Simulation: Neue Werkzeuge für Multiphysik und Apps

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Mit dem Release der Comsol Multiphysics und Comsol Server-Produkte verfügen Berechnungsspezialisten über die führende, integrierte CAE-Softwareumgebung zur Erstellung multiphysikalischer Modelle und Simulations-Apps, die von Partnern und Kunden weltweit eingesetzt werden können. Die Comsol Multiphysics GmbH hat heute die Verfügbarkeit der neuesten Version der Comsol Multiphysics und Comsol Server-Simulationsumgebung bekannt gegeben. In Comsol Multiphysics, Comsol Server sowie in den Add-on Produkten wurden hunderte nutzerorientierte Funktionen und Erweiterungen implementiert. Die Neuerungen ermöglichen eine höhere Genauigkeit, bieten eine bessere Anwenderfreundlichkeit  und steigern die Produktivität. Mit neuen Lösern und Methoden bis hin zu Applikations-Design- und Bereitstellungs-Werkzeugen, erweitert die Version 5.2a der Comsol Software Design- und Optimierungsmöglichkeiten in den Bereichen Elektromagnetik, Mechanik, Strömungsmechanik und chemische Verfahrenstechnik.

Werkzeuge für die multiphysikalische Simulation

Die in Comsol Multiphysics 5.2a enthaltenen drei neuen Löser ermöglichen schnellere und speichereffizientere Berechnungen. Der SA-AMG (smoothed aggregation algebraic multigrid) Löser hat sich vor allem bei linear elastischen Analysen als sehr effizient gezeigt, kann aber auch für viele andere Analysetypen angewendet werden. Dieser Löser ist in Bezug auf seinen Speicherbedarf sehr konservativ und ermöglicht es daher, Struktur-Baugruppen mit Millionen an Freiheitsgraden auch auf einem Standard-Desktop Computer oder Laptop zu berechnen.

Der Domain Decomposition Löser wurde für große multiphysikalische Modelle optimiert. „Der Domain Decomposition Löser bietet Simulationsspezialisten eine flexible und robuste Technologie, um stark gekoppelte, multiphysikalische Anwendungen, für die bisher ein speicherintensiver, direkter Löser benötigt wurde, effizienter zu berechnen“, sagt Jacob Ystrom, Technical Manager Numerical Analysis bei COMSOL. „Mit diesem Löser werden die Kunden von der verbesserten Effizienz auf Einzelplatzrechnern oder Clustern profitieren, dies gilt auch, wenn er mit anderen Lösern wie dem Aggregation Algebraic Multigrid-Löser kombiniert wird.“

Darüber hinaus ist nun auch ein neuer expliziter, auf der diskontinuierlichen Galerkin (DG) Methode basierender Löser für Akustikanwendungen im Zeitbereich verfügbar. „Die Kombination der diskontinuierlichen Galerkin Methode mit den neuen, absorbierenden Schichten im Zeitbereich führt zu einer Speichereffizienz, die den Kunden, bei vorgegebener Speichergröße, noch realistischere Simulationen ermöglicht“, sagt Mads Jensen, Technical Product Manager, Acoustics.

Erstellen und Bereitstellen von Apps: einfach und skalierbar für den weltweiten Einsatz

Mit der Version 5.2a können App-Designer noch dynamischere Apps erstellen. So kann sich z. B. das Benutzerinterface der App während des Simulationslaufs verändern, Einheiteneinstellung können für länderübergreifende Teams zentral verwaltet und Hyperlinks und Videos eingebunden werden. Die Apps können mit dem COMSOL Client for Windows oder durch einen mit der Comsol Server-Installation verbundenen Web-Browser im gesamten Unternehmen bereitgestellt werden.

In der neuen Version können Administratoren das optische Erscheinungsbild und den Stil der Comsol-Server-Software an ihr eigenes Branding anpassen und, bei einer extrem starken Nutzung, die Anzahl der gestarteten Applikationen festlegen.

„Durch die Flexibilität, mit der das optische Erscheinungsbild und der Stil der Comsol Server-Installation angepasst werden können, sind unsere Kunden in der Lage, eine einheitliche Markenerfahrung zu schaffen, die ihre Kollegen und Kunden leicht wiedererkennen und in ihre existierende Prozesse einbinden können“, sagt Svante Littmarck, President und CEO, Comsol Inc

Funktionen und Erweiterungen
 

Version 5.2a bietet nutzerorientierte, neue und erweiterte Funktionen, die von grundlegender Technologie bis hin zu Randbedingungen und Materialbibliotheken reichen. Zum Beispiel erleichtert der Algorithmus für Tetraeder-Netze, der einen modernen Qualitätsoptimierungs-Algorithmus umfasst, die Erzeugung von feinmaschigen Netzen, wie sie in Vorstudien komplexer CAD-Geometrien mit vielen dünnwandigen Bauteilen verwendet werden. Die Visualisierungen umfassen nun Kommentare mit LaTeX Formatierung, verbesserte Oberflächenplots aus Tabellen, VTK Export und neue Farbtabellen. 

Mit der neuen Version wurde die Hysterese magnetischer Vektoren zur Modellierung von Transformatoren und ferromagnetischer Materialien eingeführt. Darüber hinaus sind nun Domain-begrenzte Randbedingungen zur vereinfachten Simulation von Touch-Screens und MEMS-Bauteilen verfügbar. Ray-tracing Simulationen können Gradientenindex- und Konstantindex-Materialien in vernetzten und nicht-vernetzten Bereichen kombinieren. Der neue Diagrammtyp „Optical Aberration“ ist für die Messung monochromatischer Abbildungsfehler gedacht. Für die hochfrequente elektromagnetische Analyse sind Vierpole, schnelle Frequenzdurchläufe und nichtlineare Frequenzmischverfahren verfügbar. 

Funktionen und Werkzeuge in der Version 5.2a

  • Comsol Multiphysics, Application Builder und Comsol Server: Die Darstellung der Anwenderoberfläche der Simulations-Apps kann sich während des Simulationsablaufes ändern. Die Einheiteneinstellung für länderübergreifende Teams kann zentral verwaltet werden. Darüber hinaus ist es möglich, Hyperlinks und Videos einzubinden. Ein neues „Add Multiphysics“ Fenster erleichtert es den Anwendern, durch eine Liste mit vordefinierten multiphysikalischen Kopplungen für das ausgewählte Physik-Interface, ihre multiphysikalischen Modelle stufenweise aufzubauen. Das automatische Vervollständigen wurde auf viele Felder erweitert, darunter die Felder der Gleichungsansicht.
  • Geometrie und Netz: Der verbesserte Algorithmus für Tetraeder-Netze vereinfacht es, feinmaschige Netze komplexer CAD-Geometrien mit vielen dünnwandigen Bauteilen zu erstellen. Ein neuer, im Vernetzer integrierter Optimierungsalgorithmus verbessert die Elementqualität. Dies kann zu einer höheren Genauigkeit der Lösung und zu einer schnelleren Konvergenz beitragen. Das interaktive Zeichnen bei 2D-Geometrien bietet nun eine verbesserte Koordinatenanzeige und eine Snap-Point Funktion.
  • Mathematische Modellierungswerkzeuge, Untersuchungen und Darstellung: Die neue Version enthält drei neue Löser: Der SA-AMG (smoothed aggregation algebraic multigrid) Löser, der Domain Decomposition Löser und die diskontinuierliche Galerkin- (DG-) Methode. Anwender können nun die zum „Export“-Knoten unter „Results“ hinzugefügten Daten und Diagramme im VTK-Format abspeichern. Dadurch können Comsol-Simulationsergebnisse und Netze in die Software von Drittanbietern importiert werden.
  • Elektrisch: Das AC/DC-Module bietet nun ein integriertes, sogenanntes „Jiles-Atherton”-Materialmodell. Das RF-Module enthält eine neue, konzentrierte Vierpol-Kopplung, die eine diskrete Modellierung ermöglicht. So können Komponenten eines Mikrowellen-Schaltkreises vereinfacht, ohne Details modellieren zu müssen, dargestellt werden.
  • Mechanisch: Das Structural Mechanics Module umfasst als Eintrag in der Kontakt-Funktion nun Adhäsion und Dekohäsion. Darüber hinaus ist ein Physik-Interface für Magnetostriktion, inklusive linearer und nichtlinearer Magnetostriktion, verfügbar. Die Möglichkeiten bei der Modellierung nichtlinearer Materialien wurde um neue Plastizitätsmodelle, gemischt isotrope und kinematische Verfestigung sowie um Viskoelastizität bei großen Verformungen erweitert.
  • Fluid: Das CFD-Module und das Heat Transfer-Module enthalten nun eine Funktion, die eine Gravitationskraft hinzufügt und gleichzeitig den hydrostatischen Druck an den Grenzflächen kompensiert. Darüber hinaus ist eine neue, linearisierte Dichte-Option in nicht-isothermen Strömungen, eine weit verbreitete Vereinfachung für natürliche Konvektionsströmungen, verfügbar.
  • Chemisch: Akku-Hersteller und -Designer können nun mit dem Single Battery Physik-Interface im Battery & Fuel Cells Module komplexe 3D-Baugruppen in Akku-Packs modellieren. Darüber hinaus ist ein neues „Reacting Flow Multiphysics“ Physik-Interface verfügbar.

Bild: Thermoviskose Akustiksimulation, berechnet mit dem Domain Decomposition Löser. Das Bild zeigt die lokale Beschleunigung, den Schalldruck sowie die thermoviskose Verlustleistungsdichte. Dieses COMSOL® Modell wird für die Auslegung von Mikrofonen und Lautsprechern in Konsumgütern wie Smartphones, Tablets und Laptops eingesetzt. Es umfasst 2.5 Millionen Freiheitsgrade und benötigt 14 GB RAM zur Lösung. Bisher waren mit einem direkten Löser 120 GByte erforderlich.

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