COMSOL Multiphysics 几何建模

第一章 基本说明1.1 几何体的表现形式COMSOL Multiphysics中有两种几何体，组合几何体（缺省）和装配体。

所谓的组合几何体指重叠的几何对象自动分解为多个求解域（与几何无关），其内部界面上，几何结构、网格以及物理量等自动相互“粘合”。

装配体则表示重叠的几何对象之间没有构成关系，因此从本质上而言，不存在内部界面。

这两种几何体各有优缺点，组合几何体是COMSOL Multiphysics的缺省设定，优点在于：z在材料非连续处，物理量自动连续z在材料界面处，自动得到高精度解z在材料界面处，自动确认网格单元和节点其缺点在于：z网格越细，内存开销越大z对大的CAD模型网格剖分比较困难反过来，装配体的优点则在于：z在材料界面处可有意定义物理量不连续，例如接触阻抗z对大的CAD模型网格剖分比较容易z网格越粗，计算越快（但精度越低）装配体的缺点：z需要更多的手工操作z为了保证足够的高精度，需要注意边界上的网格密度1.2 几何框架在COMSOL Multiphysics中，所有的几何对象都存在于某个几何框架，例如1D、2D或3D几何等，以Geom1、Geom2依次序命名。

每个框架保持独立，其中的几何对象、求解域、边界条件等完全封装。

每个几何框架不能直接访问其他几何框架中的变量、因变量等，必须通过耦合变量－积分耦合变量、拉伸耦合变量和投影耦合变量等，在不同的框架中定义可相互访问的中间变量。

图 1 几何框架此外，当用户定义表达式的时候，也必须注意这种不同几何框架之间的限制。

只有选项>全局表达式可以直接在所有的几何框架中被引用。

而选项>标量表达式等则只能在定义该标量表达式的几何框架中被引用。

用户可以在模型导航窗口对话框中，首先确认已按下多物理场按钮，然后点击右侧中部的新增几何按钮，然后在跳出的新增几何对话框中，给定几何名称，选择所需的空间维度，独立变量的名称，框架名称以及单位系统等参数。

图 2 增加几何框架用户还可以在建模的时候，在绘图平面设定的底部点击新增来增加一个2D的几何框架。

“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”COMSOL Multiphysics V4.x操作手册丛书几何建模用户指南中仿科技公司(CnTech Co., Ltd.)2010年10前言COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件，由瑞典的COMSOL公司开发，广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家誉为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”，适用于模拟科学和工程领域的各种物理过程。

作为一款大型的高级数值仿真软件，COMSOL Multiphysics以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真。

COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场直接耦合分析能力实现了任意多物理场的高度精确的数值仿真，在全球领先的数值仿真领域里广泛应用于声学、生物科学、化学反应、电磁学、流体动力学、燃料电池、地球科学、热传导、微系统、微波工程、光学、光子学、多孔介质、量子力学、射频、半导体、结构力学、传动现象、波的传播等领域。

在全球各著名高校，COMSOL Multiphysics已经成为讲授有限元方法以及多物理场耦合分析的标准工具；在全球500强企业中，COMSOL Multiphysics被视作提升核心竞争力，增强创新能力，加速研发的重要工具。

COMSOL Multiphysics多次被NASA技术杂志选为“本年“当选为NASA科学家所选出的年度最佳CAE 度最佳上榜产品”，NASA技术杂志主编点评到，产品的优胜者，表明COMSOL Multiphysics是对工程领域最有价值和意义的产品”。

COMSOL Multiphysics 提供大量预定义的物理应用模式，涵盖声学、化工、流体流动、热传导、结构力学、电磁分析等多种物理场，模型中的材料属性、源项、以及边界条件等都可以是常数、任意变量的函数、逻辑表达式、或者直接是一个代表实测数据的插值函数等。

comsol 教程在这个COMSOL教程中，我们将学习如何使用COMSOL Multiphysics软件来模拟热传导问题。

热传导是一个重要的物理现象，用于描述热量如何通过材料传输。

在这个教程中，我们将通过解决一个热传导方程来说明如何使用COMSOL进行热传导模拟。

首先，让我们打开COMSOL Multiphysics软件并创建一个新的模型。

在“Model Builder”界面中，单击“File”->“New”->“Model”来创建一个新模型。

接下来，我们需要定义模拟中使用的几何体和物理场。

在“Model Builder”界面的左侧菜单中，单击“Geometry”进行几何体定义。

选择合适的几何体工具来创建模型的几何形状。

完成几何体的创建后，我们需要定义模型中的物理场。

在“Model Builder”界面的左侧菜单中，单击“Physics”进行物理场定义。

选择“Heat Transfer”来描述热传导现象。

然后，为模型中的每个物理场选择合适的物理条件和边界条件。

在完成几何体和物理场的定义后，我们需要设置模拟的参数。

在“Model Builder”界面的左侧菜单中，单击“Study”进行参数设置。

选择合适的求解器和求解算法，并定义模拟的初始条件和边界条件。

最后，我们可以运行模拟并获取结果。

在“Model Builder”界面的左上方，单击“Run”按钮来运行模拟。

模拟运行完成后，我们可以在“Results”菜单中查看和分析模拟结果。

这就是使用COMSOL Multiphysics软件进行热传导模拟的简单步骤。

通过创建几何体、定义物理场、设置参数和运行模拟，我们可以模拟各种复杂的热传导问题，并获得准确的结果。

希望这个教程对你有帮助！。

COMSOL Multiphysics仿真步骤1算例介绍一电磁铁模型截面及几何尺寸如图1所示，铁芯为软铁，磁化曲线(B-H)曲线如图2所示，励磁电流密度J=250 A/cm2。

现需分析磁铁内的磁场分布。

图1电磁铁模型截面图(单位cm)图2铁芯磁化曲线2 COMSOL Multiphysics仿真步骤根据磁场计算原理，结合算例特点，在COMSOL Multiphysics中实现仿真。

(1) 设定物理场COMSOL Multiphysics 4.0以上的版本中，在AC/DC模块下自定义有8种应用模式，分别为：静电场(es)、电流(es)、电流-壳(ecs)、磁场(mf)、磁场和电场(mef)、带电粒子追踪(cpt)、电路(cir)、磁场-无电流(mfnc)。

其中，“磁场(mef)”是以磁矢势A作为因变量，可应用于：①已知电流分布的DC线圈；②电流趋于表面的高频AC线圈；③任意时变电流下的电场和磁场分布；根据所要解决的问题的特点——分析磁铁在线圈通电情况下的电磁场分布，选择2维“磁场(mf)”应用模式，稳态求解类型。

(2) 建立几何模型根据图1，在COMSOL Multiphysics中建立等比例的几何模型，如图3所示。

图3几何模型有限元仿真是针对封闭区域，因此在磁铁外添加空气域，包围磁铁。

由于磁铁的磁导率，因此空气域的外轮廓线可以理想地认为与磁场线迹线重合，并设为磁位的参考点，即(21)式中，L为空气外边界。

(3) 设置分析条件①材料属性本算例中涉及到的材料有空气和磁铁，在软件自带的材料库中选取Air和Soft Iron。

对于磁铁的B-H曲线，在该节点下将已定义的离散B-H曲线表单导入其中即可。

②边界条件由于磁铁的磁导率，因此空气域的外轮廓线可以理想地认为与磁场线迹线重合，并设为磁位的参考点，即(21)式中，L为空气外边界。

为引入磁铁的B-H曲线，除在材料属性节点下导入B-H表单之外，还需在“磁场(mef)”节点下选择“安培定律”，域为“2”，即磁铁区域，在“磁场> 本构关系”处将本构关系选择为“H-B曲线”。

comsol教程
COMSOL教程：简单电感器的建模和模拟
本教程将演示如何使用COMSOL Multiphysics软件建模和模拟简单电感器。

我们将展示如何创建一个简单的绕线电感器，并通过模拟分析其电感特性。

1. 创建几何模型
- 打开COMSOL软件并创建一个新的“2D”模型。

- 使用绘图工具绘制一个圆形作为电感器的主体。

- 在圆形内部绘制一个更小的圆形，表示电感器的线圈。

2. 设定物理属性
- 在物理界面上，选择适当的物理场，比如“电磁场”。

- 在“电磁场”设置中，设定所需的物理特性，比如电流密度和导磁率。

3. 设定边界条件
- 在边界条件设置中，定义线圈上的传导边界条件。

- 根据实际需求，可以设置电流输入或者电压输入的边界条件。

4. 添加网格
- 在网格界面上，为模型添加适当的网格。

- 确保网格密度足够高，以获得准确的模拟结果。

5. 进行模拟
- 在求解界面上，选择合适的求解器，并设置模拟时间和其他参数。

- 点击求解按钮开始模拟。

6. 分析结果
- 在结果界面上，查看模拟结果。

- 可以显示电感器内部的磁场分布、感应电压等信息。

此外，在建模和模拟过程中，如果遇到问题，可以参考COMSOL的官方文档和论坛，或者查阅相关的教程和案例。

总之，通过本教程，您可以学习如何使用COMSOL软件建模和模拟简单电感器，并对所需的物理特性进行分析和优化。