSO的 CAD導(dǎo)入功能除了能夠正確識別其他CAD文件之外，更重要的是提供了一些修復(fù)的工具。就一般的CAD設(shè)計(jì)過程來說，零件在設(shè)計(jì)的后期往往會(huì)加入一些圓角、倒角之類的特征，另外零件上本身還 有一些狹小的曲面，這些特征對于COMSOL仿真的物理結(jié)構(gòu)并不重要，但是卻會(huì)帶來許多不必要的網(wǎng)格，COMSO提供了 CAD修復(fù)的功能來自動(dòng)移除這些圓角、倒角、狹小曲面。另外，導(dǎo)入的 CAD模型有可能存在組件未對齊、本該連接在一起的面沒有連上等等，這些都會(huì)造生 COMSO無法有效的識別物理求解域，因此COMSO提供的CAD修復(fù)工具可以修補(bǔ)缺口，消除自相交或者不連續(xù)。C3C4C1C2將C4延長到C3C1C2移除面，并擴(kuò)展其 他面填補(bǔ)缺口十三、3D模型中抑制對象“抑制”功能是COMSO常用的后處理技術(shù)之一。 在三維仿真的后處理過程中，用戶可能常常需要看到內(nèi)部的一些結(jié)構(gòu)上的變量分布。這時(shí)就要用到COMSO的抑制功能。例如前面燈泡的例子，后處理顯示的是三維結(jié)構(gòu)外緣的溫度分布，而我們關(guān)心的實(shí)際上是內(nèi)部的溫度 分布，因此可以選擇抑制某些邊界。T-,