COMSOL Multiphysics 多物理场仿真优化分析

1、COMSOL Multiphysics多物理场仿真优化分析中国大陆以及港澳地区领先的仿真分析软件和项目咨询解决方案供应商中仿科技与Altair 公司联合发布了 COMSOL Multiphysics结合HyperWorks的多物理场仿真分析优化案例。 这些案例为广大COMSOL用户提供用于改进设计、进行“What 1伽究、试验数据的相关 性研究、优化复杂的多学科设计问题以及评价设计的可靠性和鲁棒性等优化功能。经过大量 的合作测试验证，双方共同认为COMSOL+HyperStudy的优化方案将为COMSOL用户 创造极大的价值，部分创新案例如下： 案例1偶极天线设计优化射频模块(RF Modul

2、e)-高频电磁天线阻抗是一个重要的参数，决定了传输电路的 性能。阻抗匹配和低电抗分量对于实际操作很重要，它们能通过合适的设计或匹配电路得到。 模型中通过COMSOL结合HyperStudy，优化了偶极天线的长度和直径，使得输入阻抗 和指定值相匹配。模型数据库 RF ModuleRF and MicrowaveEngineeringShape optimize dipole antenna 模型文件 antenna.m原始设计情况：偶极天线尺寸参数l和k决定了天线的阻抗值，参数初始值l=0.5， k=0.01，阻抗值为94Q，与设计要求值74Q相差很远。设计变量：偶极天线尺寸的长度 参数l，直径

3、参数k，其中参数变量取值范围0.4l0.6, 0.001k0.1设计约束：直径 参数k Structural Mechanics ModuleAutomotive Application spinning gear opt 模型文件 gear.m原始设计情况:旋转轴和齿轮装配件在高速旋转时，紧固应力会变得不足，为保证安全， 必须确定临界旋转频率设计变量：齿轮高速旋转频率，其中变量取值范围10002000Hz 优化目标：确定高速旋转时齿轮和转轴分离的临界旋转频率。COMSOL结合HyperStudy 进行优化，确定高速旋转时齿轮和转轴分离的临界旋转频率为1557.6Hz。下图为优化中 临界频率的

4、变化曲线：案例3喇叭边界形状优化基于 COMSOL Multiphyscis 声学模块(Acoustics Module)模型对一个轴对称喇叭进行边界形状优化，以使得远场声压最大化。模型数据库 Acoustics ModuleTutorial Modelshornshape optimization 模型 文件horn.m下图是为最终的优化结果：原始设计情况：喇叭边界由函数确定，改变初始锥形面的曲率，能改变方向和阻抗，默 认取值参数下远场声压为66.4设计变量：喇叭口形状参数Q1Q5五个参数，其中变量取值范围均为-11优化目标：远场声压最大COMSOL结合HyperStudy优化喇叭口形状参数

5、，使得远场声压从初始的66.4提 高到优化后的69.1。下图是优化迭代过程中声压的变化曲线。最终喇叭口的形状参数Q1Q5取值：基于 COMSOL Multiphysics基本模块(COMSOL Multiphysics, PID control)化工生产地过程控制是很重要的。PID控制(比例-积分-微分)是过程控制的一种有效 方法，但是PID控制准则中的参数优化是一个复杂的过程。本案例中给出了 COMSOL结 合HyperStudy，获得最佳控制参数的方法。下图为某一时刻反应器内浓度分布和速度流线图，以及稳定曲线：0-.M5模型数据库ComsolMultiphysicsMultidiscipl

6、inaryPID control 模型文件 pid.m原始设计情况：不同时间点的入口速度，对反应器内浓度分布及反应温度有很大影响， 通过控制入口速度，使得在一定时间后测试点的浓度保持在0.5mol/m3设计变量：PID 控制参数，控制不同时间点的入口速度，模型中hv01hv31共31个设计变量，速度初 值为0.03,速度变动范围为0.00.1优化目标：在化学反应最后一秒，测试点浓度保持 尽可能接近特定值（0.5mol/m人3）COMSOL结合HyperStudy进行优化，得到各时刻入口速度值，使得最后一秒时间内 测试点浓度与0.5mol/m3平均差值从0.0938降为0.0057。下图分别为3

7、1个时间点速度迭代图和目标点浓度迭代图：V itQ 1-关于中仿科技中仿科技(CnTech)是中国大陆以及港澳地区领先的仿真分析软件和项目咨询解决方 案供应商。作为国内仿真技术行业的领跑者，提供该领域中最专业的项目咨询和专业软件的 集成和实施等，帮助用户提升产品技术附加值，提高核心竞争力。中仿科技(CnTech)成立 于2003年，是CNTECH GROUP旗下的旗舰公司，总部设在香港，目前在北京、上海、 武汉和深圳设有分支机构。除了强大的销售和技术支持网络之外，还设有专业的售后服务团 队和技术培训中心。关于COMSOLCOMSOL公司是全球多物理场仿真解决方案的提倡者和领导者，其旗舰产品 COMSOL Multiphysics广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学 家称为“全球第一款真正的多物理场耦合分析软件”。COMSOL Multiphysics以其独特的软 件设计理念、高效的计算性能和杰出的分析能力实现了高度精确的数值仿真，轻松模拟科学 和工程领域的各种物理过程，凭借着任意多物理场直接、双向实时耦合的能力，在全球领先 的数值仿真领域里得到广泛的应用。关于AltairAltair公司通过优化对商业和工程信息的分析、管理和可视化，致力于增强客户的创新力和决策力。Altair目前为私人所有，在全