1、精選優質文檔-傾情為你奉上COMSOL Multiphysics之二十大使用技巧一、 全局約束對于多物理仿真，添加全局約束是COMSOL非常有用的功能之一。例如，對于一個涉及傳熱的仿真，希望能夠調整熱源Q_0的大小，從而使得某一位置處的溫度T_probe恒定在指定值T_max，我們可以直接將這個全局約束添加進來即可。有些情況下，全局約束可能包含有對時間的微分項，也就是常說的常微分方程（ODE），COMSOL同樣也支持自定義ODE作為全局約束。例如，在一個管道內流體+物質擴散問題的仿真中，利用PID算法控制管道入口的流速u_in_ctrl，從而使得某一位置處的濃度conc恒定在指定值c_set。

2、（基本模塊模型庫 > Multidisciplinary > PID control）。需要添加的PID算法約束如下式：要添加上述約束，除變上限積分項外，另外兩項都可以很容易的在邊界條件中的“入口流速”設置中直接定義。因此，這個變上限積分需要轉化成一個ODE，作為全局約束加入。令，方程兩邊同對時間t求導，得到。在COMSOL中，變量u對時間的導數，用ut表示。因此變量int的時間導數即為intt。利用COMSOL的“ODE設定”，我們可以很容易的將intt-(conc-c_set)=0這個ODE全局約束添加入模型之中。二、 積分耦合變量COMSOL的語法中，變量u對空間的微分，分別

3、默認為用ut，ux，uy，uz等來表示，這為仿真提供了極大的便利。那么對變量u的空間積分呢？COMSOL提供了積分耦合變量來實現這一功能。積分耦合變量分為四種：點(point)積分耦合變量、邊(edge)積分耦合變量、邊界(boundary)積分耦合變量、求解域(subdomain)積分耦合變量。根據模型的維度，會有相應積分耦合變量。用戶還可以指定得到結果后的作用域，例如全局，或指定某些點、邊、邊界或求解域。從而可以將對積分耦合變量結果的訪問限制在指定的對象上。求解域積分耦合變量，就是對指定變量或表達式在指定的某個或者某些求解域上做積分，積分的結果賦給自定義的這個積分耦合變量。對于三維仿真，這

4、個積分是體積分；對于二維則是面積分。最典型的應用當屬對數值1進行積分，可以得到體積或面積。邊界積分耦合變量，就是對指定變量或表示在指定的某個或者某些邊界上做積分，積分的結果付給自定義的這個積分耦合變量。對于三維仿真，這個積分是面積分；對于二維則是線積分。對1積分可以得到面積或邊長。邊積分耦合變量，就是對指定變量或表達式在指定的某個或者某些邊上做積分，積分的結果付給自定義的這個積分耦合變量。僅存在于三維仿真中，這個積分是線積分。對1積分得到邊長。點積分耦合變量，就是對指定變量或表達式在指定的某個或者某些點上給出它的值。它的最主要用法是將某個點上的結果映射到指定的對象上。在上面PID控制的例子中，

5、指定位置處的濃度conc就是一個點積分耦合變量，用來提取點PT1處的濃度值。同時，濃度c的時間變化率ct在PT1點的取值，也可以用同樣的方法提取出來，付給變量ctime。積分耦合變量除了用于添加約束，也常常用于后處理。COMSOL允許用戶將任意表達式在任意求解域或者邊界上的積分定義為一個變量，然后直接在后處理中對該自定義的積分耦合變量做數據可視化操作。例如，在二維擴散問題的仿真中，為了觀測流出邊界上總的流出的物質量，可以在出口邊界利用邊界耦合積分變量，然后可以直接得到數據曲線。（基本模塊模型庫 > Chemical engineering > absorption） 三、 時間積分

6、現在我們已經可以在COMSOL中方便的定義任意一個變量u及其表達式的時間微分（ut）、空間微分（ux，uy，uz）、空間積分（積分耦合變量）。那么對于時間的積分如何處理呢？COMSOL當然也提供了這項功能。對于時間的積分項的處理，COMSOL也是通過ODE的設定來實現的。例如前例中，我們已經可以利用一個邊界積分耦合變量來描述某個時刻流出的物質量。現在我們進一步，需要知道一段時間內總的物質流出量Totmass： => 將方程兩邊同對時間t求導后就變成了一個ODE方程，類似于定義一個全局約束那樣，我們使用COMSOL的“ODE設定”功能便可以定義這個新的變量Tot_mass。采用ODE進行時

7、間積分，僅僅只能對標量進行積分，如果是想對求解域內的某個值進行積分（通常具有維度），則需要采用耦合一個PDE應用模式的方法，通過修改PDE方程，使其滿足對時間的常微分方程形式，然后在求解中可以得到對時間的積分結果。四、 停止條件在進行穩態求解時，COMSOL迭代求解當然是以收斂條件滿足作為計算的停止條件。但是在瞬態分析的情況下，計算何時停止就可由用戶自行選擇了。與其他仿真軟件類似，COMSOL默認的瞬態分析停止條件就是遍歷用戶使定的時間范圍后，計算停止。但是除此之外，COMSOL還可以提供一種更為靈活而且強大的功能，就是允許用戶選擇讓軟件自動檢測計算結果中的某一變量或表達式，當該變量或表達式滿

8、足一定條件時，計算停止。例如上例中，我們可以讓流出物質的總量達到指定值時，計算自動停止。布爾表達式COMSOL的停止條件使用的是布爾表達式。布爾表達式運算的結果大于零，則表示有效，此時停止條件滿足，計算停止；當布爾運算結果小于或者等于零，則表示無效，停止條件不滿足，計算繼續進行。需要注意的是，這里的表達式，通常是對某個標量進行求解的結果。五、 非線性特征值問題求解方程的特征值是仿真中經常碰到的一類問題。問題線性度比較好的時候，方程的系數與方程的解變量u不存在函數關系，這樣的方程很容易解；反過來，方程特征值也很容易求。但是有時候我們會碰到非線性比較強的問題，方程的系數本身就是解變量u的函數。對于

9、正問題，COMSOL很容易“求解域設定”中，定義方程的某些系數是解變量的函數，然后利用COMSOL提供的非線性求解器完成求解。但是對于非線性很強的逆問題又該如何定義呢？這里有一個很好用的技巧，就是使用全局約束對特征值先進行一下歸一化，在這里定義特征值與解變量相關。例如PDE方程，其中l即為特征值（下圖中的Lambda）。我們可以先添加全局約束，定義E=1，而E其實是一個積分耦合變量，對應于解變量u2在求解域上的積分。通過這樣操作，我們就把Lambda和解變量u建立的聯系，然后使用COMSOL提供的非線性求解器完成求解。六、 利用耦合變量對結果進行掃掠COMSOL支持多維度的耦合計算仿真，這是C

10、OMSOL獨有的強大功能之一。COMSOL允許用戶對一個物理問題做多維度的建模分析。也就是說，同一個仿真過程里可以包含多個幾何結構，這些幾何結構通常都是不同維度的，最常見的是包含一個三維的完整幾何，還有一個或者多個二維的截面，再加一個或多個一維的線。在不同的幾何上，用戶都可以建立物理方程并同時求解，這些幾何之間是如何傳遞參數的呢，就是通過COMSOL的耦合變量。COMSOL提供兩種耦合兩邊實現這個功能：拉伸耦合變量、投影耦合變量。拉伸耦合變量的功能是把一個幾何中的變量或者表達式，按照預定義或者用戶自定義的坐標變換，直接傳遞到另一個幾何中。例如一個建立在二維軸對稱情況下的傳熱仿真，燈泡。經過計算

11、后已經獲得的其溫度場T的分布。此時的變量T僅存在與二維軸對稱這個幾何中（Geom1）。現在我們在同一模型下可以建立一個新的幾何Geom2，這個三維的幾何就是由二維軸對稱的幾何直接繞對稱軸旋轉而來。在模型樹里可以清楚看到，在Geom2下面沒有任何的方程，當然也就沒有什么變量。我們可以利用拉伸耦合變量，將Geom1中的變量T傳遞過來，然后在三維的Geom2中看這個結果。 投影耦合變量是積分耦合變量與拉伸耦合變量的合體。它的用法與拉伸耦合變量非常類似，只不過在跨幾何傳遞參數的時候，拉伸耦合變量傳遞的就是變量或者表達式本身，而投影耦合變量傳遞的是變量或者表達式的積分。七、 在非線性設置中調整瞬態求解器

12、當求解瞬態非線性問題時，為了提高收斂性和求解器的效率，用戶可以手動調整求解器的一些參數，例如非線性求解器中的迭代步數、公差因子、阻尼衰減參數、Jacobian修正方法等。通常情況下，如果在迭代步數范圍內，收斂性較慢，未能在適當的迭代次數后得到結果，可以將迭代步數改大。但是這樣做，有時候會產生較大的計算量。當非線性較強時，可以將公差因子調小，這樣做可以控制迭代時的步長，較小的步長受非線性的影響較小，可能會快速得到結果，但也有可能會產生較大迭代次數，增加計算量。阻尼衰減參數等，可以根據實際情況進行調整，用戶可以指定初始值、最小步長、以及最大步長。如果非線性很強，則應該將最小步長改小，反之可以將最大

13、步長調大。Jacobian修正方法，也可以根據需要來修改，例如缺省是采用最小值方法，用戶可以修改成每個迭代都要修改，或每個時間長只進行一次修改。修改次數越多，意味著非線性的影響越小，同樣也意味著計算量的增加。八、 求解時繪圖邊求解邊繪圖是COMSOL最強大的后處理工具之一，它允許用戶在求解的過程中，實時觀測到某個變量或者表達式的結果圖。例如在求解相變析出的一類問題，使用邊處理邊繪圖可以實時觀察到相結構的演變。在COMSOL中要使用這個功能非常簡單，只需要在“求解器設定”勾選“求解時作圖”的復選框就可以了。九、 繪制探測圖在求解的同時，COMSOL還以做一種圖，即探測圖。這個功能允許用戶在任意的

14、位置放置觀測點，隨著求解的進行實時的掌握觀測點上的某些變量或者表達式的取值變化。十、 保存探測圖數據COMSOL也允許用戶將這種實時的探測圖加以保存，或者將數據導出也可以。 十一、 交互式網格剖分所有（自由）刪除網格剖分選中的面撤消剖分增加網格尺寸+ 剖分選中的 (掃描)剖分剩下的 (自由)剖分選中的 (掃描)網格剖分是有限元仿真最重要的技術之一，好的網格可以有效小的提高計算的收斂性并減少計算時間。COMSOL內建了極為強大的網格剖分工具，包括自由網格生成器、映射網格生成器、掃描網格生成器、邊界層網格生成器四種網格生成方法，同時還提供網格復制、網格刪除、網格撤銷、網格拉伸和旋轉、網格導入等等功

15、能。將這些工具聯合使用，就是COMSOL的交互式網格剖分，用戶可以根據需要，完全自由控制網格的形狀和分布。十二、 CAD導入COMSOL除了內建有強大的CAD工具之外，還提供了與其他CAD軟件的接口，用戶可以方便的直接導入其他CAD軟件創建好的模型。COMSOL的CAD導入功能除了能夠正確識別其他CAD文件之外，更重要的是提供了一些修復的工具。就一般的CAD設計過程來說，零件在設計的后期往往會加入一些圓角、倒角之類的特征，另外零件上本身還有一些狹小的曲面，這些特征對于COMSOL仿真的物理結構并不重要，但是卻會帶來許多不必要的網格，COMSOL提供了CAD修復的功能來自動移除這些圓角、倒角、狹

16、小曲面。另外，導入的CAD模型有可能存在組件未對齊、本該連接在一起的面沒有連上等等，這些都會造生COMSOL無法有效的識別物理求解域，因此COMSOL提供的CAD修復工具可以修補缺口，消除自相交或者不連續。移除C4將C3擴展到C1C4C3C1C2C3C1C2移除C4修改C1到C3C4C3C1C2C3C1C2將C4延長到C3C4C3C1C2C3C1C2C4移除C4修改C1和C3C4C3C1C2C3C1C2移除C5, C6修改C1或C4C4C3C1C2C3C1C2C5C6C4切除C1和C3C3C1C2C3C1C2切除C1和C3C3C1C2C3C1C2非末端相交多個交點移除面，并擴展其他面填補缺口十

17、三、 3D模型中抑制對象“抑制”功能是COMSOL常用的后處理技術之一。在三維仿真的后處理過程中，用戶可能常常需要看到內部的一些結構上的變量分布。這時就要用到COMSOL的抑制功能。例如前面燈泡的例子，后處理顯示的是三維結構外緣的溫度分布，而我們關心的實際上是內部的溫度分布，因此可以選擇抑制某些邊界。 十四、 復雜模型繪圖COMSOL的幾何建模功能極其強大，其主要體現就在于工作平面的設定。與很多CAD軟件類似，COMSOL在用戶需要建立復雜三維幾何模型時，推薦用戶使用工作平面。COMSOL提供了靈活的建立工作平面的方式，用戶可以在不同的工作平面上繪制二維的曲線和實體，然后再拉伸或者旋轉成三維。

18、用戶可以反復選取工作平面，然后將不同的幾何旋轉或者拉伸到同一三維幾何結構中，從而完成復雜模型的繪圖。十五、 幾何屬性COMSOL中可以隨時查看幾何對象的屬性，比如如果選中一個三維實體，點擊“幾何屬性”按鈕，COMSOL就會在信息窗內給出體積、表面積等信息。選中某兩個點，COMSOL就會給出兩點之間的距離，以及經過這兩點的邊的長度等信息。十六、 開始命令的命令行選項從操作系統的圖形化界面啟動COMSOL是大家最為熟悉的。但是對于有些特殊的情況，用戶可能會需要從命令行啟動COMSOL。這種啟動方式其實更為靈活，因為COMSOL提供不少很實用的啟動參數。Comsolbatch input test1

19、.mph output test2.mph這是COMSOL的批處理命令，這種啟動方式允許COMSOL在后臺運行，將test1模型計算后保存成test2文件。在很多大型集群系統中，主節點的linux系統很可能就沒有圖形化界面，這時就可以利用這條命令，在文本界面下后臺運行COMSOL。Comsol server port 2233 multi on在服務器上運行COMSOL作為服務器端應用程序，并至定端口。Comsol client在終端運行COMSOL。Comsol np 8指定COMSOL可以使用的CPU的個數。Comsol matlab (opens matlab with comsol path)使用命令行啟動COMSOL with Matlab十七、 選擇復雜幾何體邊界在復雜三維幾何結構當中，選取邊界，尤其是同時選取多個邊界有時并不那么容易。COMSOL從用戶的角度思考，提供了很貼心的解決方案。在COMSOL中，點擊鼠標左鍵表示選取當前邊界，邊界被選中則顯示為紅色；此時如果左鍵單擊另一邊界，則原先的選取取消，新被選中的邊界紅色顯示。如果我們要同時選取多個邊界怎么做呢。點擊左鍵選中一個邊界，邊界變為紅色表示被選中；此時點擊右鍵，邊界變成藍色，表示該邊界已被加入選擇。這時用戶可以隨意再用左鍵選取其他邊界，這個藍色的邊界始終都保持不變，不會被取消選擇。