634多场耦合模拟与概率损伤评估.doc

计算机辅助材料设计与模拟 第三节 材料设计与模拟软件及应用 6.3.3 宏观尺度材料设计与模拟软件 内容提要：本节将介绍宏观尺度上的材料设计与模拟软件。包括一种高效的多场耦合仿真分析工具COMSOL Multiphysics软件（原FEMLAB），以及用于处理随机变量的概率损伤评估软件NUSSESS。 一、多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics COMSOL Multiphysics（原FEMLAB）是一个高效的、功能强大的多物理场耦合系统的有限元数值分析软件包，是对基于偏微分方程的多物理场模型进行建模和仿真计算的交互式开发环境系统。 在使用COMSOL Multiphysics软件的过程中，用户可以自己建立普通的偏微分方程形式，也可以使用COMSOL Multiphysics提供的特定的物理应用模型。这些特定的物理应用模型包括预先设定好的模块和在一些特殊应用领域内已经通过微分方程和变量建立起来的用户界面。此外，COMSOL Multiphysics软件通过把任意数目的这种物理应用模块整合成对一个单一问题的描述，使得建立耦合问题变得更为容易。 模型库是整个COMSOL Multiphysics软件包的最特色部分，它囊括了各种工程领域内的所有模型。每一个模型都包含了非常完善的相关文档如工程技术背景、结果讨论和一步一步建立模型的每个过程描述。用户可以应用、扩充或者修改这些工程模型使它们符合用户的个人需求。因此，进入这些模型库就给用户提供了建立自己模型的基础和起点。而事实上，这些模型库也会给用户建立自己的模型提供宝贵的参考。 能够独立于MATLAB运算的COMSOL Multiphysics软件系统为进一步改进软件提供了一个很好的基础和平台。COMSOL Multiphysics提供了与市场上主流的CAD软件进行接口的直接界面。在已有的三角形、四面体网格划分模型基础上，又新增加了四边形、六面体和棱柱体网格模型。为了更好地进行自动求解运算，COMSOL Multiphysics还提供了强大的运算求解能力。 COMSOL Multiphysics软件系统具备了在Linux、Solaris和HP-UX等系统下的64位处理能力，尤其是可以在AMD64/Linux平台上进行64位计算。在一个系统上加入64位处理能力意味着COMSOL Multiphysics所能处理问题的规模比原来提高了至少10到100倍。 通过COMSOL Multiphysics的多物理场功能，用户可以选择不同的模块，同时模拟任意物理场组合进行耦合分析； 通过使用相应模块直接定义物理参数创建模型； 使用基于偏微分方程的模型可以自由定义用户自己的方程； COMSOL Multiphysics的多物理场问题一次轻松解决，让用户一次就能轻松拥有超强功能、超低价格的CAE软件。 特殊选购专业模块： 结构力学模块 (Structural Mechanics Module) 声学模块 (Acoustics Module) 热传递模块 (Heat Transfer Module) 电磁模块 (Electromagnetics Module) 地球科学模块（Earth Science Module） 微机电模块 (MEMS Module) 化学工程模块 (Chemical Engineering Module) 反应工程实验室(COMSOL Reaction Engineering LAB) CAD导入模块(CAD Import Module) 二次开发模块(COMSOL ScriptTM) 这样用户就可以在COMSOL Multiphysics用户界面内建立各种模型。另外一个更为灵活的地方是，COMSOL Multiphysics提供了与MATLAB的完美接口。在这种整体环境下，用户可以像在MATLAB中那样保存和运行文件，这样就给用户提供了一种可以使用别的建模方法自由地对基于模型的偏微分方程、模拟运算和结果分析进行整合的方便。 1. COMSOL Multiphysics应用领域 声学；生物科学；化学反应；弥散；电磁学；流体动力学；燃料电池；地球科学；热传导；微电机系统；微波工程；光学；光子学；多孔介质；量子力学；无线电频率部件；半导体设备；结构力学；传动现象；波的传播等。 2、COMSOL Multiphysics应用模块： 用户可以自己通过建立几何模型进行建模，决定采用何种方程并把它们输入到软件当中去，但是通常这些都不是必须的。COMSOL Multiphysics软件核心包中集成了大量的物理模型，它们都是针对不同的物理领域，主要有： 声学 集中-弥散 热传导 A