COMSOL Multiphysics 5.5

Téměř přesně po roce vychází nová verze simulačního software COMSOL Multiphysics, tentokrát s označením 5.5. Přináší hned dva nové moduly a celou řadu zajímavých vylepšení. Následuje stručný přehled toho nejzajímavějšího, co nová verze nabízí.

O čem se mluví nejvíce

Nový Porous Media Flow Module

Nový modul umožňuje modelovat přestup hmoty, hybnosti a energie v porézních prostředích. Simulovat v něm můžete palivové články, sušení vlákniny a papíru, procesy v potravinářském průmyslu nebo třeba filtraci. Modul aplikačně pokrývá téměř všechny druhy proudění v porézních materiálech vyjma proudění v zeminách a stavebních materiálech, které obsahuje zavedený Subsurface Flow Module. Předpřipravená jsou multifyzikální napojení proudění v porézním prostředí na přestupy tepla, pevnostní výpočty nebo např. chemické reakce. Velmi zajímavé je nové rozhraní pro transport vlhkosti, které dokáže simulovat i relativní vlhkost vyšší než jedna (tzv. supersaturaci).

Nový Metal Processing Module

Druhou velikou novinkou je Metal Processing Module pro modelování metalurgických fázových změn v kovu. Modul obsahuje dvě fyzikální rozhraní: Metal Phase Transformation a Austenite Decomposition. V kombinaci s Heat Transfer Module tak můžete simulovat tepelné materiálové vlastnosti, fázovou změnu s ohledem na latentní teplo a efekty radiace. S pomocí Structural Mechanics Module můžete počítat např. zbytková napětí a deformace. Nový module můžete použít pro výpočet jevů jako je TRIP – Transformation-induced plasticity.

První zmíněné rozhraní Metal Phase Trasformation je vhodné k simulacím změn v kovech během ohřevu a ochlazování. Strojírenská technologie se tak může spolehnout s minimem nastavování na odladěné prostředí pro výpočty rozpadu austenitu na feritickou ocel nebo transformace martenzitické oceli. Navíc je možné nastavit vlastní fázovou změnu.

Druhé zmiňované rozhraní Austenite Decomposition se používá pro simulace kalení a popouštění ocelí, kdy můžete modelovat materiálové změny (poměry složek v různých místech komponentu) v časovém průběhu kalení. Můžete tak například numericky spočítat transformační diagramy tepelného zpracování kovů. Model, ve kterém se simuluje sestavení IRA/ARA diagramu přibyl dokonce do aplikační knihovny, takže z něj můžete vycházet. Z nového modulu mohou benefitovat výrobci 3D tiskáren pracujících s kovy, stejně jako ocelářský a kovozpracovatelský průmysl.

Multifyzikální propojení je široké. Zohlednit lze tepelné deformace (rozhraní Solid Mechanics, dostupné i v jádru COMSOL Multiphysics), radiaci (Heat Transfer Module), latentní teplo (Heat Transfer Module). Zajímavé možnosti skýtá propojení s AC/DC Module, kde lze například simulovat cementování pomocí indukčního ohřevu.

IRA/ARA Diagramy simulované v COMSOL Multiphysics pomocí nového Metal Processing Module.

IRA/ARA Diagramy simulované v COMSOL Multiphysics pomocí nového Metal Processing Module

Nová funkcionalita – Add-ins

Chybí vám v COMSOL Multiphysics nějaká funkcionalita a nechcete čekat, až ji vývojáři implementují? Nebo ve svých modelech opakovaně používáte operace, které byste rádi automatizovali nebo sdíleli se svými kolegy? Potom budete potěšeni možností vytvářet a sdílet s ostatními uživateli drobná rozšíření software ve formátu, tzv. Add-ins. Kromě možnosti vyřvářet add-ins máte v nové verzi knihovnu několika předpřipravených doplňků. Knihovna add-ins se časem bude rozrůstat.

Obecné novinky

Tvorba geometrie

Jedna z nejviditelnějších novinek se týká nových nástrojů pro skicování.

Dostupné jsou také nové nástroje a vylepšení 3D operací. Nyní lze rotovat objekty specifikací Eulerových úhlů a 3D těleso lze transformovat operací Rigid Transform Operation, která se skládá jak z posunutí tak otočení ve 3D. Tato metoda je užitečná při změně pozice importovaného objektu (například do počátku). COMSOL přináší výrazné vylepšení týkající se kótování a vazby geometrických prvků (operace rovnoběžnosti, kolmosti atd.), které však vyžadují Design Module.

COMSOL Compiler

V loňském roce přišel COMSOL s možností kompilovat vlastní samostatně spustitelné aplikace prostřednictvím produktu COMSOL Compiler. Nyní se posouvá jeho funkčnost o krok dále díky možnosti oddělit COMSOL Runtime od kompilované aplikace. Tím se výrazně zmenšuje velikost spouštěných souborů. Řadu z nich tak budete schopni poslat jako přílohu emailu. Teď už vám nic nebrání sdílet váš model doslova s kýmkoli po celém světě.

Grafické rozhraní

Grafického rozhraní se dotýká celá řada na první pohled drobných vylepšení, která mají potenciál výrazně ulehčit práci s modelem. Spadá sem možnost definovat okrajové podmínky přímo z grafického okna (interaktivně stiskem pravého tlačítka), organizovat ovládací panel grafického okna nebo kopírovat většinu uzlů stromu modelu mezi jednotlivými instancemi COMSOL Multiphysics.

Mesh

Novinky v tvorbě sítě jsou ve znamení práce s importovanými sítěmi. Pro úpravy STL geometrií je podstatná možnost zacelovat díry v síti pomocí tvorby nových ploch. Nově je podporován import a export formátů pro 3D tisk, 3MF a PLY. Uživatelé také ocení automatické zvýšení řádu prvků zakřivených ploch, které předchází vzniku invertovaných prvků nebo obecně prvků špatné kvality.

Postprocessing

Už tak nabité rozhraní pro vizualizaci výsledků přidává další funkcionality. V proudových polích lze dynamicky vyobrazit rychlost pomocí pohybujících se bodů nebo šipek. Uzel pro export obrázků dává lepší kontrolu nad zdrojem exportovaných dat. Umožňuje tak exportovat nejen vyobrazení výsledků, ale i geometrie, sítě, okrajových podmínek a dalších.

Simulace proudění tekutin

Největší novinky přináší odvětví simulací přenosu tepla a proudění tekutin.

CFD Module

Proudění krve v aneurysmatu břišní aorty simulováno pomocí CFD Module COMSOL Multiphysics.

Proudění krve v aneurysmatu břišní aorty simulováno pomocí CFD Module COMSOL Multiphysics

Eulerovy rovnice pro stlačitelné proudění jsou od verze COMSOL Multiphysics 5.5 formulovány Galerkinovou nespojitou metodou DG FEM. Jedná se o první implementaci DG FEM v modelech proudění. Jedná se o předzvěst velkých vylepšení CFD Module? .

Eulerovy rovnice pro stlačitelné proudění jsou od verze COMSOL Multiphysics 5.5 formulovány Galerkinovou nespojitou metodou (DG FEM). Jedná se o první implementaci DG FEM v modelech proudění. Jedná se o předzvěst velkých vylepšení CFD Module?

Video simulace oblaku teplého vzduchu z ohřátého válce. Příklad použití LES modelu turbulence v úloze s přestupem tepla

Video simulace oblaku teplého vzduchu z ohřátého válce. Příklad použití LES modelu turbulence v úloze s přestupem tepla

Pipe Flow Module

Také modul pro simulace jednorozměrného proudění v prostorových soustavách potrubí se dočkal vylepšení. Nově můžete využít rozhraní Pipe Mechanics pro pevnostní simulace v potrubí a nebo Acoustic-Pipe propojení. Jste tak schopní velmi rychle analyzovat stav potrubního systému.

AC/DC a polovodiče

RF a vlnová optika

Propojení elektromagnetických polí s paprskovou optikou pro „multi-scale“ simulace na příkladu dipólové antény.

Propojení elektromagnetických polí s paprskovou optikou pro „multi-scale“ simulace na příkladu dipólové antény

Výpočet SAR v lidské hlavě pomocí COMSOL Multiphysics 5.5.

Výpočet SAR v lidské hlavě pomocí COMSOL Multiphysics 5.5

Paprsková optika

Strukturální mechanika

Akustika

Chemie a elektrochemie

Optimalizace

Design Module

COMSOL Multiphysics 5.5 má nové nástroje pro tvorbu skic ve 2D (včetně 3D pracovních rovin). Nové nástroje spočívají ve volbě dvou druhů skicování – jeden základní dostupný s jádrem (viz první odstavce), druhý rozšíření dostupný s Design Module. Rozšířený režim se zapne buď v uzlu Geometry (u 2D komponentů) nebo v Plane Geometry (u Work Plane v 3D geometrii), v obou případech k tomu slouží odstavec „Constraints and dimensions“. Práce s novým nástrojem spočívá v intuitivním nakreslením geometrie a postupným přidáváním vazeb a rozměrů. Pokud je nakreslena úsečka, uživatel by ji měl přiřadit 4 údaje: x pozici bodu, y pozici bodu, délku, směr (nebo například x, y pozici počátku + x, y pozici konce). Při přidávání rozměrů je možné tažením myši vynést kótování. Vazby a rozměry je samozřejmě možné přidávat parametricky. Přidávání vazeb do modelu je mj. krok směrem k vylepšení optimalizačních schopností COMSOL Multiphysics.

Náčrtek s parametrickými vazbami a rozměry vytvoření v Design Module COMSOL Multiphysics.

Náčrtek s parametrickými vazbami a rozměry vytvoření v Design Module COMSOL Multiphysics

Propojovací moduly

COMSOL Multiphysics přináší několik nových funkcí dostupných při propojení přes LiveLink for MATLAB (více v odkazu: https://www.comsol.com/…elink-matlab). Vylepšena je také komunikace s různými CAD software. Nové jsou možnosti importu s automatickým generováním selections, operace pro odstraňování děr a vrtání z importované geometrie a zejména funkcionalita asociativního re-importu. Definujete-li importované geometrii např. fyziku, materiály, selections, model si bude nastavení pamatovat a přiřadí ho v případě opakování importu pro lehce změněnou geometrii.

Podrobný přehled všech novinek naleznete na www.comsol.com

Zkušební verze

Matouš Lorenc (HUMUSOFT), 29.11.2019