如何利用 COMSOL 自動(dòng)執(zhí)行建模操作

2018-02-12 11:37程序設(shè)計(jì)

您是否每次都會(huì)在新模型文件中重復(fù)執(zhí)行相同的建模操作？或者總是需要幫助同事在模型文件中手動(dòng)添加物理場(chǎng)和特征？您可以使用 COMSOL Multiphysics? 軟件 5.3 版本中新增的模型方法來大幅加快工作流程。讓我們來看看如何實(shí)現(xiàn)吧。

在 COMSOL Multiphysics? 中手動(dòng)創(chuàng)建模型方法

正如有關(guān)創(chuàng)建隨機(jī)幾何模型的文章所介紹的，您可以利用錄制方法功能對(duì)在 COMSOL Multiphysics 圖形用戶界面（graphical user interface，簡(jiǎn)稱 GUI）中執(zhí)行的一系列操作進(jìn)行記錄，隨后通過重放此方法便可重復(fù)進(jìn)行相同的操作步驟。當(dāng)然，如果我們已經(jīng)創(chuàng)建了模型文件，就不需要再使用這項(xiàng)功能了——畢竟我們不想從頭再重新錄制一遍整個(gè)文件。事實(shí)上，COMSOL Multiphysics 會(huì)自動(dòng)將模型文件中的所有工作記錄保存為 Java? 代碼。所以我們可以直接從代碼中提取相關(guān)的操作，并將它們插入到新的模型方法中。

壓縮歷史記錄選項(xiàng)。

要從文件中提取全部歷史操作記錄，您需要執(zhí)行以下步驟。首先，在文件菜單中選擇壓縮歷史記錄 選項(xiàng)。這是因?yàn)?COMSOL Multiphysics 保留了所有命令的歷史記錄，但我們只需要可生成現(xiàn)有模型的最小命令集。接著，打開文件菜單 > 另存為，并保存為Java 模型文件?，F(xiàn)在，您便擁有了一個(gè)包含 Java? 代碼的文本文件。嘗試在文本編輯器中打開生成的文件。文件中開始和結(jié)束位置的代碼與下列代碼相似：

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/*example_model.java */import com.comsol.model.*;import com.comsol.model.util.*;public class example_model { public static Model run() { Model model = ModelUtil.create("Model"); model.modelPath("C:Temp"); model.label("example_model.mph"); model.comments("This is an example model"); ... ... /* Lines of code describing the model contents */ ... return model; } public static void main(String[] args) { run();}}

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上面的這一段代碼顯示的是可以刪除的內(nèi)容。只有位于 Model model = ModelUtil.create("Model"); 和 return model; 之間的代碼定義了模型中的所有特征。實(shí)際上，我們也可以刪除 model.modelPath();、model.label(); 和 model.comments(); 這幾行。在文本編輯器中刪除這些代碼行，剩下的就是模型方法中重復(fù)模型操作所需的命令。

接下來，創(chuàng)建一個(gè)新的空模型文件，切換到“App 開發(fā)器”，并創(chuàng)建一個(gè)新的模型方法。接著將剛剛編輯的 Java? 文件中的全部代碼行復(fù)制到新的模型方法中。然后返回“模型開發(fā)器”，打開開發(fā)工具選項(xiàng)卡，并選擇運(yùn)行模型方法，即可開始運(yùn)行代碼。運(yùn)行模型方法意味著重現(xiàn)原始文件中的所有步驟，包括求解模型在內(nèi)，但是求解模型可能花費(fèi)很長時(shí)間，所以我們常常需要?jiǎng)h減模型方法。

“App 開發(fā)器”中的模型方法。

刪減模型方法

我們可以通過兩種方式來刪減代碼。第一種是手動(dòng)編輯 Java? 代碼，刪除不需要重新運(yùn)行的代碼。如果您打算這么做，可以參考 COMSOL Programming Reference Manual，因?yàn)槟赡苄枰趧h除之前知道每一行代碼的功能。第二種方法更簡(jiǎn)單——直接在 COMSOL Multiphysics 的 GUI 中刪除特征。將原始模型文件另存為一個(gè)新的文件，在新的文件中刪除所有不希望出現(xiàn)在方法中的內(nèi)容，包括幾何序列、網(wǎng)格、研究步驟、可視化結(jié)果以及其他不需要的內(nèi)容。

我們來看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。假設(shè)您已建立了一個(gè)模擬熱固化工藝的模型，現(xiàn)在希望將熱固化仿真耦合到另一個(gè)現(xiàn)有的包含傳熱仿真的模型中。

我們?cè)诮榻B模擬熱固化工藝的文章中了解到，除了傳熱之外，模擬熱固化工藝還需要三個(gè)步驟：

定義一組材料參數(shù)

添加域常微分方程 接口，以便模擬固化隨著時(shí)間的演變

將固化過程中的反應(yīng)熱耦合到熱問題中

我們可以在包含以上功能的 GUI 中構(gòu)建模型，然后輸出 Java? 文件。當(dāng)然，我們?nèi)匀恍枰謩?dòng)編輯一部分內(nèi)容。如果您需要學(xué)習(xí)更多基礎(chǔ)知識(shí)，可以閱讀 Application Programming Guide。不過，只要您熟悉了所有的語法，就會(huì)發(fā)現(xiàn) GUI 中的上述三個(gè)步驟可以使用下面的模型方法來編寫：

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model.param().set("H_r", "500[kJ/kg]", "Total Heat of Reaction");model.param().set("A", "200e3[1/s]", "Frequency Factor");model.param().set("E_a", "150[kJ/mol]", "Activation Energy");model.param().set("n", "1.4", "Order of Reaction");model.component("comp1").physics("ht").create("hsNEW", "HeatSource");model.component("comp1").physics("ht").feature("hsNEW").selection().all();model.component("comp1").physics("ht").feature("hsNEW").set("Q0", "-ht.rho*H_r*d(alpha,t)");model.component("comp1").physics().create("dode", "DomainODE", "geom1");model.component("comp1").physics("dode").field("dimensionless").field("alpha");model.component("comp1").physics("dode").field("dimensionless").component(new String[]{"alpha"});model.component("comp1").physics("dode").prop("Units").set("SourceTermQuantity", "frequency");model.component("comp1").physics("dode").feature("dode1").set("f", "A*exp(-E_a/R_const/T)*(1-alpha)^n");

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該段代碼的前四行定義了另外一組新的全局參數(shù)。接下來的三行代碼將熱源域特征添加到了現(xiàn)有的傳熱接口（標(biāo)記為 ht）、定義了熱源項(xiàng)，并將熱源應(yīng)用到了所有域。最后五行建立了一個(gè)域常微分方程接口（此接口默認(rèn)應(yīng)用于模型中的所有域），并設(shè)置了變量名稱、單位以及要求解的方程。

在開發(fā)工具選項(xiàng)卡中運(yùn)行模型方法。

我們可以在已經(jīng)建立了傳熱分析的模型文件中運(yùn)行上述模型方法。例如，嘗試在 COMSOL Multiphysics “案例庫”提供的軸對(duì)稱瞬態(tài)傳熱教程中添加并運(yùn)行這一模型方法。然后，重新求解模型來計(jì)算出溫度和固化的程度。

上方案例的這段代碼包含了一些假設(shè)：

• 我們希望模擬模型中所有域的固化過程
• 模型中已經(jīng)包含了一個(gè)被標(biāo)記為 comp1 的組件，我們可以在該組件中添加物理場(chǎng)接口
• 該組件中尚未添加標(biāo)記為 dode 的域常微分方程接口
• 溫度變量被定義為 T，我們可以在域常微分方程接口中使用它
• 標(biāo)記為 ht 的傳熱物理接口已經(jīng)存在，我們可以在此接口中添加被標(biāo)記為 hsNEW 的特征

當(dāng)然，在開發(fā)自己的模型方法時(shí)，您需要有能力去解決這些一般的邏輯問題。

關(guān)于模型方法的結(jié)語

最后，這個(gè)簡(jiǎn)單的示例還說明了，您可以專門創(chuàng)建一個(gè)模型方法，把它當(dāng)作可重復(fù)使用的模板來應(yīng)用到 COMSOL Multiphysics 的任一建模環(huán)節(jié)中。您也許想要在每一個(gè)新創(chuàng)建的文件中運(yùn)行這個(gè)模板模型方法，比如加載一組自定義材料屬性、建立復(fù)雜的物理場(chǎng)接口或者定義一組復(fù)雜的表達(dá)式。又或者在現(xiàn)有的文件中重復(fù)使用同一個(gè)模型方法，由此創(chuàng)建特定的自定義研究類型、修改求解器設(shè)置或者定義計(jì)算結(jié)果可視化，以便重復(fù)使用。

熟練掌握這項(xiàng)工作流程的基礎(chǔ)知識(shí)可以幫助您節(jié)省了大量的時(shí)間，希望對(duì)您有所幫助！

了解模型方法的其他用途

• 如何在 COMSOL Multiphysics? 中生成隨機(jī)曲面
• 如何在 COMSOL Multiphysics? 中模擬齒輪箱中的振動(dòng)和噪音
• 如何使用模型方法創(chuàng)建隨機(jī)幾何

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本文內(nèi)容來自 COMSOL 博客，點(diǎn)擊“閱讀原文”，延伸文章。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的如何利用 COMSOL 自动执行建模操作的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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