COMSOL Multiphysics 5.6

Je nám potěším představit verzi 5.6 a výběr toho nejzajímavějšího co nabízí. Na úvod je třeba zmínit výrazné zrychlení a paměťovou úspornost nové verze. Pro ilustraci a na zahřátí uvažujme následující CFD obtékání objektu. Turbulentní proudění s 6,3 miliony stupňů volnosti počítaných na 16 uzlovém clusteru. Ve staré verzi byl výpočetní čas 8200 sekund s použitím 22 GB paměti, v nové verzi jen 4500 sekund a 12 GB.

O čem se mluví nejvíce

LiveLink for Simulink

COMSOL Multiphysics rozšiřuje možnosti nadstandartního propojení s produkty firmy The MathWorks. S novým víceúčelovým modulem můžete integrovat multifyzikální model přímo do blokového schéma v Simulink. Máte tak plnou kontrolu nad vstupním napětím, počtem otáček a jinými parametry z vašich modelů. Propojení umožňuje integrovat jak časově závislé, tak stacionární modely. Díky funkci redukování řádu modelu (MOR – Model Order Reduction) a jeho následného exportu můžete vytvořit digitální dvojče (Digital Twins) reálného systému.

Polymer Flow Module

V nejnovějším rozšíření modulů z rodiny CFD najdete modely viskoelastických a neelastických ne-newtonských kapalin. Máte tak v rukou robustní nástroj pro simulování procesů v gumárenství, potravinářství, farmacii a v chemickém průmyslu. Polymer Flow Module podporuje také vícefázové proudění nebo např. „Fluid-Structure Interction“.

Nové jméno Battery Design Module a nový modul Fuel Cell & Electrolyzer Module

Dříve uvedený Batteries and Fuel Cells Module se s novou verzí přejmenoval na Battery Design Module. Firma COMSOL uvedla zcela nový Fuel Cell & Electrolyzer Module. Důvodem je dynamický vývoj, který začíná více odlišovat simulace baterií od simulací palivových článků a elektrolýzy. Uživatelům modelujícím právě palivové články a elektrolyty je doporučeno zvážit použití nového modulu, který poskytuje další nástroje pro návrh a analýzu palivových článků.

Obecné novinky

Grafické rozhraní

Tradičně čistý grafický design je nyní možné převléknout do tmavého modu, který dá při práci ulevit očím. Rozšířené podpory se dostalo také ovládání modelu pomocí kontextového menu přímo z grafického okna. Tato funkcionalita byla představena už v předešlé verzi. Až nyní však nabízí plnohodnotnou alternativu v definici modelu, nastavení okrajových podmínek, přidávání materiálů a dalších. Spousta uživatelů jistě ocení také interaktivní roviny řezu pojmenované „Clip plane“, které umožňují nahlédnout dovnitř modelu a usnadňují tak práci s komplexními geometriemi. Přístupné jsou rovněž pro postprocessing.

Mesh

Zásadních novinek v tvorbě sítě letos přibylo hned několik. Nová možnost vizualizace vyšších řádů prvků a to včetně výpočetních uzlů je nejen efektním ale pro vyhodnocování kvality sítě i vysoce efektivním nástrojem. S rozvojem 3D tisku a 3D skenování se častěji setkáte s geometriemi vycházejícími z importované sítě. COMSOL přináší celou řadu nových nástrojů pro práci s importovanou sítí umožňující její opravu, řezání, přesíťování a další. Tvorbu kvalitní sítě zajisté usnadní také možnost vytvářet elementy mezní vrstvy na 3D plochách a jejich následné vytažení do objemu pomocí operace Swept.

Postprocessing

Vysoká úroveň grafického zpracování výsledků je v COMSOL standardem. V tomto duchu se nesou i novinky představené v poslední verzi COMSOL Multiphysics. Už byly zmíněny interaktivní roviny řezu, které lze uplatnit také v grafickém okně sekce „Postprocessing“. Další novinkou je možnost částečné transparentnosti vybraných ploch. Můžete tak zobrazit děje odehrávající se v nitru komplikované geometrie při zachování orientace v modelu. Simulace se realitě neblíží pouze přesnějšími matematickými modely, ale i realistickým vyobrazením použitých materiálů. Do každého grafu můžete přidat uzel „Material Appearance“, který dodá materiálu realistický vzhled. Navíc je možné tuto vizualizaci kombinovat s barevnou mapou znázorňující například deformační pole. Pokud v grafickém okně zapnete navíc ještě „Enviromental Reflections“, bude Váš model k nerozeznání od jeho předlohy. Grafický výstup můžete rozšířit ještě o importované obrázky a prezentovat Vaši firmu například pomocí loga. Ze štědré nadílky letošních novinek stojí za povšimnutí ještě grafické značky v 1D grafech a možnost exportovat zvukový záznam z akustických studií ve formátu WAV.

AC/DC a polovodiče

• Nové fyzikální rozhraní „Magnetic Fields, Currents Only“ je vhodné pro výpočet indukční matice komplexních 3D obvodů, jako jsou například tištěné spoje. Proto podporuje také výpočetní studii „Stationary Source Sweep“. Na rozdíl od klasického rozhraní „Magnetic Fields“ umožňuje simulovat otevřené obvody. Nové rozhraní si můžete osahat na modelové úloze Inductance Matrix Calculation of PCB Coils.
• Steinmetzův a Bertottiho empirický model pro výpočet ztrát ve feromagnetických materiálech v uzlu „Loss Computation“.
• Rozšíření podpory studie vlastních frekvencí napříč fyzikálními rozhraními.
• Novinky v rozhraní pro návrh a simulaci elektrických obvodů v podobě vypínače řízeného stavem vybrané proměnné, nebo rozšířené možnosti parametrizace obvodu.
• Ferroelektrické materiálové modely pro elektrostatické simulace.
• Rozhraní Schrödingerovy rovnice nyní podporuje více-komponentní vlnové funkce.

RF a vlnová optika

• Asymptotická analýza radiolokační odrazné plochy (RCS) zabalená do nového fyzikálního rozhraní „Electromagnetic Waves, Asymptotic Scattering“.
• Snazší výpočet S-matice díky výpočetní studii „Frequency Domain Source Sweep“.
• Okrajová podmínka „Scattering Boundary“ dokáže efektivně pohlcovat i šikmo dopadající vlny v modální analýze. Zpřesňuje se tak výpočet ztrát ve vlnovodech.

Paprsková optika

• Rychlejší a přesnější renderování paprsků.
• Nastavitelná průhlednost vybraných ploch je velmi užitečná pro zobrazování optických soustav.
• Implementace okrajové podmínky ideální čočky pro ještě rychlejší simulace.
• Optický rozptyl v prostředí s vodní párou, prachovými částicemi, kouřem, bublinkami a dalšími drobnými částicemi.
• Rozšířená funkcionalita odrazu a rozptylu okrajové podmínky „Scattering Boundary“ umožňuje průchod rozptýlených paprsků.

Simulace proudění tekutin

• Upravená formulace ve fyzikálním rozhraní „Phase Transport, Mixture Model“ umožňuje simulovat stlačitelné disperzní směsi v úlohách vícefázového proudění.
• Nové fyzikální rozhraní pro simulaci mělkých vod pro zkoumání dopadů vln tsunami, eroze a tání mořských ledovců.
• Zdokonalený automatizovaný výpočet vstupních parametrů u turbulentních modelů proudění.
• Přepracovaná rozhraní „Phase Field“ a „Level Set“ pro snazší nastavení úloh vícefázového proudění.
• Vylepšení výkonu zejména při clusterových výpočtech můžete ověřit na benchmarkové úloze Ahmed Body.
• Poroelasticita a Darcyho zákon pro vrstvené porézní materiály.
• Výpočet namáhání a opotřebování potrubí pomocí nového multifyzikálního rozhraní „Fluid-Pipe Interaction, Fixed Geometry“.

Přestup tepla

• Nová okrajová podmínka „Phase Change Interface“ pro čelo pohybující se fázové přeměny. Podmínka předepisuje mezní teplotu fázové změny, rychlost pohybu čela a definuje rozhraní pevné látky a tekutiny jako ostré rozhraní.
• Nová fyzikální rozhraní pro přestup tepla a vlhkosti porézními materiály přináší například hygroskopický materiálový model.
• Emisivita matných a polopropustných povrchů u studií tepelné radiace může být směrově závislá.
• Rozšíření okrajových podmínek pro rozhraní simulující přestup tepla ve vrstvených materiálech.
• Automatická detekce ideálního plynu a tomu uzpůsobené řešení zrychluje výpočet stlačitelného neizotermního proudění.

Strukturální mechanika

• Definice dynamického kontaktu výrazně zpřesňuje výpočet zachování momentu a energie v časově závislých kontaktních úlohách.
• Simulování různých typů prasklin pomocí uzlu „Crack“ s řadou ukázkových úloh je nově součástí balíku strukturální mechaniky.
• Analýza opotřebení pro kontaktní a multibody úlohy.
• Nově lze integrovat armaturu modelovanou jako nosník, nebo příhradová konstrukce do rozhraní „Solid Mechanics“.
• Inovované nelineární materiálové modely a jejich rozšířená podpora v kompozitních materiálech.
• Podpora „ply-based“ definice kompozitních materiálů.

Akustika

• Ultrazvukové zobrazování ani vysoko intenzitní ultrazvuky nejsou pro COMSOL Multiphysics žádným oříškem. Přispívá tomu velkou měrou fyzikální rozhraní pro modelování časově explicitní nelineární akustiky. Lze jej navíc jednoduše propojit se strukturální mechanikou pro simulace vibro-akustických problémů.
• Rozšiřující se funkcionalita a podpora akustických portů.
• Miniaturní reproduktory, štěrbiny a mřížky je možné modelovat díky rozšířenému rozhraní „Thermoviscous Acoustics“, které nyní zohledňuje i nelineární složku.
• Výkonnější BEM rozhraní zejména pro velké akustické modely umožňuje stabilní výpočet širokopásmových frekvenčních studií.
• S novým modulem „Liquid & Gas Properties“ můžete snadno implementovat detailní simulace akustického pole za použití vlhkého vzduchu.

Chemie

• Automatické vyvažování stechiometrických rovnic a předdefinované termodynamické systémy.
• Definice reakčních mikro pelet pro reaktory s porézní strukturou.
• „Battery & Fuel Cells Module“ se rozpadl na dva samostatné moduly. „Battery Design Module“ přináší všechny funkce svého předchůdce a dále se specializuje na návrh baterií a bateriových systémů. Nový „Fuel Cell & Electrolyzer Module“ přináší nové prostředí pro simulace palivových článků a elektrolytických procesů.
• Přepracované rozhraní pro porézní média definuje tři složky, kapalinu, porézní strukturu a volitelně imobilní kapalinu. Tento způsob usnadňuje nastavení problému a propojení s dalšími fyzikami.

Optimalizace

• Výsledky parametrické simulace se snadno překlopí do nové tabulky vstupních parametrů, což značně usnadňuje celý proces.
• Nový gradientní optimalizační algoritmus IPOPT kompatibilní se všemi typy optimalizačních studií.
• Nastavení topologické optimalizace je opět o krok snazší díky novému materiálovému rozhraní „Topology Link Material“. Tento materiálový model je určený pro nejčastější případ minimalizace použitého materiálu.
• Řada nových ilustrativních úloh.