comsol学习总结一

一、comsol 软件简介：

我们都知道，有限元分析、工程仿真的本质其实就是数学，而 comsol 又是最强大的数学软件 MATLAB 分离出来的，其优势也就很明显了。Comsol 这几年火爆的原因，我认为 是其植根于数学物理理论，从最底层的理论出发，用户的自由度很高，其 PDE(偏微分方程) 模块更是别的软件无法比拟的；而 ansys 等仿真软件是将许多底层内容封装，用户只能使 用其固定功能，很难像 comsol 这样进行二次开发。 首先 comsol 是一款有限元分析仿真软件，其次正如软件全称 Comsol Multiphysics， 它是一款多物理场数值分析软件，所以下面我会说一下自己对有限元分析以及耦合这两方面 的理解。此外，我想大家既然选择了这个软件，肯定已经了解了它的优势，我也就不多介绍 了。

二、有限元基本操作简介：

有限元分析其实就是我们古代的‚化整为零‛、‚曹冲称象‛，将复杂的整体离散化分析(离 散逼近)，其数学本质就是将复杂的数学函数离散成许多简单函数进行计算。 comsol 和所有有限元分析软件一样，基本操作无非是建模、定义材料、加边界条件、 网格、计算、后处理：

1、建模：

建议大家使用专业画图软件，画好图保存成 comsol 支持的格式，再导入到 comsol 中进行分析；其中 2 维模型，可以用 autocad 画好保存为 DXF 格式进行导入，其他三维 软件直接保存就行，一般 comsol 都支持；

2、定义材料：

(1)使用 Comsol 默认的材料库，找到所需材料添加即可； (2)选择材料本质就是定义分析模型的物理化学性质，所以根据不同分析定义不同性质即 可，如结构力学分析一般是定义弹性模量、泊松比、密度等；

3、定义边界条件：

这一步较为关键，大家可以仔细研读 comsol 提供的边界条件(‘物理量’菜单下)，当然你添加的物理场不同，系统默认的边界条件是不同的；如结构力学中，需要添加约束、载 荷等，热分析需要添加温度载荷、绝热、传热、对流边界等等。大家可以根据自己的领域查 阅些资料。

4、网格划分：

个人认为，如果大家对分析结果的要求不是十分苛刻，网格划分使用 comsol 默认的自 动划分网格即可，调整下尺寸大小就行。Comsol 的网格划分功能欠佳。

5、求解(study)：

如果单物理场还好说，多物理场就涉及到哪个场影响哪个场了，和研究的专业知识紧 密相关，设置起来也比较难(这也是 comsol 主打的方向)，卖家也在研究中，后面的‘三’ 会介绍一些耦合的知识。

6、后处理：

可以输出一些图像、数据、表格等等，这一步也比较重要，但是不难，大家可以多试 试每个按钮的功能即可。

三、多物理场耦合知识简介[1]：

我们面临工程实际问题其实都不是在单一物理场下的，都是多个物理场相互作用相互 影响的，只不过以前科学水平有限，我们只能简化一些物理场只考虑主要的物理场影响，设 置一些假设来对问题进行分析，这样难免会有误差。所以现在不管是科研院所还是企业研发， 都将重点放在了多物理场的分析。

多物理场耦合根据各个场的相互作用，相互影响的紧密程度可分为弱耦合和强耦合。

举个例子[1]说明下弱耦合和强耦合：

比如电水壶烧水，通电、交流电加载在加热装置、电变热、热传递到流体水中，这个 问题线性度就较高：首先是电场分析，电功率、加热装置阻值、电流做功等；其次是热场， 加热装置是热源、需要知道热导率、热容、密度等；最后是流场，温升引起水的对流，同时水与外界有热量交换，水的热容也影响温度分布，因此流场反过来又影响到了温度场；

所以，电场和温度场流场之间是弱耦合，因为作用是单向的，电场影响后两者，而后两者并没有影响电场；而温度场和流场之间就是强耦合了，他们相互影响相互作用。

大家对多物理场耦合应该有个大致的概念了吧，下面我会说一下弱耦合和强耦合的解法，以及在 comsol 软件中的相应操作。

1、弱耦合解法：

各个物理场相互作用程度、之间的联系较松散，数学实质是方程系统线性度较高。 解法：去耦合解法，即将多物理现象分解成一个一个单物理场，一次按照‘二‘中步

骤进行求解，在求解 study 菜单下设置也比较简单，只用将上面物理场的计算结果当下面场的条件就行，大家可以研究下

2、强耦合解法：

各个物理场相互作用程度、之间的联系较紧密，数学实质是方程系统非线性度很高。解法(只能)：全耦合解法，有三种：将非线性问题通过材料属性体现、通过求解域的几

何变化实现、通过边界条件的变化实现（这部分内容较深奥，在 comsol 中的操作也比较复杂，大家好好研究吧，以后这方面有什么心得会分享给大家的）。

综述：

软件的操作，大家在观看本店基础视频后都会有大致的了解，并不难，因为软件只是工具，最复杂最难的还是我们对于实际问题的理解、对于理论知识的掌握、将实际问题转化为分析模型的过程，希望大家多多在这些方面下功夫！！！

[1] 王刚，多物理场数值分析与理论仿真，北京，电子工业出版社.