Comsol Multiphysics 4.3 – neue Funktionen für Cloud Computing, Ermüdungsanalysen und Fluid-Simulation

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Comsol Multiphysics 4.3 – neue Funktionen für Cloud Computing, Ermüdungsanalysen und Fluid-Simulation

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Die Comsol Multiphysics GmbH veröffentlicht Version 4.3a ihrer Simultionssoftware. Die neue Version bietet unter anderem einen Livelink für Excel, um multiphysikalische Simulationen mit gängigen Tabellenkalkulationen zu verbinden. Das neue Release erweitert die Möglichkeiten zum Entwerfen und Optimieren neuer Produkte und Technologien — unabhängig davon, ob auf einem Desktop-Rechner oder in der Cloud gerechnet wird. Eine neue Unterstützung für Cluster Computing arbeitet auf Basis der Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2). Die Version 4.3a beinhaltet außerdem neue Module für Ermüdungsanalysen sowie für den Import von ECAD Daten und einen neuen Livelink für Solidedge. Darüber hinaus wurde jedes der über 30 anwendungsspezifischen Zusatzmodule für mechanische, elektrische, strömungsmechanische und chemische Modellierung und Simulation maßgeblich verbessert

Multiphysikalische Simulationen und Tabellenkalkulation verknüpft

Der neue Livelink der Version 4.3a für Microsoft Excel ermöglicht es den Anwendern, Comsol Multiphysics direkt innerhalb von Excel ablaufen zu lassen und dadurch den Arbeitsprozess der Simulation signifikant zu vereinfachen.

„Mit dem Livelink für Excel sowie mit den anderen neuen Werkzeugen und Zusatzmodulen in Version 4.3a haben wir nicht nur die Comsol Simulationsplattform erweitert, wir haben die Rolle der multiphysikalischen Simulation im Produktentwicklungsprozess weiter gestärkt.“, sagt Lars Gregersen, Technical Product Manager bei Comsol.

Der Livelink für Excel fügt der Menüleiste in Excel einen Comsol-Reiter hinzu. Von diesem Reiter aus können die Anwender ein Comsol-Modell steuern. Parameter und Variablen, die im Comsol Multiphysics Modell verwendet wurden, können direkt in Excel editiert werden. Alle Änderungen der Parameter und Variablen können dann per Knopfdruck mit dem Comsol-Modell synchronisiert werden.

Der Livelink für Excel ermöglicht es, Excel-Tabellen mit Test-, Validierungs-, Kalibrierungs- oder anderen Daten, die mit einer Comsol-Simulation verbunden sind, abzuspeichern und einzuladen. Darüber hinaus stellt der Livelink für Excel die Simulationsergebnisse in interaktiven 3D Plots in einem separaten Fenster dar. Die Anwender können diese Plots anschließend mit nur einem einzigen Mausklick in ein Excel-Arbeitsblatt einfügen.

Cluster Sweep in der Cloud beschleunigt Simulation

Dank der Unterstützung für Cloud Computing von Amazons Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) stoßen die Modellierungs- und Simulationsmöglichkeiten mit Version 4.3a in völlig neue Dimensionen vor. Amazon EC2 bietet den Nutzern eine skalierbare Kapazität für ihre Berechnungen mit nutzungsabhängigen Kosten, die den Anwendern den finanziellen und administrativen Aufwand erspart, der beim Erwerb und Unterhalt von oftmals nicht ausgelasteten High-End-Workstations oder inhouse Clusternetzwerken entsteht.

Die Durchführung komplexer Multiphysikanalysen auf Amazons EC2 High-End-Hardware ist sehr einfach. Anwender mit einer Netzwerklizenz laden dafür einfach ihre ausführbare Modelldatei auf Amazon EC2. Um Simulationen zu starten, kann Amazon EC2 Cloud Computing auf drei verschiedene Arten genutzt werden: Als virtuelle Maschine, als Cluster Computing Umgebung für große, verteilte Aufgaben und als Plattform für massiv parallele Parameterstudien.

Die Verwendung von Amazon EC2 als virtuelle Maschine bedeutet, dass die Ingenieure Zugriff auf so viel RAM erhalten, wie eine große Simulation erfordert. Werden Comsols Cluster Computing Fähigkeiten mit Amazon EC2 eingesetzt, können die Anwender große verteilte Modelle auf multiplen Computer-Ressourcen (Knoten) lösen, die möglicherweise lokal nicht verfügbar sind und so wertvolle Zeit bis zur Lösung einsparen.

Die kürzlich vorgestellte Cluster Sweep Funktion wurde für rechenintensive Aufgaben, wie Parameterstudien und Frequenzganganalysen ausgelegt. Die Cluster Sweep Funktion kann die Lösungszeit signifikant verkürzen, da sie es ermöglicht, parallel beliebig viele CPUs einzusetzen, um das Problem zu lösen. Mit der Cluster Sweep Funktion auf einem Berechnungscluster wie dem Amazon EC2, können multiple parallele Prozesse gestartet werden, bei denen jeder einzelne Prozess über einen separaten Parametersatz desselben Problems verfügt.

 Fatigue Modul berechnet Lebensdauer mechanischer Strukturen

Wenn eine Strukturanalyse zu einem Design führt, bei dem die Materialbelastung innerhalb seiner Streckgrenzen liegt, kann dasselbe Design versagen, wenn es wiederholten Lastzyklen ausgesetzt wird. Das neue Fatigue-Modul nutzt die Stärke des Structural-Mechanics-Moduls und die Vielseitigkeit der Comsol Multiphysics Umgebung, um die Anwender bei der Bestimmung der Anzahl der Lastzyklen zu unterstützen, die die Struktur standhalten wird.

Das Fatigue-Modul bietet Methoden zur Ermüdungsanalyse bei spannungs- oder dehnungsbasierten Lastzyklen. Wird das Modul darüber hinaus mit dem Nonlinear-Structural-Materials-Modul kombiniert, können vollständig elasto-plastische Ermüdungsuntersuchungen durchgeführt werden. Die Ergebnisse beinhalten die Darstellung der Lebensdauer, basierend auf der Anzahl der Lastzyklen bis zum Versagen und auf dem Ermüdungsfaktor. Das Fatigue Modul wird als Erweiterungsmodul des Structural-Mechanics-Modul angeboten.

 ECAD-Import-Modul

Mit der Einführung des ECAD-Import-Moduls können Elektroingenieure nun ihre ECAD-Daten sehr einfach in Comsol importieren und anschließend die physikalischen Effekte ihrer elektronischen Schaltelemente und ihrer Schaltungsentwürfe mit jedem anwendungsspezifischen Comsol-Modul simulieren. Von den Vorteilen des ECAD-Import Moduls profitieren u.a. folgende Anwendungen: die Leistungsbestimmung von HF-Komponenten unter thermischer oder mechanischer Belastung und die Analyse von leitungselektronischen Bauteilen, Lotfluss und Leiterplattenschwingungen.

Das ECAD-Import Modul kann die Datenformate GDS II, NETEX-G und ODB++ importieren. Außerdem können automatisch dreidimensionale Geometriemodelle während des Importvorganges erstellt werden. Das ECAD-Modul bietet darüber hinaus neue Werkzeuge zur leichteren Auswahl und dem Import von Teilen von Zellen, Netzen und Schichten, zur Veränderung der Schichtdicken, zur Steuerung der geometrischen Darstellung der Bond-Drähte und zur Spezifizierung dielektrischer Bereiche. Die Anwender können die zugehörigen Schichtdicken-Informationen zur späteren Wiederverwendung speichern.

 Livelink für Solid Edge

Als neues Mitglied in der Comsol-Schnittstellenprodukte bietet der Livelink für Solid Edge eine assoziative, bidirektionale Verbindung, und erweitert so die Engineering-Möglichkeiten der Anwender dieses CAD-Systems. Durch die Kombination von Solid Edge und Comsol Multiphysics können sämtliche Änderungen eines in Solid Edge erstellten Designs automatisch im Comsol-Modell aktualisiert werden, während die restlichen Modelleinstellungen erhalten bleiben. Der Livelink für Solid Edge bietet dem Anwender darüber hinaus leistungsstarke Reparatur- und Bearbeitungswerkzeuge, mit denen er das CAD-Modell für die Simulation vorbereiten kann.

„Die Anwender von Siemens PLM Solid Edge sind wichtige Mitglieder der CAE-Gemeinschaft, denen auch Comsol und seine Produkte von großem Nutzen sind“, sagt Phil Kinnane, Comsol’s VP of Business Development.

Optimierung von Designparametern

Die Version 4.3a des Optimization-Moduls wurde um drei neue Optimierungsmethoden erweitert – Nelder-Mead, Coordinate Search und Monte Carlo – die für jedes Comsol Multiphysics Modell und in Kombination mit jedem anwendungsspezifischen Modul verwendet werden können. Hiermit können nun auch eine oder mehrere geometrische Größen eines CAD-Modells, das direkt in Comsol Multiphysics erzeugt oder über eines der Livelink Produkte eingebunden wurde, optimiert werden. Neben geometrischen Größen können aber auch jegliche andere Parameter Optimierungsvariablen sein, wie z. B. die Gesamtleistung eines Heizelementes, Materialeigenschaften oder angreifende Kräfte. Die Zielfunktion der Optimierung, die entweder minimiert oder maximiert wird, kann jegliche skalare Größe sein, die sich aus den Simulationsergebnissen berechnen lässt.

CFD-Vernetzung und -Löser

Auch die Leistungsfähigkeit von Comsol im Bereich CFD (Computational Fluid Dynamics) wurde in der Version 4.3a um wichtige Neuerungen erweitert, darunter spezielle Techniken für die Lösung von FSI (Fluid-Structure Interaction) Problemen und mehrere neue automatische Vernetzungswerkzeuge.

Zur effizienten Lösung von FSI-Anwendungen boten frühere Versionen von Comsol die Möglichkeit der bidirektionalen Kopplung, wenn eine starke Wechselwirkung zwischen Fluid und Struktur existierte. Version 4.3a erweitert COMSOLs Vielseitigkeit mit der Einführung neuer Methoden für einseitig gekoppelte stationäre und transiente Anwendungen, bei denen keine Rückkopplung der Struktur auf das Fluid stattfindet.

CFD-Anwender werden darüber hinaus von der Weiterentwicklung der Gleichungslöser und neuen Einstellungen profitieren, die den Speicherbedarf bei großen Modellen reduzieren. In der Version 4.3a passt Comsol den Lösertyp automatisch an die Anzahl der finiten Elemente im Modell an. Stationäre Strömungs- und FSI-Anwendungen verwenden nun eine Pseudo-Zeitschrittmethode, die gegenüber einer Steady-State Lösung eine robuste Konvergenz ermöglicht.

Des Weiteren sind in Version 4.3a erstmals mehrere automatische Vernetzungswerkzeuge für CFD-Aufgaben verfügbar. Beispielsweise findet und verfeinert der Vernetzungsalgorithmus das Netz an einspringenden Ecken automatisch. Randschichtnetze wurden um neue Techniken zum Umgang mit scharfen Kanten erweitert. Darüber hinaus ist die Vernetzung der Randschichten eng mit neuen CFD-Löserfunktionen verbunden und lässt sich auch auf innenliegende Membrane oder Schalen anwenden.

Geometrieauswahl

Die Version 4.3a bietet neue Auswahlwerkzeuge, die den Einsatz der Software nutzerfreundlicher gestalten. Eine neue Funktion ermöglicht es, eine einzelne Fläche auszuwählen und automatisch alle angrenzenden Randflächen mit kontinuierlichen Tangenten zu markieren. So kann beispielsweise die komplette Oberfläche einer Struktur markiert werden, obwohl diese aus mehreren Einzelflächen besteht (siehe Abbildung). Ein weiteres Auswahlwerkzeug ist die Zylinderselektion, die es erlaubt, koordinatenbasierte Zylinder zur Objektauswahl in einem Geometriemodell zu verwenden. Beide neuen Werkzeuge erleichtern nicht nur die Auswahl, sie reduzieren außerdem die Anzahl der benötigten Mausklicks.

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