COMSOL Multiphysics基本操作指南和常见问题解答PDF电子书下载

导读 3

一、数值模拟综述 3

二、CAE技术在工程分析、科研、教学中的应用 3

三、有限元的未来是多物理场 4

第一篇　基础操作指南 9

第一章　COMSOL Multiphysics简介 9

1.1 什么是Multiphysics？ 10

1.2　COMSOL Multiphysics分析功能及应用领域 10

1.3　硬件要求和操作系统平台 12

1.4　COMSOL Multiphysics 3.5a介绍 16

1.5　COMSOL Multiphysics的学习方法 20

第二章　COMSOL Multiphysics简明安装指南 23

2.1　Windows单机版安装说明 23

2.2　Windows网络版安装说明 23

第三章　COMSOL Multiphysics帮助文档 25

3.1　帮助文档分类 25

3.2　帮助文档的内容 25

3.3　如何使用帮助文档 26

第四章　COMSOL Multiphysics建模与分析 28

4.1　文件系统介绍 28

4.2　单位系统 29

4.3　基于COMSOL Multiphysics的多物理场建模策略 31

4.4　CAD建模与CAD外部接口 34

4.5 网格剖分及Mesh外部接口 37

4.6　COMSOL Multiphysics的常用变量 46

4.7　COMSOL Multiphysics的求解器 55

4.8　注意事项 58

4.9　后处理 59

第五章　COMSOL Multiphysics操作界面说明 61

5.1　2D图形操作界面 61

5.2　编辑Edit 61

5.3　选项菜单Options 62

5.4　绘图Draw 63

5.5　物理Physics 65

5.6 网格剖分Mesh 66

5.7　求解Solve 68

5.8　后处理Postprocessing 68

5.9　多物理场Multiphysics 69

5.10　3D图形操作界面 69

第六章　案例 71

6.1　寻找最小曲面 71

6.2　计算混合器的效率 77

6.3　计算电热耦合问题 80

第七章　弱解形式入门 90

7.1 弹性静力学PDE及其弹性能量方程 90

7.2　静态电流传导和能量的生成 92

7.3　传热PDE方程和能量形式 92

7.4　泛函极小值 93

7.5　弹性静力学问题变分 94

7.6　弱形式 96

7.7　COMSOL Multiphysics的弱形式用法 98

7.8　有限元方法 102

7.9　抽象和几何解释 103

7.10　弱解的应用 105

第八章　本篇小结 108

第二篇　常见问题及解答 111

第一章　安装类 111

1.1 COMSOL Multiphysics支持Mac Intel平台吗？ 111

1.2　安装时出现错误信息：“发生致命异常，程序将退出”，或“不合要求的链接”，或“致命错误”。 111

1.3　插入安装DVD时系统重启或出现蓝屏。 112

1.4 如何获取一个Flexlm的Hostid？ 112

1.5　当授权管理器在一台有防火墙的计算机上运行，且客户端在防火墙外，客户端程序显示信息“License error-96”或“License error-15”。 114

1.6 COMSOL Multiphysics盾授权支持Windows平台，如何进行操作？ 114

1.7　无法启动COMSOL Multiphysics，得到授权错误信息。 114

1.8 错误信息：License error-15 Cannot connect to license server system 115

1.9 单机版（NSL）报错 116

1.10　如何借用浮动版（floating network license）的授权码？ 117

1.11　如何同时更新3.4和3.5的COMSOL Multiphysics授权管理器？ 119

1.12　授权管理器版本在Windows Vista和Windows Server 2008上无法安装成自动服务的形式。 119

1.13　一台有COMSOL Multiphysics的NSL/CPU授权的PC/Windows或Macintosh计算机，COMSOL授权文件被锁定到一张网卡上。程序有时候运行正常，但有时候当启动程序时出现错误信息“License Error”。 120

1.14　FLEXnet授权错误：-103。 121

1.15　在64位Windows Vista上安装COMSOL Multiphysics无法安装SolidWorks双向接口插件。 122

1.16　在SuSE Linux 10.3或Fedora Core 8上启动COMSOL时出现错误提示。 122

1.17　在Sun上启动lmgrd时，出现错误信息。 122

1.18　COMSOL Multiphysics如何与MATLAB连接安装？ 123

1.19　在32位Debian Linux 3.1上启动COMSOL 3.4 with MATLAB 2007a或MATLAB 2007b时，出现错误。 123

1.20 启动COMSOL with MATLAB 2007b时，MATLAB和COMSOL Multiphysics用户界面都没有出现。 123

1.21　如何让多核同时算一个模型呢？ 124

1.22　显卡问题疑难解答 124

第二章　前处理类 127

2.1　什么是几何层？ 127

2.2　如何导入图片？ 127

2.3　如何通过MRI构建几何模型？ 128

2.4　如何创建如弹簧的螺旋结构？ 128

2.5　导入DXF文件时出现错误？ 128

2.6　导入的CAD模型的区域不连续怎么办？ 128

2.7　错误信息：“Internal Error in Geometry Decomposition”？ 128

2.8　如何根据已知的函数图形建模？ 129

2.9　为什么在Geom2中画出一个圆，拉伸到Geom1后得到的不是圆柱，而是一个立方体？ 130

2.10　COMSOL Multiphysics有极坐标、球坐标和柱坐标吗？如何定义它们？ 130

2.11 为什么镜像的图形与输入的镜像向量相差90°？ 131

2.12　如何得到单元的体积？ 131

2.13　请问怎么才能使用命令行的形式与图形用户接口进行交互建模？ 131

2.14　网格形状能转换吗？ 131

2.15　如何细化特定区域的网格？ 132

2.16　狭长或者扁平几何体网格剖分失败？ 132

2.17　如何定义和使用单元类型？ 133

2.18　为何产生网格与后处理时，有时图形无法正确显示？ 134

2.19　为何gui函数无法调用geom函数？ 134

2.20　如何调整网格尺寸的参数？ 134

第三章　应用类之电磁 136

3.1　如何定义入射波的方向？ 136

3.2　如何定义接触阻抗？ 136

3.3　如何模拟一个自由空间的静电或静磁问题？ 138

3.4　如何模拟非线性磁性材料？如何引入实验B-H曲线？ 139

3.5　时谐分析中如何定义电磁波？ 140

3.6　如何模拟有集肤效应的多匝载流圆环或圆柱线圈？当电流密度在空间中自由分布时，如何定义可使每匝总电流固定？ 141

3.7　当集肤深度远大于线圈截面时，如何模拟通直流电或低频交流电的多匝载流线圈？能否改变线圈的匝数？ 142

3.8　如何模拟通电导线？ 142

3.9　如何模拟无法用表达式描述的复杂线圈？ 143

3.10　端口和向内电流这两个边界条件有何区别？ 143

3.11　使用时谐应用模式解决电磁问题时，如何引入增益或损耗材料？ 143

3.12　如何计算磁力？ 143

3.13　模型由多个导体组成，如何计算该多导体的电容矩阵？ 144

3.14　高频分析中如何设置本征值分析的周期性边界条件？ 145

3.15　RF模块中时谐传播应用模式和散射谐波传播应用模式有何区别？ 145

3.16　如何分析TEM模式？ 145

3.17　想在RF模块的平面TM波应用模式中嵌入一个完美电导体，但这一边界条件仅在外部边界可用。这是为什么？如何将内部边界转换为完美电导体？ 146

3.18　如何处理左手材料？ 147

3.19　COMSOL Multiphysics能模拟光场能量分布吗？ 147

3.20　如何模拟带隙光子晶体光纤？ 148

3.21　如何增加3D电磁场计算的收敛性？ 148

3.22　在RF模块计算本征模式时，怎样解决奇异矩阵问题？ 148

3.23　为什么在金属中的电流很奇怪？如何才能得到高频下接近真实情况的解？ 148

3.24　时域公式求解电磁场问题时，电场的两阶偏导为什么为零？ 150

第四章　应用类之声学 151

4.1　如何定义一个高斯波？各项系数的含义是什么？ 151

4.2　声波入射一块金属板后将发生反射，如何求解反射相位？ 152

4.3　如何模拟运动物体的散射场？ 152

第五章　应用类之结构力学 153

5.1　在结构力学建模时，什么情况下用局部坐标系统？ 153

5.2　如何进行压电陶瓷的疲劳性能分析？ 153

5.3　处理弹塑性问题需要用到非关联法则，COMSOL能否实现？ 153

5.4　如何模拟喷涂过程？ 154

第六章　应用类之流体力学 155

6.1　流体计算中，入口速度设置为4＊Umax＊s＊（1—s），代表什么意思？ 155

6.2　COMSOL Multiphysics能模拟水流的轨迹吗？例如将水从高处的杯子倒入低处的杯子，模拟水的流动轨迹？ 156

6.3　水平集方法可以用来跟踪相界面，例如上升气泡，它和流动体积法（VOF）之间有什么差异？Lagrangian方法呢？ 156

6.4　能否在同一边界上既约束流速，又约束压力？ 156

6.5　为什么得到的浓度是负值？ 157

第七章　应用类之传热 159

7.1　如何模拟物料加热？ 159

7.2　如何模拟材料烧结过程？ 159

7.3　如何通过COMSOL Multiphysics计算散热面积？ 159

第八章　应用类之其他 160

8.1 哪里可以找到关于COMSOL Multiphysics中基于方程的有限元分析理论背景的参考文献？ 160

8.2　COMSOL Multiphysics中自由度（DOF）是什么意思？ 160

8.3　在COMSOL Multiphysics模型中可以进行最优化模拟吗？ 161

8.4　如何消除某个变量的量纲？ 161

8.5　方程式系统的修改 161

8.6　为何修改方程式系统后无法进行求解域设定？ 162

8.7　描述内部边界条件的方程的下标怎样与和边界相连的两个区域对应？ 162

8.8　如何分段设定边界值？ 163

8.9　如何模拟反应方程式随条件变化的化学反应？ 163

8.10　一致对和接触对有何区别？ 163

8.11　怎样将模型设置为透明？ 163

8.12　如何设定平滑函数 163

8.13　得到了描述材料性质的数据表，如何在COMSOL Multiphysics中对这些数据表进行插值？ 165

8.14　如何在．m文件中实现“更新求解”？ 166

8.15　如何在命令行中使用耦合变量，例如创建周期边界条件或者在脚本中使用积分约束？ 166

8.16　如何通过脚本得到某个求解域内的最大值？ 175

8.17　如何得到满足特定条件的节点坐标？ 175

8.18　如何对某点的变量值实现停止计算？ 176

第九章　求解 177

9.1　标量表达式和标量变量有什么不同？ 177

9.2　如何实现常微分方程（ODEs）、代数方程和超越方程的求解？ 178

9.3　在瞬态模型中如何对时间进行积分？如何计算空间积分？ 178

9.4　在1D中如何求解方程div(grad u)=0 179

9.5　如何求解高于2阶的PDE 180

9.6　能否在轴对称模式中求解PDE？ 180

9.7　怎样对瞬态或特征值问题进行参数化求解？ 180

9.8　如何选择求解器？ 180

9.9　如何确定时间步长？ 180

9.10　瞬态问题中，什么是相对和绝对容差（Rtol和Atol）？ 180

9.11　在什么情况下使用“重置模型”选项？ 181

9.12　如何提高ALE和参数化几何的收敛性？ 181

9.13　COMSOL Multiphysics 3.3a中运行良好的瞬态模型，在3.4版本中出现错误信息？ 183

9.14　错误信息“奇异矩阵”意思是什么？ 183

9.15　怎么总是到装配就不动了？ 184

9.16　如何处理内存不足的问题？ 184

9.17　对于参数值、本征值或瞬态分析，怎样得到和参数值、本征值或时间相关的解？ 187

9.18　如何利用周期性边界条件简化模型？ 187

9.19　两个相邻边界上具有相反的通量，是怎么回事？ 187

9.20　在结构力学的本征频率分析中，尺寸微米量级的模型为什么得到米量级的变形？ 188

9.21 当求解类似于扩散问题时，在使用绝缘／对称条件的边界上，有些变量的法向通量积分值与零差别很大。为什么绝缘边界条件会产生很大的有效通量？ 188

9.22　能增加自己的算法吗？ 189

9.23　是否可以运行不同系统下生成的COMSOL模型文件？ 189

第十章　后处理 190

10.1　如何在切面、2D表面、等值面以及自定义边界上显示等值线？ 190

10.2　可以显示任意角度的切片图吗？比如，切面不平行于坐标平面，甚至改变切面形状？ 191

10.3　怎样得到模型应变前后节点的坐标位置？ 191

10.4　如何对任意截面进行积分？ 191

10.5　如何对某些特定线段进行线积分？ 191

10.6　怎样将两次计算的结果组合起来？ 192

10.7　如何提取模型的刚度矩阵？ 192

10.8　如何显示更精确的结果？ 193

10.9　如何从2D轴对称的结果得到3D结果图？ 193

10.10　COMSOL Multiphysics中如何同时显示求解结果和网格？ 193

10.11　在轴对称（2D）应用模式下使用粒子追踪功能时，常常得到非预期的结果。 194

10.12　如何计算2D模型中等值线所包含区域的面积？ 194

10.13　如何提取结果数据？ 194

10.14　能否只保存某段特定时间的数据？ 196

10.15　如何输出S参数？ 196

10.16　在后处理播放动画时，COMSOL Multiphysics窗口会自动关闭。如何解决这个问题？ 197

第十一章　常见错误信息 198

11.1　错误信息：java:xcb_xlib.c:52:xcb_xlib_unlock:Assertion'c.-＞xlib.lock'failed 198

11.2　错误信息：Unsatisfied Link Error:libfldynload.so:libstdc++.so.6:cannot handle TLS data 198

11.3　错误信息：Failed to find a solution:No convergence 199

11.4　错误信息：“Error 7067,System matrix is zero”，怎么产生的？ 200

11.5　错误提示信息：“No convergence,even when using the minimum damping factor”，或“NaN repeatedly found in solution”。 200

第十二章　本篇小结 201

附录 205

附录Ⅰ　Simwe中国仿真互动与COMSOL Multiphysics中文网简介 205

附录Ⅰ.1　Simwe中国仿真互动 205

附录Ⅰ.2　COMSOL中文网 205

附录Ⅰ.3　中仿播客网 205

附录Ⅱ COMSOL Multiphysics 3.5a模型库案例清单 206

参考文献 233