人人可用的模擬與仿真

康小數(shù)

上一篇文章《機(jī)械與結(jié)構(gòu)力學(xué)中的多物理場(chǎng)仿真》，向大家介紹了多物理場(chǎng)仿真在機(jī)械與結(jié)構(gòu)力學(xué)中的運(yùn)用，并介紹了一些世界知名企業(yè)使用多物理場(chǎng)仿真軟件進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)的實(shí)例，比如波音、ABB 等公司。雖然COMSOL 易學(xué)易用，但是由于多物理場(chǎng)仿真建模的過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于理論基礎(chǔ)及物理問(wèn)題分析的要求較高，許多小伙伴反饋希望找到更加便捷的方法進(jìn)行仿真分析。考慮到大家的需求，這里另開(kāi)一貼，介紹 COMSOL 公司推出的全球領(lǐng)先的 App 編輯器以及COMSOL Server，希望對(duì)大家的科研工作有所幫助。

什么是仿真 App

在工作中，我們都希望利用仿真來(lái)加速產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)。然而，如何讓稀缺的仿真工程師更高效地服務(wù)于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造等流程，從而使更多的人都能得益于他們的專業(yè)知識(shí)及仿真軟件的強(qiáng)大功能，一直是困擾企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)的難題。

COMSOL 推出的 App 編輯器及COMSOL Server 從根本上解決了這一難題。仿真專家們?cè)贑OMSOL Multiphysics 這個(gè)統(tǒng)一的集成環(huán)境中創(chuàng)建模型之后，再通過(guò) COMSOL中自帶的 App 開(kāi)發(fā)器（Application Builder ）快速將仿真模型封裝為一個(gè)簡(jiǎn)潔、易操作的 App應(yīng)用程序，然后通過(guò) COMSOL Server 在全球范圍內(nèi)分發(fā)，讓不具備專業(yè)仿真經(jīng)驗(yàn)的人也可以運(yùn)用仿真的力量。

現(xiàn)在，仿真工程師可以利用 App開(kāi)發(fā)器為他們的 COMSOL 多物理場(chǎng)仿真模型定制開(kāi)發(fā)易于操作的用戶界面，其中包含指定的輸入?yún)?shù)、輸出結(jié)果和圖形界面，并將其保存為 App 應(yīng)用程序。制作 App 的過(guò)程十分簡(jiǎn)單，圖形化的App 向?qū)?huì)在短短幾分鐘內(nèi)引導(dǎo)開(kāi)發(fā)者（仿真工程師）創(chuàng)建一個(gè)界面友好的 App 。而后，仿真工程師就可以將創(chuàng)建好的仿真App 上傳到提供 COMSOL Server 的服務(wù)器上，并通過(guò)COMSOL Server 來(lái)管理及分發(fā)仿真 App 的操作權(quán)限。這樣，更大型的工程和生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)就可以通過(guò)COMSOL Server 運(yùn)行 App 應(yīng)用程序，使仿真為生產(chǎn)服務(wù)，從而提升組織內(nèi)或組織間的溝通效率。

下面，我們就通過(guò)示例來(lái)具體講解如何從一個(gè)多物理場(chǎng)模型建立仿真 App ，以及如何通過(guò)COMSOL Server 來(lái)部署及分發(fā)仿真 App 的操作權(quán)限。

如何創(chuàng)建仿真 App

圖1中顯示的是一個(gè)大家熟悉的工字梁的模型，模擬了鋼梁承受負(fù)載時(shí)梁內(nèi)的應(yīng)力分布。在模型的建立過(guò)程中，我們需要構(gòu)建梁的幾何結(jié)構(gòu)，設(shè)置梁的材料屬性、邊界條件（載荷、約束等），劃分網(wǎng)格，然后求解以及結(jié)果的后處理等一系列操作，最后完成我們的問(wèn)題分析。建模過(guò)程如此復(fù)雜，怎樣才能簡(jiǎn)化操作，讓更多的工程師共享仿真成果呢？

圖1 梁截面模型建模界面

將圖1的模型轉(zhuǎn)化為 App 之后，整個(gè)模型就變得十分簡(jiǎn)潔易用（如圖2所示）。這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的界面，即使沒(méi)有任何建模經(jīng)驗(yàn)的人也可以使用。我們只需要在左邊窗口選擇梁的類型，輸入梁的幾何尺寸，以及梁所受的作用力大小，點(diǎn)擊一下計(jì)算，我們就能得到相應(yīng)的結(jié)果，并且知道在給定的載荷作用下應(yīng)力的大小及分布情況，以及這個(gè)梁的結(jié)構(gòu)是否會(huì)被破壞。這樣，作為一名設(shè)計(jì)者，需要了解自己設(shè)計(jì)的梁是否滿足工程需要時(shí)，就可以使用仿真來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)，省去了創(chuàng)建多物理場(chǎng)模型所需的建模過(guò)程及物理背景知識(shí)，從而大幅提升研發(fā)及設(shè)計(jì)效率。

圖2. 梁截面計(jì)算器 App

COMSOL Multiphysics® 5.2 版本進(jìn)一步優(yōu)化了 App 開(kāi)發(fā)器的工作流程。新增的編輯器工具使用戶可以輕松快速地開(kāi)發(fā)用戶界面，只需點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)，仿真專家就能將任意模型參數(shù)、物理場(chǎng)設(shè)置以及數(shù)值數(shù)據(jù)和繪圖結(jié)果等加入 App 用戶界面。

通過(guò) COMSOLServer 分享仿真 App

制作好一個(gè)應(yīng)用程序后，我們可以通過(guò) COMSOL Multiphysics運(yùn)行，也可以通過(guò)COMSOL Server™ 來(lái)運(yùn)行。COMSOL Server™ 專門(mén)用于運(yùn)行和分發(fā)由 App 開(kāi)發(fā)器創(chuàng)建的 App ，使您可以在整個(gè)組織和網(wǎng)絡(luò)中推廣仿真的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)您需要向您的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、制造部門(mén)、測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，以及世界各地的客戶和委托方部署由仿真專家開(kāi)發(fā)的 App 時(shí)，就可以使用 COMSOL Server™ 這一平臺(tái)。

當(dāng)我們使用 COMSOLServer運(yùn)行COMSOL 仿真App 時(shí)，我們可以選擇兩種不同的方式：COMSOL 客戶端，或網(wǎng)頁(yè)瀏覽器。相對(duì)于使用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器，COMSOL 客戶端會(huì)帶來(lái)更好的圖形表現(xiàn)，且支持一維、二維和三維交互式圖形。圖3 就是一個(gè)通過(guò)客戶端登錄COMSOL Server 之后，運(yùn)行車(chē)載起重機(jī)計(jì)算器App 的示例。圖4 為使用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器運(yùn)行同一個(gè)App 時(shí)的界面。兩種方法的操作方式相同，均可從應(yīng)用程序庫(kù)中啟動(dòng)App ，修改各種輸入?yún)?shù)，進(jìn)行計(jì)算，然后將結(jié)果可視化。

圖3 在 COMSOL Server中運(yùn)行車(chē)載起重機(jī)計(jì)算器 App

圖 4 在網(wǎng)頁(yè)瀏覽器中運(yùn)行車(chē)載起重機(jī)計(jì)算器 App

COMSOLServer 簡(jiǎn)介

COMSOL Server許可證支持在全球范圍內(nèi)使用，在全球各地的用戶都可以通過(guò)COMSOL Server 使用由 App 開(kāi)發(fā)器所制作的App 應(yīng)用程序。另外，在全球版COMSOL Server 許可證的支持下，App 還可以脫離COMSOL 的環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行，或作為瀏覽器中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源使用。也就是說(shuō)，工程師可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或云服務(wù)在全球范圍內(nèi)向用戶、教職工、學(xué)生等發(fā)布 App ，單一用戶最多可以同時(shí)運(yùn)行COMSOL Server 應(yīng)用程序庫(kù)中的4 個(gè)應(yīng)用程序，沒(méi)有核數(shù)及集群使用的限制。

圖 5  COMSOL Server App庫(kù)

用戶可以通過(guò)登陸 COMSOLServer ，上傳應(yīng)用程序至COMSOL Server 并將其設(shè)定為私有、公共或特定群組訪問(wèn)等不同的安全級(jí)別。圖 5 顯示的是COMSOL Server 中的App 庫(kù)。在App 庫(kù)中，您可以查看App 的屬性和描述進(jìn)行管理，或收藏 App 以便于快速訪問(wèn)并查看當(dāng)前正在運(yùn)行的App 。例如，我們可以管理監(jiān)視器的使用，確認(rèn)一切工作正常；可以瀏覽并編輯Server 用戶、用戶的狀態(tài)以及首選項(xiàng)；管理可視化、安全性和會(huì)話設(shè)定等。

現(xiàn)在，有了這種人人可用的仿真工具，結(jié)合 COMSOL多物理場(chǎng)仿真軟件的靈活性、實(shí)用性和擴(kuò)展性，有仿真經(jīng)驗(yàn)的研發(fā)工程師們不需要再反復(fù)根據(jù)產(chǎn)品部門(mén)的要求對(duì)復(fù)雜仿真模型進(jìn)行大量調(diào)整和求解，他們可以讓希望使用仿真結(jié)果的用戶自己利用App 來(lái)修改模型參數(shù)，進(jìn)而運(yùn)行仿真分析結(jié)果。因此，利用App 不僅能夠大幅降低研發(fā)工程師的工作強(qiáng)度，還能保證模型在運(yùn)行過(guò)程中的安全性及穩(wěn)定性，從而提高整個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作效率。

歡迎大家了解更多關(guān)于 COMSOL Server與 App 開(kāi)發(fā)器的信息，請(qǐng)點(diǎn)擊：

http://cn.comsol.com/c/3jop

如果有興趣進(jìn)一步了解 COMSOL，歡迎大家參加官方舉辦的免費(fèi)Workshop，獲取免費(fèi)試用：
http://cn.comsol.com/c/3495

本文所引用的例子均來(lái)源于 COMSOL，版權(quán)歸 COMSOL 公司所有。如需轉(zhuǎn)載本文，請(qǐng)聯(lián)系本文作者。

單片機(jī)出錯(cuò)

不錯(cuò)，值得推薦，這個(gè)其實(shí)對(duì)設(shè)計(jì)還是有用的

機(jī)械nuaa

我靠，這么高端，學(xué)習(xí)了。

zerowing

大俠，請(qǐng)教個(gè)問(wèn)題。Cosmos的網(wǎng)格劃分是基于三角格還是四點(diǎn)格的？

月光傾城2015

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王蒙0000

很高端的樣子

搬磚的

“傻瓜”化了，越“傻瓜”越好，有時(shí)間了解下。

月招

不錯(cuò)，挺好的
$ ]" l/ O/ B$ a

@蕪瀨@

aysuio

1 C( \- @2 h* K= =！不懂 “網(wǎng)格”，不懂如何處理3D模型，不懂如何更合理地加載載荷，不懂選擇更合理地算法，如何做有限元分析。
/ v; ^" }1 \* R我并不相信所謂的“傻瓜”化，那只是玩具，就如 solidworks simulation。^_^
0 g$ m- J$ l* A
這里APP應(yīng)該只是一個(gè)溝通工具，用來(lái)讓設(shè)計(jì)工程師和CAE工程師之間更有效地交流