COMSOL Multiphysics(FEMLAB)-多重物理量耦合分析软件 Multiphysics Modeling

COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 对于所有科学和工程领域内物理过程的建模和仿真提供了一个崭新的技术!

　通过FEMLAB的多物理场功能，你可以通过选择不同的模块同时模拟任意物理场组合的耦合分析；
　通过使用相应模块直接定义物理参数创建模型；
　使用基于方程的模型可以自由定义用户自己的方程；
　多物理场问题一次轻松解决，摆脱多种软件昂贵CAE 租用成本的梦魇，让您一次就能轻松拥有超强功能，超低价格的CAE软件。
COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 具有强大的界面环境，以偏微分方程(PDEs) 的基础，来建立模型并且解决科学及工程问题。
　　 FEMLAB 极具弹性及高度发展能力，能够独立处理并解决在工程及科学领域中，所包含的繁杂偏微分方程( PDEs) 耦合多变量问题之CAE 软件。更重要的是，处理耦合问题的数目是没有限制的。
　　 FEMLAB提供新的技术，透过强大且直觉式的图像使用者界面( Graphical User Interface ; GUI)，使你容易地在所有工程及科学的规范下，建立所需的设备及处理程序模型。COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 的主要特征是容易建立模型且可客户化，能执行1D、2D或是3D模型。

COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 的特点在于

　可以针对超大型的问题进行高效的求解并快速产生精确的结果。通过简便的图形用户界面，用户可以选择不同的方式来描述他们的问题。FEMLAB软件一个特殊的功能在于它的偏微分方程建模求解，这也正是它为何可以连接并求解任意场耦合方程的原因。所有上述特征和许多其它的特征使得FEMLAB 3.0对于科学研究，产品开发和教学成为一个强大的建模求解环境。

COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 应用领域

声学；生物科学；化学反应；弥散；电磁学；流体动力学；燃烧罐；
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

COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 应用模块
虽然用户可以自己通过建立几何模型进行建模，决定采用何种方程并把它们输入到软件当中去，但是通常这些都不是必须的。FEMALB软件核心包中集成了大量的模型，它们都是针对不同的物理领域，主要有：

　当你在FEMLAB用户界面中激活任意一个模型库时，你所需做的只是建立几何模型，提供必要的参数。你也可以针对你所有的几何模型，或者是部分模型而有选择的激活模型库或者方程。

COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 模型库

　如上面所提到的，应用模型都是针对单一物理场的模型。但是大多数实际问题中，往往包含了多种物理场的叠加。为了帮助你理解怎样使用COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 软件求解多场耦合问题，以及如何从创立自己的模型开始入手，COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 标准版用户可以获得一张包含上百个演示例子的光盘。这些模型都非常具体而且使用，按照分类主要如下：

外，在化学工程模块、电磁场模块和结构分析模块中都分别包含了它们各自领域内的专业模型库。

COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 在科研方面

　定义和耦合任意数量偏微分方程的能力使得FEMLAB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、燃烧室、光子学、生物工程和许多其它领域内的研究。

COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 在设计开发方面

　 FEMLAB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，你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。
COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 在教育方面
　 FEMLAB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，使用者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FEMLAB软件成为一个有效的教学工具。使用FEMLAB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上。

COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 使用步骤

典型的建模过程包括如下步骤：
1. 建立几何模型：
COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 软件提供了强大的CAD工具用于创立一维、二维和三维几何实体模型。通过工作平面创立二维的几何轮廓，并使用旋转、拉伸等功能生成三维实体。你也可以直接使用基本几何形状（圆、矩形、块和球体）创立几何模型，然后使用布尔操作形成复杂的实体形状。
你可以在FEMLAB软件中引入其它软件创建的模型。COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 软件的模型导入和修补功能可以支持DXF格式（用于二维）和IGES格式（用于三维）的文件。也可以导入二维的JPG、TIF和BMP文件并把它们转化成为COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 的几何模型，对于三维结构也同样如此，甚至支持三维MRI（磁共振数据）数据。
2. 定义物理参数：
虽然使用常规的建模方式完全可以建立出模型，但是FEMLAB软件可以使你的工作更加轻松方便。定义模型的物理参数只需要在预处理软件中对变量进行简单的设置，例如Navier-Stokes方程中的黏度和密度参数，以及电磁场中的传导率和介电常数等。参数可以是各向同性、各向异性的，可以是模型变量、空间坐标和时间的函数。
3. 划分有限元网格：
COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 网格生成器可以划分三角形和四面体的网格单元。自适应为网格划分可以自动提高网格质量。另外，你也可以人工参与网格的生成从而达到更精确的结果。
4. 求解：
COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 的求解器是基于C++程序采用最新的数值计算技术编写而成，其中包括最新的直接求解和迭代求解方法、多极前处理器、高效的时间步运算法则和本证模型。
5. 可视化后处理器：
COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 提供了广泛的可视化能力，主要如下:
　所有场变量和其它特殊应用参数的人工交互式图形处理；
　一些求解运算参数在求解过程中的在线图形显示；
　使用OpenGL硬件加速的高效图形处理；
　使用AVI和QuickTime文件进行动画模拟；
　边界和子域的集成；
　横截面和部分模型的图形结果处理。

6. 拓扑优化和参数化分析：
很多情况下，模型的分析都包括参数的分析、优化设计、迭代设计和一个系统中几个部分结构之间连接的自动控制。在COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 中参数化求解器提供了一个进行检测一系列变量参数的有效方式。典型的变量参数如代表材料性质、频率或反应率的参数等。你也可以将COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 模型存成“.M”文件格式，将其作为MATLAB的脚本文件进行调用，然后进行优化设计或后处理。

无限制的多重物理量耦合分析

除了可以进行单一类型的计算分析，COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 还提供了一个多物理场模块和简便的环境进行多重物理量耦合分析。
1. 化学工程模块：
我们已经开发了化学工程模块主要用于模拟分析：
　反应堆；
　过滤和分离器；
　热交换器；
　其它化学工业中的常见设备。

在COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 中化学工程模块分为以下几种应用部分：
动量平衡；
流体流动的Navier-Stokes方程；
多孔介质流动的Darcy定理；
对于多孔介质流动和粘体动量传递Darcy定理得Brinkman的扩展；
非牛顿流动；
非等温流动；

化学工程模块的新特征：
　 Maxwell-Stefan模型对于浓缩液流动过程的建模；
　 Nernst-Planck模型对于电化学和动电学流动上的应用；
　理想气体非等温流动的应用模型；
　多孔介质（包括非定常密度流体）流动的扩展应用模型；
　流体动力模型表面总反力变量的后处理；
　各种应用模型的材料库；
　多物理场中的k-epsilon应用模型以及快速收敛。

2. AC/DC 模块：
　? AC/DC 模块使得模拟电容、感应器、电动机和微传感器成为可能。虽然这些设备的主要物理特征为电磁场，但是他们有时也会受到其它类型物理场的影响。例如，温度的影响有时能够改变材料的电学性质，因此在设计过程中需要充分了解发电机内电动机械的变形和振动规律。
AC/DC 模块的功能囊括了静电场、静磁场、准静态电磁场以及与其它物理场的无限制耦合。
当考虑电子元件作为大型系统的一个部件时，AC/DC 模块提供了一个可以从电路元件列表中进行选择的界面，以便用户可以选择需要的电路元件进行后续的二维、三维有限元模拟。然后，通过运行单独的集总和高清晰混合系统的模拟进行分析。

3.RF模块
对于RF、微波和光学工程的模拟，通常需要分级求解较大规模的传输设备。RF模块则提供了这样的工具，包括功能强大的层匹配技术和最佳求解器的选择。
因此，您可以轻松地模拟天线、波导、微波以及光学元件。
RF模块提供了高级的后处理工具，如S-参数计算和远场分析等，这使得COMSOL的模拟分析能力得以进一步完善。此外与COMSOL卓越的多物理场耦合功能相联合，您可以得到电磁波行业多物理场分析的最佳解决方案。

4. 结构工程模块：
　　为了提供给结构工程师一个熟悉而有效的环境，我们开发了结构分析模块。它的图形用户界面基于结构力学领域惯用的符号和约定，适用于广阔应用领域内的结构设计研究：大到加工工业中大型油罐的设计，小至MEMS（微电动机械系统）设计。

分析类型：
结构分析模块标志着在FEMLAB中保留同样强大的功能和简便的用户界面同时，为结构固体力学分析专门提炼出的模块。它为所有结构工程中的普遍分析提供了便捷的界面处理，并为同FEMLAB中其它如声场、热传导、流体力学等分析提供了更容易处理的耦合分析。此模块分为如下几个研究领域：

二维应用：平面应力；平面应变；后板分析；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的调用它们。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。

能够被组合分析的应用列表如下：
　静力分析；
　准静态瞬态分析；
　动态分析；
　特征频率分析；
　频率响应分析；
　线性屈曲分析；
　弹塑性行为；
　大变形分析；
　参数研究。
除此之外，整合在FEMLAB中的结构力学分析模块还可以允许使用无限制的多物理场耦合分析，例如压电材料、热应力和流固耦合等。此模块也可以考虑模型的预应力和残余热应力。

结构分析模块的新特征
　塑性和非线性材料模型；
　正交各向异性和完全各向异性材料；
　粘弹性、粘塑性和类橡胶材料的大变形分析；
　不同材料的局部坐标系统；
　考虑模型初始应力和应变的模型；
　多物理场中塑性求解运算和非线性材料模型。

以下需求对所有平台适用：
* 光驱；
* TCP/IP协议——用于许可证服务；
* 一个并行端口——用于许可证锁定；
* Adobe Acrobat Reader 4.0以上版本；
* 500MB的安装空间。
实际的安装空间可能会根据所安装的在线帮助文件大小而有所区别。

推荐系统配置：
对于模拟大型的三维结构，推荐使用内存最少512MB，一些模型库中的模型需要最少1GB的内存。
对于基于微软windows平台机器的需求：
* 可支持系统：Windows ME, Windows 98, Windows NT 4.0 (Service Pack 5, 6, or 6a), Windows 2000, Windows XP；
* Pentium II处理器或以上；
* 微软的OpenGL1.1或支持OpenGL1.1的加速器；
* 至少256M内存。
选择性加入MATLAB需求：
COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 针对MATLAB界面需要MABTLAB6.5或MABTLAB6.5.1。
浮动网络许可证支持：
对于Windows平台，可支持浮动的网络许可证协议。浮动网络许可支持不同种类的网络平台：Windows、Linux和UNIX。许可证管理器和FEMLAB软件均可以运行在UNIX和Windows平台。单独的微机也可以同时运行许可证管理器和FEMLAB软件。

UNIX/LINUX 系统需求：
系统要求：
最少256MB内存，下表给出了针对可支持的Linux和UNIX平台附加的系统要求：

平台操作系统: 处理器显卡
Linux Linux 2.4.x kernel, glibc-2.2.5 or later Pentium II or 或更新 See below
Sun Solaris 8, 9 UltraSPARC II 或更新支持OpenGL的SPARC系统
HP HP-UX 11.0 PA-RISC 2.0 支持OpenGL的HP显卡

Linux图形需求
XFree86 4.1或更新支持XFree86 Mesa库和DRI的版本
或者
XFree86 4.1带有NVIDIA驱动1.0-2880或更新版本
或者
XFree86 4.1带有在ATI Fire GL2/3/4驱动X4.1.0-1.9.16或更新版本
或者
XFree86 4.1带有Mesa3.1或更新版本
选择性加入MATLAB需求：
FEMLAB针对MATLAB界面需要MABTLAB6.5或MABTLAB6.5.1。

浮动网络许可证支持：
对于UNIX和Linux平台，可支持浮动的网络许可证协议。浮动网络许可支持不同种类的网络平台：Windows、Linux和UNIX。许可证管理器和FEMLAB软件均可以运行在UNIX和Windows平台。单独的微机也可以同时运行许可证管理器和COMSOL Multiphysics(FEMLAB) 软件。

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