COMSOL培训.ppt
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1、COMSOL培训内容和安排 1、有限元理论介绍 2、COMSOL简介及前后处理功能介绍 3、COMSOL高级技巧网格、求解器 4、COMSOL典型算例分析1、有限元理论介绍线性求解和非线性求解PDE的简介 定义:一个包含两个或多个变量的未知函数及其偏微分的方程 分类线性 vs.非线性标量方程 vs.系统线性PDE系统非线性PDE系统线性标量PDE非线性标量PDEPDE分类矩阵困难程度困难程度初期要点“求解”PDE 意味着什么?适定的问题;存在,唯一,以及平滑 COMSOL使用 FEM 来数值逼近解 一些约定线性问题 对流输送方程 Laplace方程 传热方程 波动方程 Helmholtz方程对
2、非均匀问题,将0用一个自变量的函数来代替COMSOL PDE模式 应用可用于标量方程或系统注意:系数可能会变成更高阶算子 COMSOL中的应用系数形式系数对应于常见的物理参数(例如,扩散、对流等)通式很灵活和紧凑弱形式作为PDE的基础的PDE形式积分形式提供更强大的灵活性 非标准化边界条件,边界方程耦合等Lagrange算子显式求解需要推导方程,制约其应用有限元方法 定义将连续的求解域离散成一组有限个,按一定方式相互联结在一起的单元的组合体将PDE转换成离散的线性代数方程系统 特点各种复杂单元可以用来模型化几何形状复杂的求解域各节点上的解的近似函数可以用来求解整个求解域上任意点的结果K:刚度矩
3、阵u:解变量,或解向量F:载荷向量u的数量:自由度数目(DOF)2、COMSOL简介及前后处理简介、几何建模、CAD导入、后处理什么是多物理场?在描述一个对象时涉及多种物理现象的组合 这些现象都基于某种物理规律 这种物理规律可以借助于偏微分方程得到精确描述有限差分有限元有限体积法自然自然对流流自然自然对流流(流(流热耦合)耦合)焦耳焦耳热(电热耦合)耦合)COMSOL MULTIPHYSICS全球第一款真正的多物理场耦合分析软件一个功能强大的平台一个功能强大的平台有限元仿真平台有限元仿真平台类似于公式解释器形式的图形化操作界面填空式的操作方法任意耦合的多物理场分析平台任意耦合的多物理场分析平台
4、多物理场耦合多维度/尺度耦合与实验结果进行耦合突出的特点突出的特点易用性易用性可自由切换的多种语言操作界面简单鼠标操作和填空,自动建立耦合物理场开放性开放性对用户透明,支持用户建立自己的模型灵活性灵活性与MATLAB无缝连接,强大的二次开发功能COMSOL 产品COMSOL Multiphysics准静态电磁AC/DC Module化工Chemical Engineering Module传热Heat Transfer Module射频RF Module声学Acoustics Module地球科学Earth Science Module微机电系统MEMS Module结构力学Structura
5、l Mechanics Module材料库Material LibraryCAD导入CAD Import Module优化实验室Optimization Lab反应工程实验室Reactoin Engineering LabSolidWorks AutoDesk INVENTOR Pro/E Catia,Pro/E,NX SolidEdge ECAD(ODB+)Simpleware MATLAB&SimulinkCAPE-OPEN,CHEMKIN JANAFNASACOMSOL MULTIPHYSICS的主要特性 交互式建模和模拟环境GUI大量的预置物理应用模式自定自定义PDE应用用模式模式 无
6、穷的耦合能力无限的物理量耦合不同维度/尺度耦合与实验结果耦合 完备地前处理器功能简单实用的几何建模导入主流CAD文件格式强大的网格剖分功能 多种功能强大的求解器 强大的后处理能力 特定的应用模型和扩展 支持Matlab和Simulink的双向调用消息窗模式树模式细节主工作区工具条菜单COMSOL脚本COMSOL 脚本采用M文件进行存储,命令格式完全兼容于MATLAB Windows化的编辑与调试界面内建600多条命令用户自定义GUIExcel文件导入/导出可选专用附加软件反应工程实验室几何建模 内建功能强大的基本几何建模工具 支持多种文件格式的CAD导入模块 基本功能使用工作平面拉伸和旋转嵌入
7、CAD 文件导入导入CAD 文件导入零件和装配修复修复和损毁和SolidWorks 实时连接支持的文件格式产品格式版本版本CAD Import ModuleParasolidup to R18ACIS(SAT)up to R17STEPAP203,AP214IGESup to 5.3CATIA V5 Import ModuleCATIA V5R2 through R17CATIA V4 Import ModuleCATIA V44.1.9 through 4.2.4Inventor Import ModuleInventor6 through 11Pro/E Import ModulePro/
8、Engineer16 through Wildfire 3VDA-FS Import ModuleVDA-FSup to 2.0COMSOL MultiphysicsSTLVRML1.0DXF(2D)up to R14GDS2NASTRAN后处理 COMSOL Multiphysics提供了大量的工具进行后处理和图形化。标准的绘图模式包括:或者是这些绘图模式的组合形式图形化 对于3D如何抑制求解域和边界是很重要的平移/旋转/缩放(不激活时为选择工具)隐藏选中的对象显示所有隐藏的对象使用 Shift和Ctrl键正交和透视图确认选择(右键点击)平面视图选择工具摄像工具网格工具后处理,续 其他后处理
9、特性包括:耦合变量:从2D轴对称模型的解直接得到3D图探测图:求解过程中实时绘制某个点上的结果求解时绘图:求解过程中实时地绘制结果图求解域和边界积分:在GUI中直接进行求解域或边界积分非结构函数:导入另一个软件的计算结果脚本:使用命令行函数提取所需数据数据导出:从COMSOL中导出数据到文本文件后处理技巧 使用逻辑运算 使用叠加图 嵌入辅助线或面、体 导出数据,用脚本或其他软件处理3、COMSOL高级技巧网格、求解器自由网格生成器 非结构化网格2D中三角形和四边形单元3D中四面体、六面体、棱柱单元 最通用的网格生成器(对几何形状无限制)自动或用户控制网格参数映射网格生成器 四边形单元的结构化网
10、格 在2D子域和3D边界上使用 用户可以完全控制单元分布扫描网格生成器 棱柱或六面体单元 从一个或多个源面开始通过子域扫描 控制源面上的网格和在扫描方向上的分布边界层网格 沿着指定边界法向方向的稠密单元分布 边界层的构成2D中各向异性四边形单元3D中由各向异性棱柱和六面体单元网格拆分 从四边形单元拆分成三角形单元 从六面体单元拆分成四面体单元网格参数 从“extremely fine”到“extremely coarse”的9级缺省网格尺寸 可分别调整子域、边界或边上的所有参数自由网格参数剖分所有域上的网格重置只剖分被选中部分缺省为结构的1/10单元尺寸的增长倍率,必须大于1乘上曲率半径的结果
11、决定了边界上的最大值小于它与边长的乘积的曲率半径取这个乘积最窄部位的网格单元层数未设置最大单元尺寸时有效,表示最大单元为缺省值的倍数自由网格参数,续单元比例是否沿线取向边上的单元数量单元增长比例单元增长关系:线性或对数单元分布是否对称手动定义单元位置剖分网格时的虚拟结构解析几何结构时所需的点复制网格 通过复制网格可以在不同的边界上产生一致的网格 自动检查目标面上源网格的取向拉伸和旋转2D网格 在2D中绘制几何并剖分网格 把网格拉伸或旋转形成3D结构网格导入 NASTRAN 数据文件最通用的网格文件格式一阶和两阶单元 从网格开始建模跳过创造几何结构和网格剖分步骤网格统计 检查各单元类型的单元数目
12、 检查自由度数目 检查网格质量 可单独检查各子域、边界或边上的统计信息网格可视化 显示基于坐标的单元(比如,横截面)使用彩色图案显示网格质量网格框架 轻松地在不同网格间转换 手动调整网格,应用于求解器设定自适应网格 稳态计算中,根据结果调整网格模型库Heat Transfer ModuleProcess and Manufacturingcontinous casting移动网格案例:电化学抛光 问题描述 电化学抛光:利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光 简化的2D模型由两个电极和复合电解液构成。正极有一个凸点,表示表面缺陷。模拟了一段时间后凸点和周围的电极材料的损耗 模型使用了传导介质DC
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