
首先,我們需要對comsol有一個(gè)準(zhǔn)確的認(rèn)識。
它是一款功能極其強(qiáng)大的有限元仿真模擬軟件,可以進(jìn)行多物理場耦合仿真。因此,我們必須對有限元計(jì)算有所了解,這也是comsol網(wǎng)格結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)。有限元法實(shí)質(zhì)上是將計(jì)算區(qū)域進(jìn)行劃分,然后在每一個(gè)小區(qū)域內(nèi)計(jì)算相應(yīng)的結(jié)果。對應(yīng)到網(wǎng)格結(jié)構(gòu),則是對網(wǎng)格上的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注,每個(gè)對應(yīng)點(diǎn)攜帶相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果和計(jì)算信息,甚至我們的網(wǎng)格不僅可以導(dǎo)出對應(yīng)點(diǎn)的數(shù)據(jù),可以攜帶函數(shù)進(jìn)行導(dǎo)出。
(相關(guān)資料圖)
其次,我們應(yīng)用comsol進(jìn)行仿真的過程中,必須先清楚我們所構(gòu)建和計(jì)算的物理過程。
以應(yīng)力應(yīng)變仿真為例,首先,我們要清楚的是什么模型,二維還是三維,然后,確定是力學(xué)模型,選擇結(jié)構(gòu)力學(xué)還是固體力學(xué)模塊,下一步,選擇的是研究的內(nèi)容。這一部分的選擇,是基于我們對于該物理變化過程原理清楚的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇的。涉及到是否需要添加預(yù)應(yīng)力的計(jì)算,要結(jié)合具體的模型案例進(jìn)行選擇。
然后進(jìn)行建模。
在建模這一環(huán)節(jié),需要充分了解仿真過程才可以完成仿真環(huán)境的設(shè)置,這是比較難的一步。難點(diǎn)不在于comsol軟件在這一過程中有多難設(shè)置,而在于我們的理論基礎(chǔ)是否足夠扎實(shí)。
最后,進(jìn)行后處理。
這一部分,我們可以感受到comsol強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,但所有的前提都是我們知道要獲取什么數(shù)據(jù),然后在進(jìn)行處理。甚至在這一環(huán)節(jié)中,我們需要在建模過程中增加內(nèi)函數(shù)的設(shè)置,或者是預(yù)定義一些變量。
1 選擇模型維度
大家一般會用到的,其實(shí)就是“三維”和“二維”兩個(gè),基本維度,其他幾個(gè)雖然模型維度雖然也有用,但是一般沒什么用。
需要注意的是,
a 選擇“三維軸對稱”后,會在一個(gè)二維平面建立模型,最后求解的結(jié)果,是將整個(gè)二維模型沿對稱軸旋轉(zhuǎn)得到的立體圖,如下圖所示。
b 如果二維模型可以說明問題,不建議選擇三維模型,比如地下巷道開挖模型,其實(shí)研究的只是豎直方向和水平方向的應(yīng)力情況,即便再增加一個(gè)深度,也不會對問題的研究有什么影響,那么這個(gè)時(shí)候,直接選擇二維模型就可以了。
2 添加物理場
你研究的這個(gè)問題,需要考慮哪些因素,就添加哪些物理場。這一點(diǎn),也是要求你已經(jīng)對于你所要建模的問題的相關(guān)理論知識有了一定的了解,否則你都不知道你需要添加哪些物理場。
3 選擇研究內(nèi)容
主要有穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩種選擇,穩(wěn)態(tài)意味著你這個(gè)模型最后會趨于穩(wěn)定平衡。還以地下開挖為例,地下開挖之后,最后開挖區(qū)域上面的巖層會塌下來,最終這個(gè)模型會趨于平衡。
瞬態(tài)意味著你這個(gè)模型隨著時(shí)間的增加,它內(nèi)部的相關(guān)信息參數(shù),會一直變化,你只可以觀察未來某一個(gè)時(shí)刻的模型情況,但無法觀察到模型穩(wěn)定不變時(shí)的樣子。
4 構(gòu)建幾何模型
這個(gè)內(nèi)容會在上述鏈接到的視頻課中的第二節(jié)講到。需要掌握的基礎(chǔ)操作有“布爾運(yùn)算”、“拉伸”、“回轉(zhuǎn)”、“掃略”、“變換”、“倒角”。不用聽得太仔細(xì),大致知道有這么回事兒就行,不是每一個(gè)操作以后都會用到。
5 添加材料屬性
大部分常見的材料屬性,Comsol都已經(jīng)幫你備好了,直接用輸入對于材料的英文名查找就行(先點(diǎn)擊“模型編輯器”里面的“材料”,再去在窗口右側(cè)紅框里尋找),這里簡單介紹一下如何添加一種新材料。
a 右鍵點(diǎn)擊“材料”,再左鍵點(diǎn)擊“空材料”。
b 在“幾何實(shí)體選擇”部分,可以選擇將該材料添加至模型的哪一部分。
c 然后在如圖最下方的“材料屬性明細(xì)”部分,添加該材料的相關(guān)屬性。這里的屬性列表,是Comsol軟件根據(jù)你之前添加的物理場,判斷得出的在該模擬中材料需要考慮到的屬性,也是必填屬性,不能空著,否則會報(bào)錯(cuò)。
d 你不必再添加其他屬性,下表沒有列出來的,說明該物理場耦合模擬中用不到。
e 你如果你非要添加其他屬性,可以在“材料屬性”部分,右鍵你需要添加的屬性,單機(jī)添加。
6 物理場設(shè)置
這一部分,只要掌握了該物理場的相關(guān)內(nèi)容,并且看完了對應(yīng)視頻課,就可以根據(jù)自己的需要去設(shè)置物理場
7 構(gòu)建網(wǎng)格這個(gè)內(nèi)容會在上述鏈接到的視頻課中的第三節(jié)講到。那個(gè)里面講的比較細(xì)比較多,當(dāng)然很多情況是我們用不到,一般情況選擇網(wǎng)格細(xì)化程度,再直接點(diǎn)擊構(gòu)建就行了。
比較需要注意的一點(diǎn)是,如果出現(xiàn)了下面這種提示“已生成低質(zhì)量單元”,那么就需要重新?lián)Q一種更細(xì)的網(wǎng)格,重新建模。
細(xì)化程度這里,不用選太細(xì)的網(wǎng)格,無端增加計(jì)算時(shí)間,只要網(wǎng)格構(gòu)建好之后不報(bào)錯(cuò),沒有警告提示就好。
8 模型計(jì)算
這個(gè)地方如果選擇的是穩(wěn)態(tài),一般也不用再調(diào)整設(shè)置,直接點(diǎn)擊“計(jì)算”即可。如果選擇的是“瞬態(tài)”,在下圖的位置,設(shè)置一下模擬運(yùn)行的時(shí)間,以及步長就行了。
9 模型后處理
這一部分還是很重要的,主要是對于計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)的導(dǎo)出以及查看。這個(gè)內(nèi)容會在上述鏈接到的視頻課中的第四節(jié)講到。內(nèi)容很多很細(xì),需要大家耐心去看,不論是做哪一方面的模擬,這個(gè)對于結(jié)果的處理,都是需要用到的。
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