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)中的多物理場仿真》，向大家介紹了多物理場仿真在機(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)使用多物理場仿真軟件進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計的實例，比如波音、ABB 等公司。雖然COMSOL 易學(xué)易用，但是由于多物理場仿真建模的過程相對復(fù)雜，對于理論基礎(chǔ)及物理問題分析的要求較高，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�？紤]到大家的需求，這里另開一貼，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加速產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)。然而，如何讓稀缺的仿真工程師更高效地服務(wù)于產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計、制造等流程，從而使更多的人都能得益于他們的專業(yè)知識及仿真軟件的強(qiáng)大功能，一直是困擾企業(yè)設(shè)計研發(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。仿真專家們在COMSOL Multiphysics 這個統(tǒng)一的集成環(huán)境中創(chuàng)建模型之后，再通過 COMSOL中自帶的 App 開發(fā)器（Application Builder ）快速將仿真模型封裝為一個簡潔、易操作的 App應(yīng)用程序，然后通過 COMSOL Server 在全球范圍內(nèi)分發(fā)，讓不具備專業(yè)仿真經(jīng)驗的人也可以運(yùn)用仿真的力量。

現(xiàn)在，仿真工程師可以利用 App開發(fā)器為他們的 COMSOL 多物理場仿真模型定制開發(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 的過程十分簡單，圖形化的App 向?qū)�會在短短幾分鐘�?nèi)引導(dǎo)開發(fā)者（仿真工程師）創(chuàng)建一個界面友好的 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COMSOL Server 來管理及分發(fā)仿真 App 的操作權(quán)限。這樣，更大型的工程和生產(chǎn)團(tuán)隊就可以通過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，我們就通過示例來具體講解如何從一個多物理場模型建立仿真 App ，以及如何通過COMSOL Server 來部署及分發(fā)仿真 App 的操作權(quán)限。

如何創(chuàng)建仿真 App

圖1中顯示的是一個大家熟悉的工字梁的模型，模擬了鋼梁承受負(fù)載時梁內(nèi)的應(yīng)力分布。在模型的建立過程中，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，最后完成我們的問題分析。建模過程如此復(fù)雜，怎樣才能簡化操作，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，整個模型就變得十分簡潔易用（如圖2所示）。這樣一個簡單的界面，即使沒有任何建模經(jīng)驗的人也可以使用。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，以及這個梁的結(jié)構(gòu)是否會被破壞。這樣，作為一名設(shè)計者，需要了解自己設(shè)計的梁是否滿足工程需要時，就可以使用仿真來驗證設(shè)計，省去了創(chuàng)建多物理場模型所需的建模過程及物理背景知識，從而大幅提升研發(fā)及設(shè)計效率。

圖2. 梁截面計算器 App

COMSOL Multiphysics® 5.2 版本進(jìn)一步優(yōu)化了 App 開發(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 COMSOLServer 分享仿真 App

制作好一個應(yīng)用程序后，我們可以通過 COMSOL Multiphysics運(yùn)行，也可以通過COMSOL Server™ 來運(yùn)行。COMSOL Server™ 專門用于運(yùn)行和分發(fā)由 App 開發(fā)器創(chuàng)建的 App ，使您可以在整個組織和網(wǎng)絡(luò)中推廣仿真的優(yōu)勢。當(dāng)您需要向您的設(shè)計團(tuán)隊、制造部門、測試實驗室，以及世界各地的客戶和委托方部署由仿真專家開發(fā)的 App 時，就可以使用 COMSOL Server™ 這一平臺。

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

圖3 在 COMSOL Server中運(yùn)行車載起重機(jī)計算器 App

圖 4 在網(wǎng)頁瀏覽器中運(yùn)行車載起重機(jī)計算器 App

COMSOLServer 簡介

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COMSOL Server 使用由 App 開發(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網(wǎng)絡(luò)資源使用。也就是說，工程師可以通過網(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運(yùn)行COMSOL Server 應(yīng)用程序庫中的4 個應(yīng)用程序，沒有核數(shù)及集群使用的限制。

圖 5  COMSOL Server App庫

用戶可以通過登陸 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等不同的安全級別。圖 5 顯示的是COMSOL Server 中的App 庫。在App 庫中，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；管理可視化、安全性和會話設(shè)定等。

現(xiàn)在，有了這種人人可用的仿真工具，結(jié)合 COMSOL多物理場仿真軟件的靈活性、實用性和擴(kuò)展性，有仿真經(jīng)驗的研發(fā)工程師們不需要再反復(fù)根據(jù)產(chǎn)品部門的要求對復(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)行過程中的安全性及穩(wěn)定性，從而提高整個團(tuán)隊的工作效率。

歡迎大家了解更多關(guān)于 COMSOL Server與 App 開發(fā)器的信息，請點(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源于 COMSOL，版權(quán)歸 COMSOL 公司所有。如需轉(zhuǎn)載本文，請聯(lián)系本文作者。

單片機(jī)出錯

不錯，值得推薦，這個其實對設(shè)計還是有用的

機(jī)械nuaa

我靠，這么高端，學(xué)習(xí)了。

zerowing

大俠，請教個問題。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，有時間了解下。

月招

不錯，挺好的

@蕪瀨@

aysuio

) i; X" n; Z& R* z' i$ C= =！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。
我并不相信所謂的“傻瓜”化，那只是玩具，就如 solidworks simulation。^_^
2 x6 a+ s5 V% W4 S  J
這里APP應(yīng)該只是一個溝通工具，用來讓設(shè)計工程師和CAE工程師之間更有效地交流