Зачем совместно использовать COMSOL Multiphysics и MATLAB®?

MATLAB® предоставляет нам интерактивную среду разработки, в которой вы можете использовать высокоуровневый язык программирования, а также встроенные инструменты для проведения численных расчетов, выполнения анализа данных и их визуализации, разработки алгоритмов и приложений на их основе. С другой стороны, среда COMSOL Multiphysics позволяет настраивать и решать совместно любое количество физик, практически любым предпочитаемым вами образом. С помощью открытой среды MATLAB для прикладных расчетов и платформы для мультифизического моделирования COMSOL, вы сможете справиться практически с любой научной проблемой.

Большинство инженерных задач сводятся к обнаружению оптимальных параметров конструкции и/или условий эксплуатации устройства. А само по себе устройство функционирует на основе принципов, лежащих в основе определенной физики (или даже нескольких физических дисциплин). Давайте рассмотрим один пример. Допустим, вы хотите спроектировать электрический нагреватель, который представляет собой нанесенный на поверхность стекла тонкий металлический слой. Обогреватель работает на принципе Джоулева нагрева, когда при пропускании тока через металлический слой, в нем выделяется тепло, которое, в свою очередь, создает пространственно изменяющийся температурный профиль, как в металлическом, так и в стеклянном слоях. В качестве инженера-конструктора, вы, возможно, захотите убедиться в том, что механические напряжения, вызванные тепловым расширением на границе раздела стекла и металла не слишком высоки для того, чтобы привести к механическому повреждению устройства. С практической точки зрения вам также известно, что можно контролировать толщину стеклянного и металлического слоев в пределах размеров, предусмотренных технологией изготовления. Так каким образом вы можете использовать COMSOL и MATLAB® для решения этой проектной задачи?

Как скомбинировать возможности COMSOL и MATLAB®

Можно провести мультифизическое моделирование, включающее Джоулев нагрев и тепловое расширение в среде COMSOL Multiphysics, а затем выполнить Планирование экспериментов (Design of Experiments — DOE) по модели, используя функциональные возможности, предоставляемые в рамках Statistics Toolbox™ в среде MATLAB®.

Можно даже написать скрипт MATLAB®, который создает Планы на поверхности отклика (Response Surface Designs) (метод DOE) для вашей модели в COMSOL. Если вы заинтересованы в легко воспроизводимом и повторяемом взаимодействии с моделью, или, к примеру, хотите поделиться своей работой с другими, то также возможно написать специализированное MATLAB®-приложение, продемонстрированное ниже. Приложение, показанное здесь, может рекурсивно решить модель, сделанную в среде COMSOL, для набора запланированных точек, а затем создать поверхность отклика, которую в последствии можно использовать для принятия обоснованного инженерного решения.

Поверхность отклика нагревательного контура.

Чтобы сделать моделирование более реалистичным, вы можете даже использовать экспериментальные данные, описывающие изменение свойств материала в зависимости от температуры. Такие численные данные, могут быть предварительно обработаны с использованием функций ядра MATLAB или с помощью специальных функций/приложений, имеющихся в различных инструментариях, таких как Curve Fitting Toolbox™, и вы можете легко вызвать эти функции из среды COMSOL.

Теперь у вас есть функция MATLAB®, описывающая поведение материала, и вы можете вызывать её в среде COMSOL Multiphysics, а она в свою очередь вызывается DOE-приложением среды MATLAB®. Трудно представить себе более тесную степень интеграции между двумя программными продуктами.

Интегрируйтесь с помощью LiveLink™ для MATLAB®

Для объединения и совместного использования COMSOL Multiphysics и MATLAB®, вам потребуется модуль LiveLink™ для MATLAB®. Этот модуль расширения позволяет создать двустороннюю интеграцию программного комплекса COMSOL Multiphysics и MATLAB®. Помимо решения проблем, описанных выше, в следствие гибкости, обеспечиваемой данным модулем интеграции, вы сможете выполнять массу дополнительных операций по моделированию. Ниже список некоторых из его ключевых преимуществ:

• Использование функций и переменных
  • Вызов встроенных и пользовательских функций MATLAB® из COMSOL Desktop
  • Вызов модели COMSOL как функции в рабочем пространстве среды MATLAB®
  • Взаимодействие между средой COMSOL и переменными среды MATLAB®
• Программный контроль для настройки и запуска моделей
  • Рекурсивные операции с использованием циклов for и while
  • Управление с использованием операторов if-else, switch, break, и continue
• Анализ и извлечение данных
  • Специализированное извлечение данных и статистический анализ
  • Матрица пространства состояний для моделирования на системном уровне

Узнайте больше из нашего архивного вебинара

Для получения дополнительной информации о совместной работе в COMSOL Multiphysics и MATLAB® познакомьтесь с архивной версией нашего вебинара об Использовании MATLAB® с COMSOL Multiphysics® для моделирования и продвинутой настройки проектирования. На этом вебинаре Дипак Рамасвами Дипак (Deepak Ramaswamy) из компании MathWorks и я перечислили вам ряд сценариев моделирования, в которых совместные усилия COMSOL Multiphysics и MATLAB® могут предоставить большие преимущества. Вы также сможете ознакомиться с серией коротких обучающих видео, показывающих подробную информацию о настройке и решении задач оптимизации проектирования рассмотренной выше нагревательной цепи.

MATLAB является зарегистрированным товарным знаком The MathWorks Inc.

The post Сочетание COMSOL Multiphysics® и MATLAB® appeared first on RU Blog.