Comsol Multiphysics Version 6.3 Neue Möglichkeiten für die Multiphysik-Simulation

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Um seinen Anwendern die besten Voraussetzungen für eine effiziente Produktentwicklung und grundlegende Innovationen zu bieten, entwickelt Comsol seine Simulationssoftware Comsol Multiphysics kontinuierlich weiter. Wir haben die wichtigsten Erweiterungen und Verbesserungen der neuen Version 6.3 für die Multiphysik-Simulation zusammengefasst.

Simulationstechnologien ermöglichen es Unternehmen, Produkte schneller zu entwickeln, die Kosten für physische Prototypen und Experimente zu reduzieren und fundierte Design-Entscheidungen zu treffen. Besonders die Multiphysik-Modellierung, die komplexe Wechselwirkungen zwischen verschiedenen physikalischen Effekten wie Akustik, Strukturmechanik und Elektromagnetik in einem Lautsprecher realitätsnah simuliert, verschafft Unternehmen einen erheblichen Wettbewerbsvorteil. Mit der neuen Version von Comsol Multiphysics steht nun eine Softwarelösung zur Verfügung, die auf den bewährten Multiphysik-Fähigkeiten aufbaut und durch gesteigerte Rechenleistung sowie zahlreiche neue ­Modellierungsoptionen noch leistungsstärker geworden ist. 

Erweiterte Modellierungsfunktionen 

Comsol Multiphysics Version 6.3 bietet erweiterte Modellierungsfunktionen und eine optimierte Benutzeroberfläche sowie zahlreiche Leistungsverbesserungen, die durch kürzere Berechnungszeiten zu schnelleren Design-Iterationen und Ergebnissen im Entwicklungszyklus führen. Zu den allgemeinen Neuerungen zählt unter anderem eine automatisierte Geometrievorbereitung, die die automatische Erkennung und Entfernung kleiner Details und Lücken und damit eine ­robustere Netzgenerierung ermöglicht. Durch die neue interaktive Java-Umgebung, in der sich Modelle direkt ändern lassen, und die Verwendung von in Datenbanken gespeicherten Versionen beim Lösen von Comsol-Modellen im Batch-Modus können Anwender leistungsfähige Simulations-Pipelines einrichten. Bereits mit der vorherigen Version konnten Comsol-Nutzer Simulations-Apps auf der Grundlage trainierter Ersatzmodelle (Surrogate Models) erstellen, die instantan präzise Ergebnisse liefern. Das vorangehende Training der datenbasierten Ersatzmodelle, die das Verhalten rechenintensiver, vollwertiger Finite-Elemente-Modelle approximieren, war allerdings zeitaufwändig. In Version 6.3 ist dieses Training dank einer neuen GPU-Unterstützung sehr viel schneller und effizienter.

Multiphysik-Simulation: Elektromagnetik

Die umfangreichste Neuerung im Bereich Elektromagnetik ist das Electric Discharge Module, ein spezialisiertes Add-on zu Comsol Multiphysics, mit dem elektrische Entladungen und Spannungsdurchschläge in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern modelliert werden können.  „Das Electric Discharge Module bietet neue Modellierungsfunktionen, die die Entwicklung von Unterhaltungselektronik bis hin zu Hochspannungssystemen unterstützen“, sagt Lipeng Liu, Technical Product Manager bei Comsol. Neben der Einführung des neuen Moduls können elektrostatische Kräfte in MEMS und Leckströme in Halbleiterbauelementen jetzt noch genauer berechnet werden. Darüber hinaus ermöglichen neue Features die effiziente Modellierung von laminierten Eisenkernen in Motoren und Transformatoren sowie der dielektrischen Dispersion in biologischem Gewebe. Neu ist auch die automatische Einrichtung von periodischen Strukturen in der Wellenoptik.

Comsol Multiphysics Version 6.3 bietet erweiterte Modellierungsfunktionen sowie zahlreiche Leistungs­verbesserungen.

Strukturmechanik

Im Bereich Strukturmechanik erleichtert ein neues Feature die Modellierung von Verbindungselementen wie Nieten oder Bolzen, indem es runde Löcher an parallelen Rändern einer Struktur automatisch erkennt und diese verbindet. Auch die Modellierung von Schweißpunkten wurde in Version 6.3 stark vereinfacht. Eine neue Kontaktformulierung für innere Ränder ermöglicht die Berücksichtigung von Kontaktbedingungen wie Reibung, Adhäsion und Kohäsion. Darüber hinaus sind nun Zeitbereichssimulationen mit frequenzabhängigen Materialeigenschaften möglich.

Strömung und Wärmetransport

Neu im Bereich Computational Fluid Dynamics (CFD) sind zwei Reynolds-Spannungs-Turbulenzmodelle für Sekundärströmungen in Kanälen und Strömungen mit starker Verwirbelung oder mittlerer Rotation: Wilcox R-ω und SSG–LRR. Eine neue Option zur Berücksichtigung von Schermigration in dispersen Mehrphasenströmungen, die mehrere Spezies unterstützt, erhöht die Genauigkeit von Kanalströmungssimulationen. Die Modellierung von Strömungen mit hoher Mach-Zahl profitiert von einer neuen Option zur Berücksichtigung der kinetischen Energie. Updates im Bereich Wärmetransport umfassen hauptsächlich Leistungsverbesserungen für Strahlungssimulationen sowie ein neues Feature, das den äquivalenten Wärmeleitfähigkeitstensor, die Wärmekapazität bei konstantem Druck und die Dichte für periodische und andere strukturierte Materialien berechnet.

Akustik

Auch im Bereich Akustik ermöglicht die neue GPU-Unterstützung 25-fach schnellere transiente Simulationen. Die beschleunigte Berechnung „ist von unschätzbarem Wert für Ingenieure, die an Soundsystemen für Fahrzeuge arbeiten oder die Akustik in Büro- und Wohnräumen optimieren“, so Mads J. Herring Jensen, Development Manager bei Comsol. Ein Poroakustik-Feature erlaubt zudem die Modellierung poröser Materialien im Zeitbereich, und ein neues Interface für thermoviskose Akustik löst die Ausbreitung akustischer Wellen mithilfe einer sequenziellen linearisierten Navier-Stokes-Approximation (SLNS) ebenfalls deutlich schneller.

Chemie und Elektrochemie

Im Bereich Chemie und Elektrochemie erleichtern ein Zwei-Elektroden-Modell und Optionen für Einzelpartikel-Elektroden die Batteriemodellierung. Die Modellierung konzentrierter Elektrolyte in elektrochemischen Zellen wurde ebenfalls durch eine neue Formulierung verbessert. Die neue Funktionalität zur Simulation von Fällungs- und Kristalli­sationsprozessen ist besonders nützlich für die Untersuchung von Trennverfahren in der Feinchemie und pharmazeutischen Industrie. Dabei werden sowohl die Partikel-Nukleation als auch das Partikelwachstum und der Fluid­transport berücksichtigt.

In Version 6.3 sind zusätzliche vordefinierte Multiphysik-Kopplungen hinzugekommen, welche die Umsetzung häufiger Anwendungsfälle erleichtern.

Multiphysik-Simulation

Ein Alleinstellungsmerkmal von Comsol Multiphysics ist, dass die Software nicht nur zahlreiche technische Bereiche und Branchen abdeckt, sondern dass sich sämtliche physikalischen Phänomene uneingeschränkt miteinander koppeln lassen. Dadurch können Comsol-Modelle die Realität sehr genau abbilden und ermöglichen echte, unbegrenzte Multiphysik. In Version 6.3 sind zusätzliche vordefinierte Multiphysik-Kopplungen hinzugekommen, welche die Umsetzung häufiger Anwendungsfälle erleichtern. Darunter ist eine Elektromechanik-Kopplung, mit der sich die Verformung dünner Strukturen, zum Beispiel Mikrofonmembranen, modellieren lässt, die durch elektrostatische Kräfte beeinflusst werden. Eine weitere neue Multiphysik-Kopplung berücksichtigt die Auswirkungen von Konzentrationsänderungen auf das Volumen, etwa beim Ionentransport in Akkus.

Die Autorin Dr. Eva Poland ist Technical Writer bei Comsol Multiphysics in Göttingen.

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