Multiphysik-Modellierung und Standalone-Simulations-Apps als Innovationsmotor

Multiphysikalische Modellierung und Simulation hilft Unternehmen, schneller, intelligenter und kostengünstiger innovativ zu sein. Die Integration der COMSOL Multiphysics^® Software in den F&E-Workflow ermöglicht es Ingenieurteams, genaue Modelle von realen Designs, Geräten und Prozessen zu erstellen und ihre eigenen unabhängigen Simulations-Apps zu entwickeln, um die Vorteile der multiphysikalischen Modellierung an mehr Teams, Abteilungen und Kunden weiterzugeben. Dies führt letztlich zu einem besseren Verständnis des Produktverhaltens und zu schnelleren Antworten während des Entwicklungszyklus.

Heute wird die COMSOL Multiphysics^® Version 6.3 veröffentlicht, die die Software durch erweiterte Modellierungsfunktionen, verbesserte Benutzererfahrung und GPU-Beschleunigung für Akustiksimulationen und das Training von Ersatzmodellen noch leistungsfähiger macht. Darüber hinaus bietet sie neue Tools für die automatische Vorbereitung von Geometrien, was zu qualitativ hochwertigeren Netzen führt, sowie ein neues Add-On Modul für die Modellierung von elektrischen Entladungen und Durchschlägen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern.

Warum Multiphysik?

Modelle stellen reale Gegenstücke dar, und unsere Welt ist von Natur aus multiphysikalisch. Mit anderen Worten: Die Fähigkeit, zwei oder mehr physikalische Phänomene vollständig miteinander zu koppeln, ist essenziell für die Erstellung numerischer Simulationen, die die Realität genau nachbilden.

Betrachten wir als Beispiel einen Lautsprecher. Wir könnten in einem Einzelphysik-Modell lediglich das Magnetfeld in der Schwingspule berechnen, aber es könnte sinnvoller sein, auch zu untersuchen, wie das Magnetfeld mit den anderen Lautsprecherkomponenten interagiert, um Kraft und Schwingungen zu erzeugen. Mit COMSOL Multiphysics^® ist es einfach, so viele physikalische Phänomene hinzuzufügen und zu koppeln, wie es für ein realistisches Modell erforderlich ist. Im Fall des Lautsprechers würden wir für eine vollständige Analyse Elektromagnetik, Strukturmechanik und Akustik miteinander verbinden. Es gibt keine Einschränkungen bezüglich der Anzahl oder der Art von Phänomenen, die Sie in Ihren COMSOL-Modellen koppeln können.

Links: Ein Einzelphysik-Lautsprechermodell zur Veranschaulichung der elektromagnetischen Kraft, die auf die Schwingspule wirkt. Rechts: Ein Multiphysik-Modell, das auch die Akustik-Struktur-Interaktion berücksichtigt.

Dennoch ist die COMSOL Multiphysics^® Software eine Modellierungs- und Simulationsplattform, die sowohl vollständig gekoppelte Multiphysik- als auch Einzelphysik-Modellierungsfunktionen bietet. Dies bedeutet, dass Ingenieure und Wissenschaftler aus verschiedenen Industrien und Disziplinen eine Modellierungssoftware mit einer einheitlichen Benutzeroberfläche für alle Arten von Modellen verwenden können. Kurz gesagt hilft die Multiphysik-Modellierung Unternehmen, intelligentere Designentscheidungen zu treffen, neue Ideen zu entwickeln, die Kosten für physische Prototypen und Experimente zu senken und die Produktentwicklung zu beschleunigen.

Da Modelle reale Gegenstücke darstellen, müssen sie sich nach den Gesetzen der Physik verhalten, aber es ist auch wichtig, wie sie aussehen. Durch das Hinzufügen der richtigen Textur und Farben sowie einer durchdachten Beleuchtung wird es einfacher, das Modell als das reale Objekt zu visualisieren, das es repräsentiert, und den zugrunde liegenden Prozess zu verstehen. Abhängig von der Art der Analyse, die Sie durchführen, kann die Wahl des Plot-Typs oder der Farbtabelle auch Einfluss darauf haben, wie Sie die Ergebnisse interpretieren. Die COMSOL Multiphysics^®-Softwareplattform umfasst Funktionen zum Erstellen von Geometrien, Zuweisen von Materialien und Vernetzen sowie eine Vielzahl von Visualisierungsfunktionen.

Überblick über die COMSOL^® Modellierungs- und Simulationssoftware

Der simulationsgestützte F&E-Workflow ist dann am erfolgreichsten, wenn Kollegen aus verschiedenen Teams, Abteilungen, Organisationen und Unternehmen Zugang zu präzisen Modellen haben und zur Erstellung dieser Modelle beitragen können, die für Innovation, Design und Optimierung genutzt werden können. Zu diesem Zweck umfasst die COMSOL Multiphysics^® Plattform drei Hauptarbeitsbereiche:

• Model Builder
  • Enthält alle Funktionen, die Modellierungs- und Simulationsspezialisten benötigen, um physikbasierte Modelle zu erstellen, zu lösen, zu visualisieren und zu bewerten.
• Application Builder
  • Bietet den Modellierungsspezialisten benutzerfreundliche Werkzeuge zur Erstellung von spezialisierten Simulations-Apps für Kollegen und Kunden.
• Model Manager
  • Bietet einen strukturierten Arbeitsbereich für die Organisation von Modellen und Apps, mit Versionskontrolle, Such- und Filterfunktionen und effizienter Speicherung sowie die Funktion, Modellierungssequenzen aus einem Modell zu kopieren und in einem anderen wiederzuverwenden.

Links: Der Model Builder mit dem Aufbau und den Ergebnissen eines IGBT-Moduls, welches ein Multiphysik-Modell ist. Mitte: Der Application Builder, wie er beim Erstellen einer Simulations-App erscheint. Rechts: Der Model Manager, der die Funktion zum Vergleich zweier Modelldateien demonstriert.

Eine Softwareumgebung für alle Engineering-Bereiche

Je nach Aufgabenstellung kann es sinnvoll sein, die Kernfunktionalität der Modellierung durch spezielle Funktionen zu erweitern. Es gibt verschiedene Add-On-Module, die Funktionen speziell für Elektromagnetik, Strukturmechanik, Akustik, Strömung, Wärmetransport und chemische Verfahrenstechnik enthalten. Da es sich bei der COMSOL^® Software um eine Multiphysik-Software handelt, lässt sich die gesamte Produktpalette nahtlos über das Plattformprodukt verbinden. Außerdem können Sie über die LiveLink™-Produkte problemlos Schnittstellen zu CAD- und anderer Software von Drittanbietern herstellen.

Tipp: Sehen Sie in der User Story Gallery, wie Organisationen auf der ganzen Welt COMSOL Multiphysics^® nutzen.

Eigenständige Simulations-Apps beschleunigen Innovation

Jeder, der über eine COMSOL Multiphysics^® Software-Lizenz verfügt, kann seine eigenen Simulations-Apps entwickeln und verwalten. Jeder, der auch COMSOL Compiler™ hinzufügt, kann seine Apps in eigenständige ausführbare Dateien verwandeln, die an jeden verteilt und überall auf der Welt verwendet werden können. Durch Standalone-Apps können Kollegen Designvarianten testen, ohne die Zeit des Modellierungsspezialisten in Anspruch zu nehmen. Selbst bei großer Entfernung vom Modellierungsspezialisten können Apps verwendet werden, um Ergebnisse auf der Grundlage spezifischer Eingaben vorherzusagen und Entscheidungen auf der Grundlage von Simulationsergebnissen zu treffen, ohne zu wissen, wie das zugrunde liegende Modell eingerichtet und ausgeführt wird (oder in einigen Fällen ohne überhaupt zu wissen, dass Multiphysik-Simulation verwendet werden).

Die Drag-and-Drop-Funktionalität von Komponenten und Widgets der Benutzeroberfläche im Application Builder macht es einfach, Apps zu erstellen, die benutzerdefinierte Interfaces mit Eingaben und Ausgaben, die auf einen bestimmten Bedarf zugeschnitten sind, enthalten und dem App-Nutzer alle Vorteile der Simulation bieten, ohne dass er sich um die Erstellung des zugrunde liegenden Modells kümmern muss. Das Kompilieren zu Standalone-Apps ist so einfach wie ein Mausklick, und es ist Ihre Entscheidung, ob Sie Ihre Apps verkaufen oder kostenlos zur Verfügung stellen wollen, ob Sie sie mit einem Passwortschutz versehen oder uneingeschränkt teilen wollen, ob Sie ein Ablaufdatum festlegen wollen und vieles mehr. Wenn Sie Ihre eigenen Standalone-Apps mit der COMSOL^® Software erstellen, haben Sie die volle Kontrolle darüber, wie viele Apps Sie erstellen und an wen und wie Sie diese weitergeben.

Einige Organisationen bevorzugen die vollständige Kontrolle darüber, wer Zugriff auf ihre Simulations-Apps hat und welche Versionen der Apps verfügbar sein sollen. In diesem Fall können sie ihre Apps über ihre eigene COMSOL Server™-Umgebung hochladen, verwalten und ausführen, anstatt sie zu eigenständigen Apps zu kompilieren. COMSOL Server™ enthält Werkzeuge für die Verwaltung des Benutzerzugriffs auf Apps, Benutzerkonten und Gruppen sowie für die Multiprozessornutzung.

Erstellung blitzschneller Simulations-Apps mit Ersatzmodellen

Der Application Builder in COMSOL Multiphysics^® sowie das Add-On-Produkt COMSOL Compiler™ gibt es schon seit vielen Jahren. Im Jahr 2023 haben wir dann die Entwicklung blitzschneller Apps ermöglicht, indem wir eine Funktion für das Training von Ersatzmodellen mithilfe von maschinellem Lernen eingeführt haben. Wenn Sie datenbasierte Ersatzmodelle in Ihre Simulations-Apps integrieren, erhalten die Benutzer der Apps nahezu sofort Simulationsergebnisse auf der Grundlage ihrer Eingaben. Das liegt daran, dass Ersatzmodelle darauf trainiert sind, das Verhalten von rechenintensiveren, vollwertigen Finite-Elemente-Modellen zu approximieren, ohne dabei an Genauigkeit zu verlieren. Mit der heutigen Veröffentlichung von COMSOL Multiphysics^® Version 6.3 wird das Training von Ersatzmodellen selbst viel schneller, da die Ausführung des Trainings auf Grafikkarten unterstützt wird.

Das Feature für Timer-Events kann dazu verwendet werden, die Ausführung von Methoden ohne Nutzerinteraktion auszulösen, wie die Kontaktaufnahme mit externen Servern, die Ausführung von Simulationen und die Aktualisierung der Benutzeroberfläche einer Simulations-App. Die Möglichkeit, sowohl Ersatzmodelle zu verwenden als auch Simulations-Apps mit externen Sensoren, Datenbanken und Webdiensten zu verknüpfen, bedeutet, dass es möglich ist, Apps als effektive digitale Zwillinge zu erstellen und zu nutzen.

Weitere Neuerungen in der neuesten Version von COMSOL Multiphysics^®

Die neue Version erweitert die Kernfunktionalität der COMSOL Multiphysics^® Plattform und führt viele neue Funktionen in der gesamten Produktpalette ein, um Nutzern noch bessere Modellierungsmöglichkeiten zu bieten als bisher. Darüber hinaus beinhaltet sie ein neues Add-On-Modul.

Niemand wartet gerne, vor allem nicht, wenn es darum geht, Modellergebnisse zu erhalten. Unsere Entwickler arbeiten kontinuierlich an der Verbesserung der Lösungsgeschwindigkeit, um die Zeit, die für die Lösung verschiedener Modelle benötigt wird, zu verkürzen, wobei die Genauigkeit (selbstverständlich) erhalten bleibt. Die große Neuigkeit in diesem Bereich bei Version 6.3 ist die GPU-Unterstützung für die Simulation der Druckakustik im Zeitbereich, was bedeutet, dass Nutzer, die sich mit Raumakustik befassen, ihre Modellierungsergebnisse bis zu 25-mal schneller als bisher erhalten können.

​Die Akustik in einer Büroumgebung.

Weitere Informationen zur GPU-Unterstützung und allen anderen Neuigkeiten im Bereich Akustik finden Sie in den Release Highlights für das Acoustics Module.

Electric Discharge Module

Es gibt ein neues spezialisiertes Add-On-Modul zur Plattform COMSOL Multiphysics^® für die Vorhersage der Auswirkungen elektrischer Entladungen auf die Leistung von Systemen wie Stromnetzen, Unterhaltungselektronik, Luft- und Raumfahrzeugen und Medizintechnik. Das Modul verfügt über Funktionen, die eine einfache Modellierung elektrischer Entladungen in Gasen, Flüssigkeiten und festen Dielektrika für die Analyse von Streamer-, Korona-, dielektrischen Barriere- und Lichtbogenentladungen ermöglichen. Weitere Informationen zu diesen Neuigkeiten finden Sie in den Release Highlights für das Electric Discharge Module.

Eine sich im Transformatoröl ausbreitende Streamerentladung.

Automatisierte Geometrievorbereitung für bessere Netze

Alle Nutzer von COMSOL Multiphysics^® können von der neuen Geometriefunktionalität profitieren, die kleine Details und Lücken in importierten Geometrien automatisch erkennt und entfernt. Dies spart viel Zeit bei der Vorbereitung von Geometrien für das Vernetzen und führt zu qualitativ hochwertigeren Netzen und insgesamt kleineren Simulationsmodellen. Diese Aktualisierungen können Sie in den Release Highlights für die Geometrie im Einsatz sehen.

Verbesserte Benutzererfahrung für einen noch effizienteren Modellierungs-Workflow

Damit Simulationssoftware für jede Organisation den größtmöglichen Nutzen bringt, muss sie einfach zu bedienen sein. Das allgemeine Erscheinungsbild der Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics^® ist in der neuesten Version etwas geräumiger und die Größe des Menübands passt sich nahtlos an, wenn Sie die Fenstergröße verringern. Wir haben auch einige andere Verbesserungen an der Benutzerfreundlichkeit vorgenommen, darunter:

• Ein neues Fenster Data Viewer zur Überprüfung und Bearbeitung von Parameter- und Deklarationswerten, das unabhängig davon, wo Sie sich innerhalb der Benutzeroberfläche befinden, zugänglich ist.
• Verbesserungen bei der Suche und Filterung, die es einfacher machen, das Gesuchte zu finden.
• Neue Farbthemen für Grafiken.
• Visualisierungsfunktionen, die die Analyse der Ergebnisse erleichtern.

Das aufgefrischte Erscheinungsbild der Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics.

Die animierten Kameraübergänge erzeugen beim Betrachten verschiedener Teile eines Modells fließende Bewegungen.

Alle Neuigkeiten zur Benutzeroberfläche und Visualisierung werden auf den Seiten mit den Release Highlights zum COMSOL Desktop^® und Release Highlights für Ergebnisse und Visualisierung ausführlicher besprochen.

Nächste Schritte

Neu mit COMSOL Multiphysics^®? Teilen Sie uns mit, woran Sie arbeiten, und wir stellen Ihnen die für Ihr Unternehmen relevanten Informationen zur Verfügung.

Wenn Sie sich über alle Software-Updates im Detail informieren möchten, besuchen Sie die Seite mit den COMSOL Multiphysics^® Version 6.3 Release Highlights.