Úvod do modelování v programu COMSOL Multiphysics verze 4 Karel Bittner bittner@humusoft. @humusoft.cz www.humusoft.cz www.comsol comsol.com 1
Program semináře 9:00 9:30 registrace 9:30 10:30 COMSOL Multiphysics, část 1. 10:30 10:50 přestávka 10:50 11:50 COMSOL Multiphysics, část 2. 11:50 závěr, diskuse, dotazy
Založeno v r. 1990, sídlo v Praze Produkty a služby v oblasti technických výpočtů, řídicí techniky, simulace dynamických systémů a podnikových procesů MATLAB, Simulink, Stateflow Inženýrské výpočty, simulace dynamických systémů The MathWorks, Inc. COMSOL Multiphysics Otevřený systém pro multifyzikální analýzu (metoda konečných prvků) Comsol AB WITNESS Interaktivní simulace a optimalizace podnikových procesů Lanner Group, Ltd. dspace - vývojové systémy dspace GmbH. Vývoj vlastního software & hardware Virtual Reality Toolbox, Real Time Toolbox, Real-Time Windows Target Měřicí karty Modely pro výuku teorie řízení Paralelní pracovní stanice HeavyHorse Multiprocesorové stanice pro High-Performance Computing 3
COMSOL Multiphysics v.4 4
Oblasti využití
Oblasti využití
Hlavní menu COMSOL Multiphysics v.4 Model Builder Nastavení zvolené položky (content-based setting) Grafické okno Informační okno (Message window)
COMSOL Multiphysics v.4 Model tvoří základní uzly Geometrie Síť Analýza (Study) Výsledky (Results) Možnost vytvářet sekvence jednotlivých uzlů Materiálově orientované modelování (ovládání materiálů z jednoho místa) Geometrický sweep (změna geometrie při výpočtu) Výpočty na počítačových clusterech Off-line import geometrií z CAD systémů Pro/Engineer, Autodesk Inventor a další formáty s jádrem Parasolid přes CAD Import Module Možnost propojení přes LiveLink TM se SolidWorks, Autodesk Inventor, Pro/ENGINEER 8
Pracovní postup geometrie Vytvoření nebo import geometrie Lze využít vestavěné nástroje pro vytvoření geometrie přímo v COMSOLu Import a oprava CAD geometrií vytvořených v externích CAD systémech Parametrizovaná geometrie (parametrický sweep) 9
Pracovní postup materiály a nastavení Nastavení materiálových vlastností domén a okrajových podmínek Definování materiálových parametrů pomocí: Konstant Analytických funkcí Naměřených dat (tabulka) Materiály uložené v knihovně (až 2500 různých materiálů) Aplikační režimy vyžadují vlastní materiálové vlastnosti všechny se načítají z jednoho místa Další fyzikální nastavení a okrajové podmínky pro každý režim zvlášť 10
Pracovní postup síť Vytvoření výpočetní sítě Použití nástrojů COMSOLu pro vytvoření různých typů sítí Trojúhelníky / čtyřstěny Mapovaná / protlačovaná síť Mezní vrstva Kombinace různých typů sítí Možnost importu sítě ve formátu Nastran 11
Pracovní postup řešení Vyřešení zadaného problému Různé typy řešičů: Přímé Iterační Segregované Multigrid Druhy analýzy: Stacionární Časově závislá Parametrická a další Podpora procesorů: Vícejádrové počítače Clustery 12
Pracovní postup vizualizace výsledků Zobrazení výsledků Vykreslení veličin Na povrchu nebo v objemu Zobrazení toků Izočáry, izoplochy Particle tracing Vykreslení na řezu, podél přímky Export videa Vykreslení grafů Export dat do souborů Integrace veličin 13
Nové nadstavbové moduly v.4 CFD modul Modul pro modelování baterií a palivových článků Plasma modul
CFD modul Laminární proudění k- turbulentní model Jedno- a vícefázové proudění Proudění v porézním prostředí Viskoelastické proudění Rozhraní pro rotační stroje (laminární i turbulentní proudění) Laminární proudění v tenkých vrstvách (mazání mechanismů, geofyzika) Předdefinované aplikace pro řešení neizotermálního proudění a interakci tekutiny s konstrukcí 15
Modul pro modelování baterií a palivových článků Modelování procesů probíhajících na rozhraní elektrod a elektrolytu v elektrochemických článcích Určený k modelování různých typů elektrochemických aplikací (bateriové články, akumulátory, koroze) 16
Plazma modul Všechny typy nejaderných plazmatických reaktorů Plazma s indukční vazbou (ICP) Plazma s kapacitní vazbou (CCP) Mikrovlnné plazma Spojení s AC/DC nebo RF modulem: plazma udržované indukovaným proudem nebo elektromagnetickým vlněním 17
Nová verze COMSOL 4.1 - od listopadu 18
Novinky ve verzi 4.1 Zobrazení rovnic 19
Novinky ve verzi 4.1 Kopírování vybraných uzlů v modelovacím stromu 20
Novinky ve verzi 4.1 Automatické zálohování dat během výpočtu Lze pokračovat v přerušeném výpočtu / výpočet pozastavit 21
Novinky ve verzi 4.1 Nové možnosti při tvorbě geometrie 3D šroubovice Parametrické křivky ve 2D i ve 3D 22
Novinky ve verzi 4.1 Tvorba sítě založená na fyzikální podstatě problému v CFD a plazma modulu šedá = hranol tyrkysová = 6-stěn červená = pyramidy zbytek 4-stěny 23
Novinky ve verzi 4.1 Nové možnosti v postprocesingu Vykreslení v polárních souřadnicích Popisy kontur v obrázku 24
Novinky ve verzi 4.1 Nové režimy v modulech AC/DC modul modelování elektrického proudu v porézním prostředí Modul pro modelování baterií modelování olověných akumulátorů CFD modul Spalart-Allmaras turbulentní model 25
Ukázkový příklad Sběrnice pro přenos p proudu v transformátoru toru Analýza sběrnice pro vedení proudu z transformátoru do elektrického zařízení Proud vedený ze šroubu č. 1 do šroubů 2a, 2b vytváří teplo díky odporovým ztrátám v materiálu (Joulovo teplo) 10 mv Klasická multifyzikální úloha Elektrická vodivost materiálu je závislá na teplotě Generované teplo závisí na hustotě elektrického proudu Úzká vzájemná vazba mezi fyzikálními aplikacemi, obě se neustále navzájem ovlivňují Uzemění 26
První výpočet 1. Řešení Joulova tepla Zákony zachování pro elektrický proud a energii tj. závislé proměnné jsou teplota a elektrické pole Všechny povrchy (až na šrouby) jsou chlazeny přirozenou konvekcí Předpokládáme, že ve šroubu č.1 je napětí 10 mv, v ostatních uzemnění Nastavení přenosu tepla a proudu Základní postupy při vytváření modelu: Výběr aplikačního módu, typ analýzy Ukládání parametrů, tvorba geometrie a její závislost na parametrech Zadávání materiálu do modelu Hustota el. proudu 27
Rozšíření aplikačních módů 2. Přidání aplikačního módu pro strukturální mechaniku Víme, že v modelu je přítomno tepelné zatížení, které bude mít za následek nějaké mechanické napětí přidání aplikačního módu Joulovo zahřívání je uvažováno jako nezávislé na napětí a deformaci objektu propojení aplikačních módů je volné, lze řešit sekvenčně a využít teplotu spočítanou módem pro Joulovo teplo jako vstup pro výpočet deformace a zatížení sběrnice Teplota 28
Geometrický sweep 3. Parametrizace geometrie Možnost změny geometrie během výpočtu v závislosti na parametru Sledování chování závislých proměnných na změně geometrie Příklad použití: chceme navrhnout sběrnici tak, aby se při práci co nejméně zahřívala pomocí snížení hustoty proudu, čehož se dá dosáhnout i rozšířením sběrnice 5 cm Šířka sběrnice: 7 cm 10 cm Teplota 29
Doplnění geometrického objektu 4. Přidání další subdomény Vytvoříme dodatečnou doménu kolem sběrnice, ve které bude proudit vzduch a ochlazovat zařízení Okrajové podmínky vstup, výstup, symetrie Symetrie na stěnách předpokládáme, že proudění vně kanálu je podobné jako proudění uvnitř (alespoň v blízkosti stěn) Zanedbáváme vliv teploty na proudění, takže můžeme problém řešit sekvenčně tj. napřed vyřešit proudění, poté zahřívání Výstup Teplota Vstup (0.1[m/s]) 30
COMSOL Multiphysics v.4 Příklad Microresitor beam Multifyzikální aplikace Joule Heating and Thermal Expansion tepelný přenos strukturální mechanika elektrický proud 31
COMSOL Multiphysics v.4 Výpočty na počítačových clusterech malé úlohy (parametrický sweep) > jedna úloha jeden node velké úlohy (distributed parallel solver) > jedna úloha více node počet nodů v jednotlivých případech Jaké druhy clusteru COMSOL podporuje Windows HPC Server 2008 Windows Compute Cluster Server 2003, Service Pack 1 Red Hat Enterprise Linux 5, v clusteru stejné verze a podobný HW COMSOL nepodporuje clustery založené na grafických kartách (CUDA)
COMSOL Multiphysics v.4 Typy licencí jednouživatelské vázané na PC (CPU) technická podpora pro uživatele pracující na tomto PC jednouživatelské vázané na uživatele (NSL) technická podpora pro konkrétního uživatele síťové (FNL) možnost práce client/server využití vzdáleného přístupu vytužití na clusterech počítačů Všechny licence vázané na hostid počítače Windows: ipconfig /all Linux: /sbin/ifconfig eth0 Mac OSX: netstat -I en0
Humusoft HeavyHorse Procesory AMD Opteron dva nebo čtyřijádrové dva nebo čtyři šestijádrové frekvence CPU 2.3 až 3 GHz 8-64 GB RAM Grafická karta ATI Radeon HD 4870 Pevný disk 500 1000 GB Optická mechanika DVD±RW Operační systém podle přání OpenSuSE Linux 64-bit Microsoft Windows XP 64-bit Microsoft Windows 7 64-bit Možnost předinstalace aplikací MATLAB Parallel Computing Toolbox COMSOL Multiphysics 34
Zdroje informací Webové semináře (webinars) on-line semináře zdarma probíhající na internetu v reálném čase v daný den a hodinu v angličtině (COMSOL) přehled připravovaných a archiv uskutečněných webových seminářů www.comsol.com/events/webinars/ Školení Firma HUMUSOFT provádí dvoudenní školení na COMSOL Multiphysics zhruba 1x za dva měsíce, termíny jsou vyhlašovány 3 týdny předem www.humusoft.cz/skoleni Zkušebn ební verze Plnohodnotná verze COMSOL Multiphysics Časově omezena maximáln lně na 30 dní V případp padě zájmu nás n s kontaktujte info@humusoft.cz 35
COMSOL Multiphysics Požadavky na HW Unix Windows 2000, Windows XP, Windows XP Professional x64 Edition, Windows Vista (32 a 64 bit), Windows 7, Windows HPC Server 2008, Windows Server 2008, Windows 2003 Compute Cluster Server a Service Pack 1, Windows 2003 Server x64 Edition, Windows 2003 Server x64 Edition Pentium III nebo novější (AMD Opteron, AMD Athlon 64, Pentium 4 s EM64T, nebo Xeon s EM64T) OpenGL 1.1 Microsoft nebo akcelerátor podporující OpenGL 1.1, nebo Direct X verze 8.0 nebo pozdější. Grafická karta min. 32 MB paměti. Pro práci s MATLABem verze 2006a/b, 2007a/b, 2008b/2009a, 2009b minimální doporužená RAM 1 GB Solaris 8,9,10 (UltraSPARC II nebo pozdější) Linux (AMD Opteron, AMD Athlon 64, EM64T, Itanium 2) 32-bit: Debian 3.0, 3.1, RedHat Enterprise 4/5, Fedora Core 8, SUSE 10.3 64-bit: SUSE 9.0, 9.3 10.3, RedHat Enterprise 4/5 (AMD64/Intel EM64T), Fedora Core 8 MAC, PowerPC G4 nebo PowerPC G5, Intel processor www.comsol.eu/products/requirements/ 36
Děkuji za pozornost 37