COMSOL Multiphysics 几何建模
COMSOL Multiphysics几何建模指南
第一章 基本说明1.1 几何体的表现形式COMSOL Multiphysics中有两种几何体，组合几何体（缺省）和装配体。
所谓的组合几何体指重叠的几何对象自动分解为多个求解域（与几何无关），其内部界面上，几何结构、网格以及物理量等自动相互“粘合”。
装配体则表示重叠的几何对象之间没有构成关系，因此从本质上而言，不存在内部界面。
这两种几何体各有优缺点，组合几何体是COMSOL Multiphysics的缺省设定，优点在于：z在材料非连续处，物理量自动连续z在材料界面处，自动得到高精度解z在材料界面处，自动确认网格单元和节点其缺点在于：z网格越细，内存开销越大z对大的CAD模型网格剖分比较困难反过来，装配体的优点则在于：z在材料界面处可有意定义物理量不连续，例如接触阻抗z对大的CAD模型网格剖分比较容易z网格越粗，计算越快（但精度越低）装配体的缺点：z需要更多的手工操作z为了保证足够的高精度，需要注意边界上的网格密度1.2 几何框架在COMSOL Multiphysics中，所有的几何对象都存在于某个几何框架，例如1D、2D或3D几何等，以Geom1、Geom2依次序命名。
每个框架保持独立，其中的几何对象、求解域、边界条件等完全封装。
每个几何框架不能直接访问其他几何框架中的变量、因变量等，必须通过耦合变量－积分耦合变量、拉伸耦合变量和投影耦合变量等，在不同的框架中定义可相互访问的中间变量。
图 1 几何框架此外，当用户定义表达式的时候，也必须注意这种不同几何框架之间的限制。
只有选项>全局表达式可以直接在所有的几何框架中被引用。
而选项>标量表达式等则只能在定义该标量表达式的几何框架中被引用。
用户可以在模型导航窗口对话框中，首先确认已按下多物理场按钮，然后点击右侧中部的新增几何按钮，然后在跳出的新增几何对话框中，给定几何名称，选择所需的空间维度，独立变量的名称，框架名称以及单位系统等参数。
图 2 增加几何框架用户还可以在建模的时候，在绘图平面设定的底部点击新增来增加一个2D的几何框架。
COMSOL软件介绍
• 声流
• 数学
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
多体动力学模块
• 刚性体和柔性体的装配
– 大的平行和旋转位移
• 结构力学模块的辅助模块 • 在装配体中连接不同的体 • 提供8种类型的关节
– 棱柱、铰、柱、螺丝、面、球、槽、减少槽
铰关节
• 带锁的平行和旋转约束 • 结果
Chemical Reactions Electromagnetic Field Heat Transfer
传热
Multiphysics
Structural Mechanics
结构 力学
流体 流动
Fluid Flow User Dedined Equations
Acoustics
自定义 方程
声学
仿 真 智 领 创 新
• 电池
PEMFC（质子交换膜燃料电池）氢离子浓度
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
腐蚀模块（新）
介绍:
– 基于电化学原理的腐蚀和防腐蚀仿 真 – 电偶, 斑蚀, 缝隙腐蚀, 等等 – 阴极保护
应用:
– 腐蚀和防腐:
• • • • • • 近海结构如石油钻探 船舶和潜艇 土木工程结构 化学加工工业设备 汽车部件 航空航天应用的机械结构
地下水流模块
• 多孔介质中的石油和燃气流动 • 地下水流 • 土壤污染
• 石油开采分析
• 多孔弹性材质压实
微孔隙流动模拟
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
管道流模块（新）
COMSOL Multiphysics 网格剖分(2)-变形几何
自适应网格加密
稳态求解或特征值求解 网格细化次数
3 3 1 2
控制误差估计 的计算 控制网格细化 的方法
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
案例1：泊松方程
创建2D模型
仿 真 智 领 创 新
COMSOL Multiphysics 网格剖分(2)
中仿科技 技术部 January 18, 2014
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
内
容
自适应网格加密 • 网格细化 时间自适应
移动网格（ALE）和网格自动剖分
• 变形网格 变形几何（DG）
仿 真 智 领 创 新
• 通过直接指定网格变形的方程，该方程可以利用其他的变量，如结
构力学中的位移分量
• 不控制网格的位移，在结构力学接口或者包含有结构力学的多物理
场接口
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
2. 变形网格
四大框架
拉格朗日方法：材料框架（X,Y,Z,t)
欧拉方法：空间框架（x,y,z,t）
即使使用了移动网格，有时候仍然避免不了网格的畸变和反转，这就
会造成求解的结果不可靠，甚至造成不收敛
避免网格畸变和反转的途径：
改小几何形参阶次
改变网格平滑类型 使用更好的网格剖分方法
重新剖分网格
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
停止条件
• 变形几何：计算一个物体在不同 形状下的行为，材料不随形状一起 改变，材料总量不守恒，形状的改 变可看做材料的添加或移除 两个几何之间无任何关联 应用于几何优化计算 • 移动网格：处理固体在载荷下的 变形，或液体(气体)在边界改变时发 生的变形，固体变形时材料总量守恒 ，液气时可能不守恒。 几何随时间发生变化，前 后有因果关系
COMSOL_Multiphysics(FEMLAB)简介
一、简介
COMSOL Multiphysics（原FEMLAB）是一个专业有限 元数值分析软件包，是对基于偏微分方程的多物理场模 型进行建模和仿真计算的交互式开发环境系统。它为所 有科学和工程领域内物理过程的建模和仿真提供了一种 崭新的技术！
二维应用： •平面应力； •平面应变； •厚板分析； •轴对称； •欧拉梁；
三维分析： •固体； •欧拉梁；
•壳体；
在所有这些分析中，用户可以直接输入材料性质，也可以通过内嵌材料 库方便快捷地调用它们。同时，定义正交各向异性和完全各向异性材料 性质也是相当方便的。材料的性质可以是任意空间、时间或者其它变量 的函数。
结构力学模块的新特征：
¾塑性和非线性材料模型 ¾正交各向异性和完全各向异性材料 ¾粘弹性、粘塑性和类橡胶材料的大变形分析 ¾不同材料的局部坐标系统 ¾考虑模型初始应力和应变的模型 ¾多物理场中塑性求解运算和非线性材料模型
2. 热传模块
COMSOL Multiphysics的热传模块能解决的问题包括传导、辐射和对 流的任意组合。建模界面的种类包括面－面辐射、非等温流动、活性组 织内的热传导、以及薄层和壳中的热传导等。
3. 地球科学模块
COMSOL Multiphysics的地球科学模块包含了大量针对地下水流的简 易模型界面。这些界面允许快速、便捷地使用描述多孔介质流体的 Richards方程、Darcy定律、Darcy定律的Brinkman扩展，以及自由 流体中的Navier-Stokes方程。此外，该模块还处理了多孔介质中的热 量传输和溶质反应，模型库中几乎囊括了从多孔介质中油和气体的流动 到地下水流中的分布。
对于非均匀材料系统的热传导和对流问题可计算有效性质的材料表格作为放射性热源刻画等温线的界面可以添加热量耗散的选项其结果来自于孔内的流速和固体岔路的流体分叉对于开放式系统和多孔介质中流体流动的分析对于不同饱和程度的多孔介质使用已知的分析公式对实验数据进行差值并输入任意表达式以估测非线性的保持力和渗透性对于可流动和不可流动区域介质内流体建模的辅助系数例如化学传输性质的边边输入从计算结果中评估溶质的运动可预定以水动力耗散张量描述流量边界条件在点和边上设定时间控制的约束条件和流量从环境流体分析到石油工程研究领域的案例模型在comsolmultiphysics中问题的函数化包括非限制的多物理场耦合控制方程和定义材料属性的表达式
COMSOL多物理场建模
几何建模
两个矩形绘图结果
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
几何建模
矩形差集运算
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
几何建模
母线板侧面图
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
选择应用模式
3D
焦耳热
稳态
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
全局变量定义
L rad_l tbb wbb mh htc Vtot
0.09[m] 6e-3[m] 5e-3[m] 5e-2[m] 6e-3[m] 3[W/m^2/K] 20[mV]
打开焦耳热模型
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
新增结构力学应用模式
新增结构力学，然后直接点击完成
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
结构力学材料属性
包含热膨胀：耦合过程
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
几何建模
螺栓2截面：拉伸
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
几何建模
最终母线板结构
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
COMSOL_Multiphysics几何建模指南
“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”COMSOL Multiphysics V4.x操作手册丛书几何建模用户指南中仿科技公司(CnTech Co., Ltd.)2010年10前言COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件，由瑞典的COMSOL公司开发，广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家誉为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”，适用于模拟科学和工程领域的各种物理过程。
作为一款大型的高级数值仿真软件，COMSOL Multiphysics以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真。
COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场直接耦合分析能力实现了任意多物理场的高度精确的数值仿真，在全球领先的数值仿真领域里广泛应用于声学、生物科学、化学反应、电磁学、流体动力学、燃料电池、地球科学、热传导、微系统、微波工程、光学、光子学、多孔介质、量子力学、射频、半导体、结构力学、传动现象、波的传播等领域。
在全球各著名高校，COMSOL Multiphysics已经成为讲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 Multiphysics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。
COMSOL Multiphysics多次被NASA技术杂志选为“本年“当选为NASA科学家所选出的年度最佳CAE 度最佳上榜产品”，NASA技术杂志主编点评到，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 提供大量预定义的物理应用模式，涵盖声学、化工、流体流动、热传导、结构力学、电磁分析等多种物理场，模型中的材料属性、源项、以及边界条件等都可以是常数、任意变量的函数、逻辑表达式、或者直接是一个代表实测数据的插值函数等。
comsol 教程
comsol 教程在这个COMSOL教程中，我们将学习如何使用COMSOL Multiphysics软件来模拟热传导问题。
热传导是一个重要的物理现象，用于描述热量如何通过材料传输。
在这个教程中，我们将通过解决一个热传导方程来说明如何使用COMSOL进行热传导模拟。
首先，让我们打开COMSOL Multiphysics软件并创建一个新的模型。
在“Model Builder”界面中，单击“File”->“New”->“Model”来创建一个新模型。
接下来，我们需要定义模拟中使用的几何体和物理场。
在“Model Builder”界面的左侧菜单中，单击“Geometry”进行几何体定义。
选择合适的几何体工具来创建模型的几何形状。
完成几何体的创建后，我们需要定义模型中的物理场。
在“Model Builder”界面的左侧菜单中，单击“Physics”进行物理场定义。
选择“Heat Transfer”来描述热传导现象。
然后，为模型中的每个物理场选择合适的物理条件和边界条件。
在完成几何体和物理场的定义后，我们需要设置模拟的参数。
在“Model Builder”界面的左侧菜单中，单击“Study”进行参数设置。
选择合适的求解器和求解算法，并定义模拟的初始条件和边界条件。
最后，我们可以运行模拟并获取结果。
在“Model Builder”界面的左上方，单击“Run”按钮来运行模拟。
模拟运行完成后，我们可以在“Results”菜单中查看和分析模拟结果。
这就是使用COMSOL Multiphysics软件进行热传导模拟的简单步骤。
通过创建几何体、定义物理场、设置参数和运行模拟，我们可以模拟各种复杂的热传导问题，并获得准确的结果。
希望这个教程对你有帮助！。
comsolmultiphysics精典实例直线电机建模仿真
模型描述 – 方程
在二维问题中，COMSOL利用磁势A的静磁方程求解该问题
01r1Az 0 0 1 1 rr 1 1B BrryxJze
结果
Z分量的电势分布
感 谢
COMSOL AC/DC模块培训
主讲人： 上海中仿科技
利用COMSOL计算直线电机
直线电机是一种不用其他装置就能产生直线运动的 电机设备。沿半径方向把旋转电机的定子和转子切开，产 生一个直线推力，就成了直线电机。
AC/DC_Module/Motors_and_Drives/coil_LEM
模型描述 –几何
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.CAD导入
• 直接导入所有主流CAD 格式至COMSOL桌面：
– ACIS® (.sat, .sab) – Parasolid® (.x_t, .x_b,
.xmt_bin) – STEP (.step) – IGES (.igs)
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
创建2D几何模型
增加矩形，圆角处理 旋转
参数化几何
合集
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
创建2D几何模型
模型树
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
创建3D几何模型
COMSOL Multiphysics>User’s Guide>Geometry Modeling and CAD Tools>Creating a 3D Geometry Model
COMSOL Multiphysics 几何建模
中仿科技 技术部
January 18, 2014
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
1.CAD导入
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
1.CAD导入
• 目的 – 将COMSOL Multiphysics与设计过程集成 – 不需要在COMSOL Multiphysics中重新绘制几何 – 使模拟大型和复杂的问题变得更容易
1.CAD导入
消除和修复操作：
• 简化几何描述 • 移除短边、小面、薄长条 • 修复缺口 • 移除自交叉、尖角、以及不连续
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
消除和修复操作
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
消除和修复操作
创建3D几何模型
模型树
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
• 工具条快捷方式 • 螺线管 • 参数化曲线 • 扫掠 •…
其他
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
端盖面
• 端盖流道末端，随后剖分CAD导入部分的内部区域. • 通过选择边界描绘出所围面区域. • 容易从一个纯粹的力学问题转化到流体模型或流固耦合 (FSI) 模型.
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
2D
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
常用工具
3D
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
创建2D几何模型
COMSOL Multiphysics>User’s Guide>Geometry Modeling and CAD Tools> Creating a 2D Geometry Model
2.绘制几何
COMSOL中的几何表现形式：
• 组合几何体 – 优点 • 在材料非连续处，物理量自动连续 • 在材料界面处，自动得到高精度解 • 在材料界面处，自动确认网格单元和节点 – 缺点 • 网格越细，内存开销越大 • 对大的CAD模型网格剖分比较困难
• 装配体 – 优点 • 在材料界面处可有意定义物理量不连续，例如接触阻抗 • 对大的CAD模型网格剖分比较容易 • 网格越粗，计算越快（但精度越低） – 缺点 • 需要更多的手工操作 • 为了保证足够的高精度，需要注意边界上的网格密度
模型路径： C:\ProgramFiles\COMSOL\COMSOL43 \models\CAD_Import_Module\ Tutorial_Models\defeaturing_demo_ 6.x_b
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
端盖面
将开放的空间封闭，从而 形成求解域
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
创建2D几何模型
定义几何扫描参数
仿真智领创新
Simulatin两个圆
布尔运算：差集
布尔运算：交集
增加矩形
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
2.绘制几何
– 常用工具 – 2D几何建模
• 常用工具 • 布尔运算 • 变换 – 3D几何建模 • 工作平面 • 常用工具 • 布尔运算 • 变换
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
常用工具
• 基于Parasolid的CAD内核 • 支持多种CAD文件格式 • 与Solidworks，Pro|ENGINEER, Autodesk Inventor ,
SpaceClaim双向连接，便于进行结构参数化设计 • 可自定义导入误差 • 可修复缺陷
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
创建3D几何模型
新增xz工作平面
旋转
拉伸
合集
合集
旋转
旋转 合集
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
创建3D几何模型
新增xy工作平面
拉伸
合集
新增xy工作平面
阵列
拉伸
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
导入方式：
1.CAD导入
仿真智领创新
Simulating inspires innovation
1.CAD导入
导入界面：
• 多数情况下可直接使用缺 省值
• 选择导入的实体
– 体、面、点、边
• 决定如何处理面
– 尝试构成体、粘合、不粘合
• 选择修复几何结构并设定 一个误差值
仿真智领创新
Simulating inspires innovation