多物理场仿真 为企业转型添翼

现如今，为了满足不断增长的市场需求，产品更新迭代的速度越来越快，产品的设计也变得越来越复杂，人们开始使用仿真工具来替代传统的耗时且昂贵的测试环节，以加速新产品的上市速度。同时，在产品的衍变过程中，所面临的外部工作环境也开始变得复杂，因此在解决一些复杂的仿真问题时，比如涉及电磁、结构力学、流场传热、化学反应和声学等影响的交织，就需要更专业的仿真来解决。多物理场耦合仿真的出现让一切迎刃而解。

“多物理场仿真工具的出现，使产品的研发和设计工作不再受限于物理原型的束缚，工程人员因此获得了前所未有的自由，大幅提升了企业的创新能力，以及产品的研发效率和可靠性。”在2018年11月1～2日举办的COMSOL多物理场仿真软件用户年会期间，COMSOL中国总经理陈蕾博士在接受采访时言简意赅地总结了多物理场仿真软件的优势。她表示，作为多物理场仿真软件的专业供应商，COMSOL在多物理场耦合分析深耕多年，并始终贴近行业用户需求，满足了用户对于实现产品最优设计、最快速度上市的需要。尤其在众多中国企业面临快速转型升级要求的关口，COMSOL愿意分享技术和经验，从根本上解决他们的痛点，助力中国用户的技术创新。

仿真结果显示了变速箱外部的噪声声压级和箱体内由振动引起的应力分布

生而不凡

COMSOL于1986年成立于瑞典，其知名的旗舰产品COMSOL Multiphysics®软件是一个集物理系统建模和仿真App开发于一体的软件平台，尤其擅长对耦合或多物理场现象的仿真分析。多个附加模块将仿真平台扩展到电气、力学、流体流动和化工等领域，接口工具实现了COMSOL Multiphysics®仿真与CAE领域的所有主流技术计算工具和CAD工具的集成。多个辅助工具的推出进一步提升了COMSOL仿真平台的功能，为用户提供了一个验证及优化设计的一流解决方案。

“COMSOL多物理场仿真软件的发展恰逢数值计算和计算机技术的飞跃发展时期。在设计之初COMSOL的定位就是要开发一款能够实现多物理场耦合的仿真软件。”COMSOL中国技术总监王刚博士介绍说，“以前仿真分析的应用比较单一，比如电磁、结构和流场。但是，在实际产品的研发过程中，仅考虑这几个因素是不够的，尤其是目前新技术和新产品层出不穷，比如一些新的元器件变得越来越小了，随之而来的就是不同物理场之间的耦合现象越来越明显。”王刚博士拿电力行业举例，目前电力行业对于热的考虑变得越来越关注，除此之外，还要考虑电磁场引发的振动、变压器的噪声等各种问题。COMSOL的出现恰逢其时，在多物理场耦合方面给各行业的用户提供了非常好的解决方案。

此外，在目前发展态势非常好的储能电池设计领域，电化学电池通常会涉及到非常复杂的物理现象，比如电、电化学和流体等等，其本身就是一个典型的多物理场问题。COMSOL仿真软件可以用于设计电池结构、预测电池工作曲线及电池寿命，以及用于研究电池热管理方面的性能等，在COMSOL软件中还有“电池与燃料电池模块”，专门用于解决各种电池的仿真分析。COMSOL提供的多物理场平台，特别适合解决此类复杂问题，是一款对于电池及电芯的研发非常有效的工具。

效的工具。同时在电动汽车领域，电池的安全性问题是非常受关注的。储能电池、电化学电池虽然原理相似，但是应用有较大的区别。COMSOL不仅在新能源汽车动力电池生产商中拥有大量用户，同时在储能电池的生产制造中也有着广泛应用。在开发新的电池的时候，知道它的原理，就可以通过仿真来预测一下新型电池的设计思路，比如ABB、西门子等公司，包括国家电网、电科院以及为电力系统提供大量研发合作服务的高校和科研机构，都会使用COMSOL软件进行新产品研发和预测。

风力发电机叶片的复合层压结构分析。从上到下：壳局部坐标系，外壳与翼梁中的von Mises应力分布结果图

从工具到平台

COMSOL一直致力于为工程人员开发易用的软件工具来模拟真实世界中的多物理场现象，帮助用户更有效地利用COMSOL的产品。“我们希望能把工程人员解放出来，从而提升产品的研发效率和可靠性。因此，我们始终关注用户的反馈，从需求出发来提供软件是我们的宗旨。”陈蕾博士表示，此次举办的用户大会也是COMSOL时刻与用户保持密切联系的一种体现，在做技术分享的同时，更能与他们进行面对面交流，深入了解用户需求。

基于这一出发点，从2014年的COMSOL Multiphysics®软件5.0版本开始，COMSOL就推出了“App开发器”工具，让用户可以定制仿真App，同时COMSOL还发布了COMSOL Server许可证，方便用户通过网络浏览器或客户端来部署及访问仿真App。借助“App开发器”，仿真专业人员可以将多物理场模型封装为仿真App。用户可以轻松定制App界面，并能够使用浏览器或 Windows® 客户端连接到本地安装的COMSOL Server™ 访问这些 App。仿真App的出现让更多人受益于多物理场仿真。

“比如我们电力领域的典型用户平高集团，以前针对GIS绝缘失效的试验，仅以1 100 kV套管的测试为例，一次加工及测试的费用约1 000万元，在采用了COMSOL软件对GIS设备的绝缘问题进行仿真分析后，极大减少了研发成本，同时提高了大型电气设备的研发效率。”王博士举例介绍说，“不仅如此，COMSOL通过仿真App为企业内跨部门合作提供了极大便利。平高集团的工程师使用COMSOL软件中的App开发功能，将GIS温升模型封装成了仿真App，所有设计人员都可以用仿真App方便地计算不同参数带来的功率和温度变化，并使用分析结果对产品进行优化。”

COMSOL创始人—COMSOL集团首席执行官Svante Littmarck博士曾设想让工程计算、仿真分析像计算器一样简单。在COMSOL有了简单易用的建模平台和仿真App之后，随着COMSOL Multiphysics®软件5.4版本的发布，新功能“COMSOL Compiler™”编译器的出现，让COMSOL创始人曾经的设想变成了现实。“‘COMSOL Compiler™’编译器的出现具有划时代的意义，因为它支持用户创建可独立运行的仿真App，编译后生成的仿真App中包含COMSOL Runtime™，这意味着运行这些仿真App不需要COMSOL Multiphysics或COMSOL Server™许可证，而分发此类仿真App也不需要额外支付许可费用。”王刚博士说道，COMSOL Compiler™的出现不仅为仿真成果的运行、分发、管理和共享提供了灵活的全套解决方案，更将仿真成果的自由应用提升到了前所未有的开放程度，真正成为了工程设计人员创新的平台，也使得COMSOL有能力为用户提供从建模到仿真App开发、编译、管理和部署的一体化解决方案。

编译后生成的一个仿真 App，此仿真App 可独立运行，用于优化搅拌器的设计方案

合力促转型

COMSOL已经进入中国市场多年，并于2014年全面运营中国市场。“对于COMSOL多物理仿真软件在中国市场的发展，我们是非常看好的。为中国用户提供高质量的本地化服务，是我们一直以来的目标。”陈蕾博士很明确地表示。COMSOL中国成立四年来，一直致力于软件的本地化，比如操作界面的汉化，以及陆续参与到新产品的开发等等。未来，COMSOL还会继续加强本地技术服务能力，为中国用户提供更好的服务。陈蕾博士表示：“像此次举办的用户大会这类与用户面对面沟通的活动，我们会持续做下去，加强与用户的交流，了解他们的痛点，用最快、最好的方式为他们解决问题。”

“尤其是在众多企业面临转型升级的今天，COMSOL也在思考如何帮助客户从根本上进行改善，我们看到很多中国企业的问题在于缺少技术创新的能力，这也是我国提倡智能制造的原因。”王刚博士补充说，“就产品设计而言，传统以试验为主的思路不再是唯一的选择，现在要通过仿真软件，从基本概念出发，对产品设计进行革新性的改进。COMSOL为用户提供思路、工具和平台，为他们提供指导方向。”

为用户解决问题、为用户带来价值，COMSOL正践行承诺。