COMSOL软件特点

COMSOL软件特点

?求解多场问题=求解方程组，用户只需选择或者自定义不同专业的偏微分方程进行任意组合便可轻松实现多物理场的直接耦合分析。

?完全开放的架构，用户可在图形界面中轻松自由定义所需的专业偏微分方程。

?任意独立函数控制的求解参数，材料属性、边界条件、载荷均支持参数控制。

?专业的计算模型库，内置各种常用的物理模型，用户可轻松选择并进行必要的修改。

?内嵌丰富的CAD建模工具，用户可直接在软件中进行二维和三维建模。

?全面的第三方CAD导入功能，支持当前主流CAD软件格式文件的导入。

?强大的网格剖分能力，支持多种网格剖份，支持移动网格功能。

?大规模计算能力，具备Linux、Unix和Windows系统下64位处理能力和并行计算功能。

?丰富的后处理功能，可根据用户的需要进行各种数据、曲线、图片及动画的输出与分析。

?专业的在线帮助文档，用户可通过软件自带的操作手册轻松掌握软件的操作与应用。

?多国语言操作界面，易学易用，方便快捷的载荷条件，边界条件、求解参数设置界面。

能够独立于MATLAB运算的COMSOL Multiphysics软件系统为进一步改进软件提供了一个很好的基础和平台。COMSOL

Multiphysics提供了与市场上主流的CAD软件进行接口的直接界面。在已有的三角形、四面体网格划分模型基础上，又新增加

了四边形、六面体和棱柱体网格模型。为了更好地进行自动求解运算，COMSOL Multiphysics 还提供了强大的运算求解能力。

COMSOL Multiphysics软件系统具备了在Linux、Solaris和HP-UX等系统下的64位处理能力，尤其是可以在AMD64/Linux

平台上进行64位计算。在一个系统上加入64位处理能力意味着COMSOL Multiphysics所能处理问题的规模比原来提高了至少10

到100倍。

通过COMSOL Multiphysics的多物理场功能，您可以选择不同的模块，同时模拟任 ????????

意物理场组合进行耦合分析；

通过使用相应模块直接定义物理参数创建模型；

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使用基于偏微分方程的模型可以自由定义用户自己的方程。

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COMSOL软件概述

全球第一款真正的多物理场耦合分析软件

———方便、易用、高效、专业模拟计算平台

关注前沿科技，解决多场直接耦合难题——COMSOL Multiphysics助您登上科学的巅峰。

COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件。广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。

COMSOL公司于1986年在瑞典成立，目前已在全球多个国家和地区成立分公司及办事机构。COMSOL Multiphysics起源于MATLAB的Toolbox，最初命名为Toolbox 1.0。后来改名为Femlab 1.0（FEM为有限元，LAB是取自于Matlab），这个名字也一直沿用到Femlab3.1。从2003年3.2a版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics。

COMSOL Multiphysics以其独特的软件设计理念，成功地实现了任意多物理场、直接、双向实时耦合，在全球领先的数值仿真领域里得到广泛的应用。

在全球各著名高校，COMSOL Multiphysic已经成为教授有限元方法以及多物理场耦合分析的标准工具，在全球500强企业中，COMSOL Multiphysic被视作提升核心竞争力，增强创新能力，加速研发的重要工具。

2006年COMSOL Multiphysics再次被NASA技术杂志选为"本年度最佳上榜产品"，NASA 技术杂志主编点评到，"当选为NASA科学家所选出的年度最佳CAE产品的优胜者，表明COMSOL Multiphysics是对工程领域最有价值和意义的产品。

COMSOL Multiphysics在隐形材料上的应用

研究人员以COMSOL Multiphysics为进行设计与模拟，获得了世界第一个隐形斗篷的模型，使得出现在科幻小说中的梦想成为现实。该研究被Science杂志评为2006年的科学突破。

研究人员Steve Cummer(左)和David Schurig(右)，正在对试验设备进行调试，他们准备对材

料的特性进行检测。

建模软件被广泛应用于让事物隐藏的现象显露出来——显示在产品或过程中，无法由眼睛或者仪器探测到的场或流动。然而杜克大学的研究小组向反方向着手：通过 COMSOL Multiphysics的帮助，他们的的模型说明了，制造出使物体不可见的隐形材料是可行的[1]。

基于材料的特殊性质，研究人员建立了一个“隐形斗篷”的计算机模型，这将使得物体在某种频率下隐形。成功地对模型进行模拟并进行了测试。

建模方法和步骤

研究小组有着丰富的数学建模经验，第一个模拟结果跟随伦敦大学的Sir John Pendry教授以及两位杜克大学的教授David Schurig和David Smith，一起发表了论文，讲述了薄壳材料可以使得电磁波弯曲的理论特性，这将使得薄壳与置于其内的任何物质不可见。所需的具有这些电磁场特性的薄壳材料尚未在自然界中被发现，而十年前尚未有能力制造此类材料。但如研究小组所知，拥有特殊与复杂电磁场特性的工程材料，正以相当快的速度增加。现在知道如何设计由金属构成的“隐形材料”，其特征与拥有随方向位置变化、或为左手材料（介电常数ε与磁导率μ为负值）的连续材料相对类似。然而因为极高的灵敏度，早期无法成功制作出此材料。如无法建立一个拥有完全正确特性、几乎与理论相同的材料，则此材料将派不上用场。研究小组开始反问自己，他们要做的是否类似于“ 尝试在细针上谋取平衡”，或许可以容许误差？真正成功的建立期望模型的难度有多高？而最后若无法在软件上满足材料的特性，则此方法是否可行？数值模拟在探测这些问题上是相当出色的工具，因为材料并非完美，如实际实验中不可避免的问题，能否纳入到考虑之中。若能完全在COMSOL Multiphysics中模拟理想与非理想的情况，则就有机会在实验中论证屏蔽的可能性。

图1：全波屏蔽模拟的计算值域和边界条件。PEC（完美导体）直径0.2m，入射波频率2GHz

的横电波（TE）偏振时谐均匀平面波。

在COMSOL Multiphysics中对简单的几何图形进行模拟（图1）。使用射频模块，研究人员求解一个以薄壳屏蔽完美导体（PEC）无限长圆柱的二维斗篷问题。 PEC薄壳是很强的电场能量反射器，希望它能屏蔽各方向上的分散量。在左侧和右侧是完美匹配层（PMLs）的区域，模拟了系统所处的无限域。均匀的平面波由接近区域左侧边界的均匀电流密度发射。顶部和底部的边界是完美磁导体（PMCs），因此具有指向纸面外电场的均匀平面波，电磁波在这些边界上将不会反射而结束传播。模型使用射频模块的平面混合模式波应用模式，所以将考虑所有可能的反射场。

注意此模型没有模拟隐形材料的细节部分。反而在此应用中，研究人员模拟了各向异性与平滑非均匀的连续材料。下一步是决定如何设计如SRRs（裂隙环形谐振器）的结构，使其接近期望的连续材料特性。一旦由一个单元得到期望的特性，将大量制造并期望获得正确的总体性质。图2a为理想斗篷薄壳的模拟结果，显示了斗篷有连续变化的介电常数与磁导率，此特性定义于COMSOL Multiphysics的模型方程中。当它自左向右经过，平面波因屏蔽薄壳产生平滑变形，就像河水经过岩石般。离开薄壳的波形好像是没有经过物体一般。在右侧的观测将看到未受干扰的波形，使得物体变得透明并隐形。

研究人人Steve Cummer(左)和David Schurig(右)，来自于北卡罗来州达拉莫杜克大学。

过去因为吸收作用，使得研究小组无法模拟或了解其他隐形材料的应用。研究小组于薄壳的介电常数与磁导率加入真实能量吸收，而模拟结果（图2b）显示屏蔽效果没有因能量吸收而失败。因为入射的电磁能量在离开薄壳之前，部分被吸收，使得物体产生阴影。但其他的波形，薄壳由简化材料组成时的分布场，其中只有磁场未受干扰，使得物体在其他方向变得不可见。

下一个更具有挑战性的问题，是无法建立连续变化的隐形材料。研究小组必须以不连续的圆柱层来模拟这种材料。如果以八个分离的同质圆柱层来模拟，将会发生什么呢？模拟结果（图2c）虽然并非完美，但仍清晰的显示其屏蔽效果。最后，在制造隐形材料中，同时控制三个关键的电场参数是很困难的。可以将一个或两个参数设为常数，只有一个参数在变化，仍得到合理的结果吗？图2d显示了，当屏蔽效果的径向分量随着空间位置而变动。虽然有相对多的散射，但波前的平滑形变仍显示了存在屏蔽效果。

下一步研究小组将制造八层隐形材料结构，包含之前提到的简化屏蔽薄壳参数（图3）。研究小组正确地建立了计算机模型，而实验测量结果与COMSOL Multiphysics模拟结果很好的符合。

图3：二维屏蔽结构，电磁场传播被限制在x-y平面上。对狭窄频率范围内的微波传播，放置于结构中央的物体是隐形的。

参考文献：

1 .“The Promise of Plasmonics”, by Harry A. Atwater; Scientific American, April 2007

COMSOL MULTIPHYSICS 基本模块

COMSOL Multiphysics的界面操作环境使得建模分析过程中的各个步骤（定义几何模型、指定物理

特性、剖分网格、求解以及结果后处理）都变得非常的容易实现。

基于大量的预定义的模型库，涵盖流体流动、热量传输、结构力学、电场磁场、化学反应、地球

科学及多场耦合模型，帮助用户十分迅速的建立分析模型。材料属性、载荷、边界条件可以定义为基

于独立变量的任意函数。

可以选择模块

COMSOL Multiphysics是多场耦合计算领域的伟大创举，它基于完善的理论基础，整合丰富的算法，

兼具功能性、灵活性和实用性于一体，并且可以通过附加专业的求解模块进行极为方便的应用拓展。

专业模块

?AC/DC模块( AC/DC Module)

?声学模块(Acoustics Module)

?CAD导入模块( CAD Import Module)

?化学工程模块( Chemical Engineering Module)

?地球科学模块（Earth Science Module）

?热传导模块( Heat Transfer Module)

?材料库（Material Library）

?微机电系统模块( MEMS Module)

?射频模块（RF Module）

?结构力学模块(Structural Mechanics Module)

?反应工程实验室(Reaction Engineering LAB)

外部整合接口

?SolidWorks实时交互

?Simpleware ScanFE模型导入

?MATLAB和Simulink联合编程

?MatWeb 材料库导入

comsol特色（二）

1、COMSOL Multiphysics应用领域：

声学；生物科学；化学反应；弥散；电磁学；流体动力学；燃料电池；地球科学；热传导；微电机系统；微波工程；光学；

光子学；多孔介质；量子力学；无线电频率部件；半导体设备；结构力学；传动现象；波的传播等。

2、COMSOL Multiphysics 在科研方面：

定义和耦合任意数量偏微分方程的能力使得COMSOL Multiphysics成为一个强大的分析工具。其灵活性和基于方程

的建模方式可以帮助用户深入在MEMS、纳米技术、燃料电池、光子学、生物工程和许多其它领域内的研究。

3、COMSOL Multiphysics在设计开发方面：

COMSOL Multiphysics软件提供了一个快速、便捷的建模环境，这对设计开发完全适用。通过基于Java开发的界

面环境，您可以快速的建模并通过改变参数来进行优化设计。程序的开放式结构和与MATLAB 的集成对系统地进行模拟

和分析提供了一个完美的环境。

4、COMSOL Multiphysics在教育方面

COMSOL Multiphysics模型模拟和显示了所有物理和工程领域的应用。使用它的基于方程建模途径，用户可以很

容易地得到偏微分方程的详细解答。软件包的灵活性和易用性使COMSOL Multiphysics软件成为一个有效的教学工具。

使用COMSOL Multiphysics软件可以大量地缩短在学习建模过程中所花费的时间，这样可以让老师和学生将更多的精

力放在应用分析和结果分析上。

https://www.360docs.net/doc/0719394115.html,/comsolkingdom