Caractéristiques et fonctionnalités du Constructeur de modèles

Le logiciel COMSOL Multiphysics® intègre le Constructeur de modèles, qui vous aide à passer de la géométrie aux résultats de simulation dans une méthodologie de travail facile à suivre. Quels que soient les applications pratiques ou les phénomènes physiques, l'interface utilisateur reste toujours identique et le Constructeur de modèles est là pour vous guider.

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Modélisation géométrique et interface avec les logiciels de CAO

Opérations, séquences et sélections

Le package de base de COMSOL Multiphysics® fournit des outils de modélisation géométrique pour créer des pièces en utilisant des objets solides, des surfaces, des courbes et des opérations booléennes. Les géométries sont définies par des séquences d'opérations, où chaque opération est capable de recevoir des paramètres d'entrée en vue de modifications dans les études paramétriques des modèles multiphysiques. La connexion entre la définition de la géométrie et les paramètres physiques définis est entièrement associative - un changement dans la géométrie propagera automatiquement les changements dans les paramètres du modèle associé.

Les entités géométriques comme les domaines de matériaux et les surfaces peuvent être regroupées en sélections pour une utilisation ultérieure dans les définitions des physiques, du maillage ou des graphiques. En outre, une séquence d'opérations peut être utilisée pour créer une pièce de géométrie paramétrique, incluant ses sélections, pièce qui peut ensuite être stockée dans une bibliothèque de pièces pour être réutilisée dans plusieurs modèles.

Import, réparation, simplification et opérations virtuelles

L'import de tous les fichiers CAO et ECAD standard dans COMSOL Multiphysics® est prise en charge par le module CAD Import et le module ECAD Import, respectivement. Le module Design complète les opérations géométriques disponibles dans COMSOL Multiphysics®. Le module CAD Import et le module Design permettent tous deux de réparer et de simplifier des géométries. Les modèles de maillage de surface, tels que ceux au format STL, peuvent également être importés puis convertis en objets géométriques par le package principal de COMSOL Multiphysics®. Les opérations d'import sont comme toute autre opération de la séquence géométrique et peuvent être utilisées avec des sélections et une associativité pour effectuer des études paramétriques et d'optimisation.

Comme alternative aux capacités de simplification et de réparation du logiciel COMSOL®, des opérations dites virtuelles sont également prises en charge pour éliminer l'impact des artefacts sur le maillage, comme des éclats et des petites faces, qui n'ajoutent rien à la précision de la simulation. À l'inverse de la simplification, les opérations virtuelles ne modifient pas la courbure ou la fidélité de la géométrie, tout en produisant un maillage plus propre.

Afficher une liste de caractéristiques de modélisation géométrique

  • Primitives
    • Bloc, sphère, tore, cone, ellipsoïde, cylindre, hélice, pyramide, hexaèdre
      • Courbe paramétrique, surface paramétrique, polygone, polygone de Bézier, courbe d'interpolation, point
  • Extrusion, rotation, balayage, loft1
  • Opérations booléennes : Union, intersection, différence et partition
  • Transformations : réseau, copie, miroir, déplacement, rotation et mise à l'échelle
  • Conversions:
    • Conversion en solides, surfaces et courbes
    • Surface moyenne1, épaississement1, division
  • Chanfrein et congé de raccordement2
  • Opérations virtuelles
    • Supprimer des détails
    • Ignorer: sommets, arêtes et faces
    • Former des objets composites: arêtes, faces, domaines
    • Réduire: arêtes, faces
    • Fusionner: sommets, arêtes
    • Contrôle du maillage: sommets, arêtes, faces, domaines
  • Modélisation hybride avec solides, surfaces, courbes et points
  • Plan de travail avec modélisation géométrique 2D
  • Import CAO et interopérabilité avec le module CAD Import, le module Design et les produits LiveLink™ pour la CAO
  • Réparation et simplification de la CAO avec les modules complémentaires CAD Import, module Design et les produits LiveLink™ pour la CAO
    • Faces de remplissage, suppression
    • Congés, petites arêtes, faces fines, petites faces, faces, pointes
    • Détacher les faces, fusionner en solide, réparer
  1. Nécessite le module Design
  2. Les opérations 3D correspondantes nécessitent le module Design

Interfaces et caractéristiques prédéfinies pour la modélisation basée sur la physique

Le logiciel COMSOL® contient des interfaces physiques prédéfinies pour la modélisation d'un large éventail de phénomènes physiques, y compris de nombreux couplages multiphysiques standards. Chaque interface physique fournit des paramètres spécifiques dédiés au domaine scientifique ou d'ingénierie associé. Après sélection, le logiciel suggère les types d'études disponibles, comme le type de solveurs temporels ou stationnaires. Une fois l'étude choisie, la discrétisation numérique appropriée du modèle mathématique, la séquence de solveur et les paramètres de visualisation et de post-traitement sont directement implémentés. Tous ces paramètres sont bien sûr modifiables par l'utilisateur.

La plateforme COMSOL Multiphysics® est préchargée avec un large ensemble d'interfaces physiques de base pour des domaines tels que la mécanique des solides, l'acoustique, l'écoulement des fluides, le transfert de chaleur, le transport d'espèces chimiques et l'électromagnétisme. En étendant le package de base avec des modules complémentaires de la suite de produits COMSOL, vous accédez à une gamme d'interfaces utilisateur plus spécialisées avec des capacités de modélisation adaptées à des domaines d'ingénierie spécifiques.

Afficher une liste de caractéristiques de modélisation basée sur la physique

Interfaces physiques

  • Courants électriques
  • Électrostatique
  • Transfert de chaleur dans les solides et dans les fluides
  • Chauffage par effet Joule
  • Ecoulement laminaire
  • Acoustique en pression
  • Mécanique des solides
  • Transport d'espèces diluées
  • Champs magnétiques, 2D
  • Les modules spécifiques aux applications contiennent de nombreuses interfaces physiques supplémentaires

Matériaux

  • Matériaux isotropes et anisotropes
  • Matériaux discontinus
  • Matériaux variables en espace
  • Matériaux variables en temps
  • Propriétés non linéaires des matériaux en fonction d'une quantité physique quelconque

Transparence et flexibilité grâce à la modélisation basée sur les équations

Pour être réellement utile aux études et à l'innovation dans le domaine des sciences et de l'ingénierie, un logiciel doit permettre d'aller au-delà d'un simple environnement prédéfini. Il doit être possible de fournir vos propres définitions de modèles basées sur des équations mathématiques directement dans l'interface utilisateur, et de les personnaliser. Le logiciel COMSOL Multiphysics® offre ce niveau de flexibilité grâce à son interpréteur d'équations intégré qui reconnait à la volée les expressions, les équations et d'autres objets mathématiques avant de générer le modèle numérique. L'ajout et la personnalisation d'expressions dans les interfaces physiques permettent de les coupler librement entre elles pour simuler des phénomènes multiphysiques.

Les possibilités de personnalisation vont encore plus loin. Avec le Constructeur de physique, vous utilisez également vos propres équations pour créer de nouvelles interfaces physiques facilement accessibles et manipulables lorsque vous souhaitez les inclure dans de futurs modèles ou les partager avec des collègues.

Afficher une liste de caractéristiques de modélisation basée sur les équations

  • Équations aux dérivées partielles (EDP)
  • EDP en forme faible
  • Méthodes Euler-Lagrange arbitraires (ALE) pour les problèmes de géométrie déformée et de maillage mobile
  • Équations algébriques
  • Équations différentielles ordinaires (ODE)
  • Équations algébro-différentielles (DAE)
  • Analyse de sensibilité (optimisation disponible avec le module Optimization en complément)
  • Calcul des coordonnées curvilignes

Maillage automatique et manuel

Pour discrétiser et mailler votre modèle, le logiciel COMSOL Multiphysics® utilise différentes techniques numériques en fonction du type de physique ou de combinaisons des physiques que vous étudiez. Les méthodes de discrétisation prédominantes sont basées sur les éléments finis (pour la liste complète des méthodes, voir la section concernant les solveurs sur cette page). En conséquence, l'algorithme de maillage général crée un maillage avec les types d'éléments appropriés pour correspondre aux méthodes numériques associées. Par exemple, l'algorithme par défaut peut utiliser un maillage tétraédrique libre ou une combinaison de maillage tétraédrique et de maillage en couche limite, avec une combinaison de types d'éléments, pour fournir des résultats plus rapides et plus précis.

Afficher une liste de caractéristiques du mailleur

  • Maillage tétraédrique libre
  • Maillage en extrusion avec éléments prismes et hexaèdres
  • Maillage en couche limite
  • Éléments volumiques en tétraédres, prismes, pyramides et hexaédres
  • Maillage en triangles libres sur surfaces 3D et pour les modèles 2D
  • Maillage en quadrangles mappés et libres sur surfaces 3D et pour les modèles 2D
  • Opération de copie de maillage
  • Opérations de géométrie virtuelle
  • Partitionnement du maillage de domaines, de frontières et d'arêtes
  • Import et édition de maillages générés par des outils externes

Séquences d'étapes d'étude, études paramètriques et optimisation

Types d'études ou d'analyses

Lorsque vous sélectionnez une interface physique, un certain nombre d'études différentes (types d'analyse) sont suggérées par COMSOL Multiphysics®. Par exemple, pour les analyses dédiées à la mécanique des solides, le logiciel suggère des études temporelles, stationnaires ou de fréquence propre; pour les problèmes de CFD, le logiciel suggère uniquement des études temporelles et stationnaires. D'autres types d'études peuvent également être librement sélectionnés pour toute analyse que vous effectuez. Les séquences des étapes d'une étude structurent le procédé de résolution et vous autorise de choisir les variables du modèle à résoudre dans chaque étape de l'étude. La solution de n'importe quelle étape d'une étude précédente peut être utilisée comme condition initiale dans une étape d'étude à venir.

Balayages paramétriques, optimisation et estimations

Toute étape d'une étude peut être exécutée avec un balayage paramétrique, qui peut inclure un ou plusieurs paramètres dans un modèle, allant des paramètres géométriques aux réglages des définitions de la physique résolue. Les balayages paramétriques sont également effectués en fonction de différents matériaux ou leurs propriétés, ainsi que sur des listes de fonctions définies.

À l'aide du module Optimization, vous réalisez des études d'optimisation topologique, de forme ou des estimations de paramètres sur la base d'un modèle multiphysique. COMSOL Multiphysics® propose des méthodes d'optimisation avec ou sans gradient. Pour l'estimation des paramètres, des formulations par moindres carrés et des formulations générales de problèmes d'optimisation sont disponibles. Des études de sensibilité intégrées sont également disponibles. Elles permettent de calculer la sensibilité d'une fonction objectif par rapport à n'importe quel paramètre du modèle.

Afficher une liste de caractéristiques d'études

  • Stationnaire
  • Temporel
  • Fréquence propre
  • Valeur propre
  • Domaine fréquentiel
  • Balayage paramétrique
  • Balayage sur fonctions
  • Balayage de matériaux
  • Sensibilité
  • Réduction de modèle

Etat de l'art des méthodes numériques pour des solutions précises

L'interpréteur d'équations du logiciel COMSOL Multiphysics® fournit le meilleur carburant possible au moteur numérique: le système d'EDP entièrement couplé pour les études stationnaires, temporelles, dans le domaine fréquentiel et en analyse de fréquences propres. Le système d'EDP est discrétisé en utilisant la méthode des éléments finis (FEM) pour les variables spatiales (x, y, z). Pour certains types de problèmes, la méthode des éléments de frontière (BEM) est également utilisée en discrétisation spatiale. Pour les problèmes dépendant de l'espace et également du temps, la méthode des lignes est utilisée, avec l'espace discrétisé avec la méthode FEM (ou BEM), formant ainsi un système d'EDO. Ces EDO sont ensuite résolues à l'aide de méthodes avancées, comprenant des méthodes implicites ou explicites en temps.

Les problèmes temporels et stationnaires peuvent être non linéaires, formant également des systèmes d'équations non linéaires après discrétisation. Le moteur de COMSOL Multiphysics® fournit la matrice jacobienne entièrement couplée, qui dirige le solveur non linéaire vers la solution. Une méthode de Newton amortie est utilisée pour résoudre le système non linéaire pour les problèmes stationnaires ou à l'intérieur d'un pas de temps pour les problèmes temporels. La méthode de Newton résout ensuite une séquence de systèmes d'équations linéaires, en utilisant la matrice jacobienne, afin de trouver la solution du système non linéaire.

Pour les problèmes linéaires (également résolus à chaque étapes du solveur non linéaire, voir ci-dessus), le logiciel COMSOL® fournit des solveurs directs et itératifs. Les solveurs directs peuvent être utilisés pour des problèmes de petite et moyenne taille, tandis que les solveurs itératifs peuvent être utilisés pour des systèmes linéaires de taille plus importante. Le logiciel COMSOL® fournit un certain nombre de solveurs itératifs avec des préconditionneurs de pointe, comme les préconditionneurs multigrilles. Ces préconditionneurs apportent robustesse et rapidité dans le processus de résolution itérative.

Les différentes interfaces physiques fournissent également aux paramètres du solveur des suggestions sur les meilleurs paramètres par défaut possibles pour une famille de problèmes. Ces paramètres ne sont pas figés; vous pouvez modifier directement et configurer manuellement chacun des paramètres du solveur directement sous chaque noeud de solveur dans l'interface utilisateur afin de régler les performances pour votre problème spécifique. Lorsqu'ils sont disponibles, les solveurs et les autres algorithmes à forte demande en ressources de calcul sont entièrement parallélisés afin de tirer parti des architectures multicœurs et des clusters. Les méthodes utilisant la mémoire partagée aussi bien que distribuée sont disponibles pour les solveurs directs et itératifs ainsi que pour les balayages paramétriques de grande taille. Toutes les étapes du procédé de résolution peuvent faire appel au calcul parallèle.

Afficher une liste de solveurs

  • Discrétisation spatiale:
    • FEM
      • Éléments de Lagrange nodaux et éléments serendip d'ordres variés
      • Eléments H(rot) (également appelés éléments vectoriels ou éléments d'arêtes)
      • Méthodes des moindres carrés de Petrov-Galerkin et de Galerkin pour les problèmes dominés par la convection et pour les écoulements de fluides
      • Maillage adaptatif et raffinement automatique du maillage pendant la résolution
    • BEM
    • Méthode Galerkin discontinue
  • Discrétisation spatio-temporelle:
    • Méthode des lignes (FEM et BEM en espace)
  • Solveurs temporels pour équation différentielles ordinaire (EDO) et équations algébro-différentielles (EAD)
    • Méthodes implicites pour les problèmes raides (BDF)
    • Méthodes explicites pour les problèmes non raides
  • Systèmes algébriques non linéaires:
    • Méthodes de Newton amorties
    • Double dog-leg
  • Systèmes algébriques linéaires:
    • Solveurs directs pour systèmes denses: LAPACK
    • Solveurs directs pour systèmes creux: MUMPS, PARDISO, SPOOLES
    • Solveurs itératifs pour systèmes creux: GMRES, FGMRES, BiCGStab, gradients conjugués, TFQMR
      • Préconditionneurs: SOR, Jacobi, Vanka, SCGS, SOR Line/Gauge/Vector, multigrille géométrique (GMG), multigrille algébrique (AMG), espace de Maxwell auxiliaire (AMS), LU incomplèt, Krylov, décomposition de domaine
      • Tous les préconditionneurs peuvent potentiellement être utilisés en tant que solveur itératif
  • Des méthodes de discrétisation supplémentaires sont disponibles dans des produits complémentaires, notamment des méthodes de suivi de particules et de rayons.

Outils de post-traitement pour des résultats de modélisation publiables immédiatement

Montrez vos résultats au monde entier. COMSOL Multiphysics® propose de puissants outils de visualisation et de post-traitement afin que vous puissiez présenter vos résultats de manière signifiante et soignée. Vous utilisez les outils intégrés ou vous étendez vos visualisations avec des quantités physiques dérivées en entrant des expressions mathématiques dans le logiciel. Par conséquent, vous êtes en mesure de visualiser à peu près n'importe quelle quantité d'intérêt liée aux résultats de votre simulation directement dans COMSOL Multiphysics®.

Capacités de visualisation

Les capacités de visualisation comprennent les graphiques de surface, en section, d'isosurface, de plan de coupe, avec flèches et de lignes de courant, pour ne citer que quelques types de graphiques. Une gamme d'outils de post-traitement numérique est disponible pour l'évaluation d'expressions, telles que les intégrales et les dérivées. Vous pouvez calculer les valeurs maximales, minimales, moyennes et intégrées de toute quantité ou de quantités dérivées dans des volumes, sur des surfaces, le long d'arêtes courbes et en des points. Des outils de post-traitement spécifiques à certains domaines de l'ingénierie et des sciences ont également été inclus dans de nombreux modules basés sur la physique.

Export des résultats et génération de rapports avec d'autres logiciels

Vous pouvez exporter des données et les traiter à l'aide d'outils tiers. Les résultats numériques peuvent être exportés vers des fichiers texte aux formats .txt, .dat et .csv, ainsi que vers le format non structuré VTK. Avec LiveLink™ for Excel®, les résultats peuvent être exportés vers le format du tableur Microsoft® Excel® (.xlsx). Les images peuvent être exportées dans plusieurs formats d'image courants, ainsi que dans le format de fichier glTF™ pour l'export de scènes 3D. Les animations peuvent être exportées au format WebM et en tant que fichiers GIF animés, technologie Adobe® Flash® ou AVI. Les rapports résumant l'ensemble du projet de simulation peuvent être exportés au format HTML (.htm, .html), Microsoft® Word® (.doc) ou Microsoft® PowerPoint® (.pptx).

Afficher une liste de caractéristiques concernant les résultats et le post-traitement

  • Visualisation
    • Graphiques de surface
    • Graphiques d'isosurface
    • Graphiques en flèche
    • Graphiques en coupes
    • Graphiques de lignes de courant
    • Graphiques de contours
  • Post-traitement
    • Intégration, moyenne, maximum et minimum de quantités arbitraires sur des volumes, surfaces, arêtes et points
    • Expressions mathématiques personnalisées comprenant des variables de champ, leurs dérivés, les coordonnées spatiales, le temps et les quantités à valeurs complexes
    • Des techniques spécialisées de post-traitement et d'évaluation sont incluses dans de nombreux modules basés sur la physique
  • Support pour les dispositifs 3Dconnexion® SpaceMouse®
  • Import et export
    • Texte
    • Format Microsoft® Excel® .xlsx
    • Images
    • Animations
    • Maillage
    • Formats CAO
    • Et plus encore

Chaque activité et chaque besoin en matière de simulation sont différents. Afin d'évaluer pleinement si le logiciel COMSOL Multiphysics® répond ou non à vos exigences, nous vous invitons à nous contacter. En parlant à l'un de nos représentants, vous obtiendrez des recommandations personnalisées et des exemples détaillés qui vous aideront à tirer le meilleur parti de votre évaluation et vous guideront pour choisir les options de licence les mieux adaptées à vos besoins.

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