COMSOL Multiphysics 5.6

Je nám potěším představit verzi 5.6 a výběr toho nejzajímavějšího co nabízí. Na úvod je třeba zmínit výrazné zrychlení a paměťovou úspornost nové verze. Pro ilustraci a na zahřátí uvažujme následující CFD obtékání objektu. Turbulentní proudění s 6,3 miliony stupňů volnosti počítaných na 16 uzlovém clusteru. Ve staré verzi byl výpočetní čas 8200 sekund s použitím 22 GB paměti, v nové verzi jen 4500 sekund a 12 GB.

O čem se mluví nejvíce

LiveLink for Simulink

COMSOL Multiphysics rozšiřuje možnosti nadstandartního propojení s produkty firmy The MathWorks. S novým víceúčelovým modulem můžete integrovat multifyzikální model přímo do blokového schéma v Simulink. Máte tak plnou kontrolu nad vstupním napětím, počtem otáček a jinými parametry z vašich modelů. Propojení umožňuje integrovat jak časově závislé, tak stacionární modely. Díky funkci redukování řádu modelu (MOR – Model Order Reduction) a jeho následného exportu můžete vytvořit digitální dvojče (Digital Twins) reálného systému.

LiveLink for Simulink

Obrázek 1: Nabíjecí/vybíjecí cyklus Li-Ion baterie řízený v Simulink.

Polymer Flow Module

V nejnovějším rozšíření modulů z rodiny CFD najdete modely viskoelastických a neelastických ne-newtonských kapalin. Máte tak v rukou robustní nástroj pro simulování procesů v gumárenství, potravinářství, farmacii a v chemickém průmyslu. Polymer Flow Module podporuje také vícefázové proudění nebo např. „Fluid-Structure Interction“.

Polymer Flow Module

Obrázek 2: Model ne-newtonské viskoelastické polymerní kapaliny (model Oldroyd-B) aplikovaný na úlohu ztenčování vlákna kapaliny vlivem povrchového napětí. V časovém měřítku kratším než doba relaxace polymeru se vyvíjí struktura „kuliček“, která se po uplynutí doby relaxace exponenciálně ztenčuje.

Phase field

Obrázek 3: 3D simulace vstřikování gumy do formy. Pro rozlišení rozhraní mezi plynem a gumou je použita „Phase field“.

Nové jméno Battery Design Module a nový modul Fuel Cell & Electrolyzer Module

Dříve uvedený Batteries and Fuel Cells Module se s novou verzí přejmenoval na Battery Design Module. Firma COMSOL uvedla zcela nový Fuel Cell & Electrolyzer Module. Důvodem je dynamický vývoj, který začíná více odlišovat simulace baterií od simulací palivových článků a elektrolýzy. Uživatelům modelujícím právě palivové články a elektrolyty je doporučeno zvážit použití nového modulu, který poskytuje další nástroje pro návrh a analýzu palivových článků.

Nové jméno Battery Design Module a nový modul Fuel Cell & Electrolyzer Module

Obrázek 4: Podíl plynu v polymerové elektrolytické membráně pro elektrolýzu vody. Simulace pomocí nového Fuel Cell & Electrolyzer Module.

Obecné novinky

Grafické rozhraní

Tradičně čistý grafický design je nyní možné převléknout do tmavého modu, který dá při práci ulevit očím. Rozšířené podpory se dostalo také ovládání modelu pomocí kontextového menu přímo z grafického okna. Tato funkcionalita byla představena už v předešlé verzi. Až nyní však nabízí plnohodnotnou alternativu v definici modelu, nastavení okrajových podmínek, přidávání materiálů a dalších. Spousta uživatelů jistě ocení také interaktivní roviny řezu pojmenované „Clip plane“, které umožňují nahlédnout dovnitř modelu a usnadňují tak práci s komplexními geometriemi. Přístupné jsou rovněž pro postprocessing.

Představení Clip Plane

Obrázek 5: Představení Clip Plane – dočasné interaktivní roviny řezu pro nahlížení do modelů.

tmavý režim

Obrázek 6: Takhle krásně vypadá tmavý režim. Králík ani kaktus nejsou součástí nové verze.

Mesh

Zásadních novinek v tvorbě sítě letos přibylo hned několik. Nová možnost vizualizace vyšších řádů prvků a to včetně výpočetních uzlů je nejen efektním ale pro vyhodnocování kvality sítě i vysoce efektivním nástrojem. S rozvojem 3D tisku a 3D skenování se častěji setkáte s geometriemi vycházejícími z importované sítě. COMSOL přináší celou řadu nových nástrojů pro práci s importovanou sítí umožňující její opravu, řezání, přesíťování a další. Tvorbu kvalitní sítě zajisté usnadní také možnost vytvářet elementy mezní vrstvy na 3D plochách a jejich následné vytažení do objemu pomocí operace Swept.

Ukázka z nové možnosti vykreslit body, ve kterých jsou uložena data

Obrázek 7: Ukázka z nové možnosti vykreslit body, ve kterých jsou uložena data. Na zakřivených plochách můžete snadno rozeznat prvky druhého řádu.

Postprocessing

Vysoká úroveň grafického zpracování výsledků je v COMSOL standardem. V tomto duchu se nesou i novinky představené v poslední verzi COMSOL Multiphysics. Už byly zmíněny interaktivní roviny řezu, které lze uplatnit také v grafickém okně sekce „Postprocessing“. Další novinkou je možnost částečné transparentnosti vybraných ploch. Můžete tak zobrazit děje odehrávající se v nitru komplikované geometrie při zachování orientace v modelu. Simulace se realitě neblíží pouze přesnějšími matematickými modely, ale i realistickým vyobrazením použitých materiálů. Do každého grafu můžete přidat uzel „Material Appearance“, který dodá materiálu realistický vzhled. Navíc je možné tuto vizualizaci kombinovat s barevnou mapou znázorňující například deformační pole. Pokud v grafickém okně zapnete navíc ještě „Enviromental Reflections“, bude Váš model k nerozeznání od jeho předlohy. Grafický výstup můžete rozšířit ještě o importované obrázky a prezentovat Vaši firmu například pomocí loga. Ze štědré nadílky letošních novinek stojí za povšimnutí ještě grafické značky v 1D grafech a možnost exportovat zvukový záznam z akustických studií ve formátu WAV.

Seismické vlny

Obrázek 8: Seismické vlny šířící se vnitřní strukturou naší planety. Satelitní obrázek Země (možné dohledat na wikmedia.org) byl použit pro realistické vykreslení Země.

Pevnostní výpočet vidlice horského kola

Obrázek 9: Pevnostní výpočet vidlice horského kola s použitím realistického vzhledu kovu.

AC/DC a polovodiče

Výpočet indukční matice

Obrázek 10: Výpočet indukční matice (L-matrix) pole PCB cívek.

RF a vlnová optika

Poloprůhledná RCS

Obrázek 11: Poloprůhledná RCS dokonale vodivé koule.

Paprsková optika

Dvojitý Gaussův objektiv

Obrázek 12: Dvojitý Gaussův objektiv s přenosem obrazu.

Simulace proudění tekutin

Simulace mělkých vod

Obrázek 13: Simulace mělkých vod u mořského pobřeží.

Přestup tepla

Rozložení tepla a rychlosti proudového pole v LED žárovce

Obrázek 14: Rozložení tepla a rychlosti proudového pole v LED žárovce. S použitím definice ideálního pole se zrychlí čas výpočtu o 10 %.

Strukturální mechanika

Dynamický kontakt

Obrázek 15: Dynamický kontakt v akci při simulaci odpalu golfového míčku.

Akustika

Dynamický kontakt

Obrázek 16: Graf akustické rychlosti po dopadu akustické vlny s vysokou amplitudou na štěrbinu.

Chemie

Průtokový reaktor

Obrázek 17: Průtokový reaktor s reaktivními peletami.

Optimalizace

Free Shape Boundary

Obrázek 18: Tvarová optimalizace setrvačníku s okrajovou podmínkou „Free Shape Boundary“.

Matouš Lorenc (HUMUSOFT), 23.11.2020