COMSOL Multiphysics 6.2

Rádi bychom vám představili novou verzi COMSOL Multiphysics 6.2, která byla vydána v prvním listopadovém týdnu 2023, a provedli vás heslovitě základními novinkami.

Novinky, které se týkají všech

Hluboké neuronové sítě

• Revoluce v simulačním světě má dva hlavní způsoby využití. Tvorbu předtrénovaných modelů a vícedimenzionální aproximaci dat.
• Nová studie: „Surrogate Model Training Study“ – funguje vlastně jako pokročilá parametrická studie. Nastavíte parametrizovaný simulační model, jak jste zvyklí. Studie dle zadaného scénáře (sampling methods) spočítá výsledky v určitých místech prostoru parametrů. Tím se vygenerují data (Design of Experiments Table), ze kterých se učí neuronová síť. Neuronová síť je od nové verze nový druh funkce, která dokáže vykreslit výsledky pro libovolné parametry.
• Nová funkce: „Deep Neural Network (DNN)“. Stejný postup lze analogicky vytvořit ručním spuštěním parametrické studie, uložením výsledků do textového souboru a zavoláním funkce (Global Definitions > Functions > Deep Neural Network). Funkce pomocí strojového učení (hluboké neuronové sítě) provede vícedimenzionální aproximaci vstupních dat. Voláním funkce získáte aproximovaná data téměř okamžitě.
• DNN může sloužit k vytvoření digitálního dvojčete s velmi rychlou odezvou. Předpokládáme, že předtrénované modely (Surrogate modely) najdou využití jako rychlá a na nastavení jednodušší alternativa k optimalizaci parametrů.

Této převratné novince jsme se věnovali na našem podzimních online semináři Systematizace vývoje produktu v COMSOL Multiphysics.
Záznam naleznete zde: https://youtu.be/EORu3CjTGyc

Práce s geometrií

• Pomocí nových funkcí v uzlu měření můžete vytvářet parametry, které lze použít při konstrukci navazující geometrie.
• Operace „Cap Faces“ byla vylepšena o funkci, která umožňuje jedním kliknutím vybrat hrany ohraničující vybraný otvor.

Síť a import sítí

• Proběhlo vylepšení algoritmů automatického síťování složitějších geometrií pomocí příkazu „Swept“. Plochy ve směru vytažení mohou mít obdélníkový obtisk hran. Dříve bylo nutné takové plochy nejdříve ručně rozdělit.
• Síťování periodických struktur je nyní mnohem snadnější díky nové funkci „Identical Mesh“. Stačí definovat páry a automaticky se zohlední vzdálenost ploch a velikost prvků.
• Nové příkazy na přesíťování urychlí práci s importovanými sítěmi a výsledky z topologických optimalizací.
• Síťování mezní vrstev dostalo další vylepšení v podobně funkce „Corner Properties“, která usnadňuje kontrolu generování sítě v rozích.

Zpracování výsledků

• Nově je možné zobrazit vývoj pole v čase pomocí izoploch. Snadno tak zobrazíte například šíření zplodin z komínu.
• Byl vylepšen algoritmus vykreslení proudnic (Streamline). Nyní je možné vykreslit proudnice na zakřivených plochách
• Grafika vizualizací nově obsahuje zobrazení stínů na podlaze, díky kterým získáte ještě lepší prostorový efekt a hloubku detailů.
• Nový uzel pro centralizovanou konfiguraci datasetů a stylu grafů.
• Aktivace tlačítka „Enable Tooltip“ Vám umožní kurzorem myši zobrazovat hodnoty 1D (x-y) grafů.

Novinky v oblasti elektromagnetismu

Simulace elektromagnetismu jsou v COMSOL Multiphysics velmi široký pojem. Co je nového v tradičně velmi multifyzikální oblasti?

AC/DC Module

Novinky v tomto modulu primárně sledují dnešní trend expanze elektromobility.

• Při simulaci nelineárních časově periodických jevů při vývoji elektromotorů oceníte nové rozhraní „Magnetic Machinery, Rotating, Time Periodic“. Tento přístup šetří značné množství výpočetního času díky zavedení periodicity v časové dimenzi a řešením všech časových úseků najednou pomocí stacionárního řešiče.
• Další úsporu času přináší přidání podpory periodicity ve 3D u cívek a obecných vodičů.
• Zefektivněte Vaše simulace pomocí nového multifyzikálního couplingu „Magnetic Forces, Rotating Machinery“, které propojuje elektromagnetismus a strukturální mechaniku na úrovni domén.

RF Module

• Byla přidána nová okrajová podmínka „Cable Shield“ umožňující simulaci různých typů opředení kabelů a tak sledovat vlastnosti výsledného stínění.
• Jak pro RF tak vlnovou optiku bylo rozhraní „Electromagnetic Waves, Boundary Elements“ vylepšeno o roviny symetrie, které sníží výpočetní čas. A to až 4× při výpočtech na clusterech.
• Nový model posunu elektrického pole, „Wideband Debye model“, je k dispozici ve funkci „Wave Equation, Electric“. Tento model lze použít k přesnému popisu ztrát a disperzních efektů v substrátech desek plošných spojů.

Ray Optics Module

• Knihovna materiálů se rozšířila o 90 materiálů skel a všechny obsahují potřebné materiálové vlastnosti pro STOP analýzu.
• Možnost vypouštění paprsků pomocí „Gaussian Beam“ se rozšířilo o paprsek s eliptickým průřezem.

Plasma Module

• Nový výpočetní krok „Frequency-Stationary study step“, kombinuje frekvenčně závislé děje a stacionárně děje v jediném výpočetním kroku, zrychluje výpočet a pomáhá se stabilizací modelů mikrovlnného plazmatu.

Novinky v oblasti strukturální mechaniky

Oblast strukturální mechaniky dostala řadu velmi zajímavých a užitečných novinek, které usnadní práci na Vašich simulačních modelech.

Structural Mechanics Module

• V této verzi naleznete hned 2 nová rozhraní, prvním je „Phase Field in Solids“, které využijete zejména při modelování poškození, propagaci trhlin nebo růstu hranice zrn.
• Druhým je „Transport in Solids“ sloužící pro simulaci transportu částic, vodíkové křehkosti a dalších transportních jevů v pevných materiálech a to jak stacionárních tak i časově závislých studiích.
• Nová funkce „Stabilization“ pomůže s úvodní stabilizací při výpočtu kontaktních úloh.
• Zejména při vývoji PCB oceníte novou funkci „Warpage“, která vyhodnocuje odchylku povrchu od jeho původního tvaru.
• Metoda „Virtual Crack Extension“ rozšiřuje možnosti modelování lomové mechaniky. Oproti metodě J-integrálu je možné uvažovat i zatížení tělesa a tepelné namáhání.

Nonlinear Structural Materials Module

• Za účelem přesné analýzy struktur z pevných polymerních materiálů byly přidány nové materiálové modely pro viskoplasticitu polymerů.
• Proběhlo rozšíření funkce „Fiber“ o možnost uživatelem definovat „Stress-strain“ závislost materiálu, či o použití vláken v „Shell“ rozhraní.
• Funkcionalita „Parameter Estimation“ obdržela vylepšení optimalizačních řešičů. Díky tomu se zvýšila výkonnost odhadů parametrů experimentálních dat, včetně jednoosých, dvouosých a cyklických zatěžovacích stavů.

Geomechanics Module

• Nový materiálový model „Coupled damage-plasticity“ pro beton kombinuje mechaniku poškození s modelem plasticity.
• Geoinženýři ocení dva nové materiálové modely pro zeminy „Hardening Soil Small Strain“ a „Small Strain Overlay“.

Novinky v oblasti akustiky

COMSOL Multiphysics je lídr mezi software pro řešení akustických úloh. Je etablován ve vývoji reproduktorů a mikrofonů. Důvodem jeho úspěchu je, že dané úlohy jsou silně multifyzikálně orientované, protože spojují akustiku, strukturální mechaniku (vibrace), elektromagnetismus a šíření tepla. Co tedy přináší Acoustics Module verze 6.2?

• Hlavní novinkou z oblasti akustiky je možnost počítat s frekvenčně závislou impedancí v časové doméně. Tato okrajová podmínka umožňuje napočítat reálné materiálové vlastnosti libovolného objektu a následně sledovat útlum akustické vlny na daných objektech.
• Nabídka materiálových modelů se rozrostla o model „Anisotropic Poroelastic materiál“, kam patří například skelná vata, reproduktorové membrány apod.
• Rozhraní „Ray Acoustics“ nabízí novou okrajovou podmínku „Realese from Pressure Field“, která umožňuje simulovat objekty typu koncertních hal pro široké spektrum frekvencí.

Novinky v proudění tekutin

• LES rozhraní lze nově použít i pro stlačitelné proudění do Ma = 0.3. Do této kategorie spadá například aerodynamika startujícího letadla.
• Nové RANS turbulentní modely pro vysokorychlostní proudění (High-Mach-number flow).
• Za účelem rychlejšího řešení složitých turbulentních modelů bylo přidáno nové rozhraní „Potential Flow“ pro inicializaci proudění.

Novinky v přestupu tepla

• List dostupných turbulentních modelů se rozrostl o SST turbulentní model, který kombinuje přesnost k-ω modelu a robustnost k-ε.
• Nová možnost výběru nejbližších meteorologických stanic na základě GPS souřadnic.
• Přibyla nová zjednodušující funkce „Thermal Connection“, která umožňuje nahradit část modelu propojením ploch pomocí termálního odporu nebo kapacitoru.

Novinky v chemii a elektrochemii

• Vylepšení modelování rovnováhy plynu a kapaliny zahrnující koncentrované směsi se dvěma nebo více složkami.
• Nově je možné definovat vnější kontaktní odpory pro okrajové podmínky „Electric Ground“, „Electric Potential“, „Electrode Current“, a „Electrode Power“.
• Zavedení nového modelu interakce mezi póry a stěnami pro difúzi plynů v porézních prostředích (Knudsenova difúze).
• Dalšího vylepšení se dočkalo rozložení počátečního náboje pro počáteční stav nabití, napětí článku a napětí na elektrodách.

Víceúčelové moduly

Optimization Module

• Díky novému kroku studie „Stationary Then Eigenfrequency“ lze optimalizovat maximální nejnižší vlastní frekvenci těles.
• Nastavení modelů s nesymetrickým zatížením pro topologickou optimalizace lze zjednodušit díky funkcím „Mirror Symmetry“ a „Sector Symmetry“.

Uncertainty Quantification Module

• Jeden z nejnovějším modulů COMSOL Multiphysics se ve verzi 6.2 rozrůstá o specifikaci korelovaných vstupních parametrů prostřednictvím korelační matice, dále o automatické generování trénovaných Surrogate funkcí a nové modely pro inverzní kvantifikaci neurčitosti a výrobu pevně namontovaných rezonátorů.