Обновление функций работы с геометрией

Программный пакет COMSOL Multiphysics® версии 5.3 содержит множество улучшенных функций работы с геометрией. В этой версии программы можно задать локальную систему координат для облегчения геометрических построений и определения физического поведения объектов. Новая опция Remove Details (Удалить детали) автоматически создает виртуальные геометрические операции. Кроме того, некоторые геометрические операции стали намного быстрее и используют меньше памяти. Ознакомьтесь с обновлениями функций работы с геометрией ниже.

Использование систем координат, заданных рабочими плоскостями, при создании геометрических моделей

До появления новой версии программного пакета COMSOL Multiphysics® при создании геометрических моделей приходилось задавать координаты и ориентацию в пространстве геометрических примитивов с помощью глобальной системы координат. Теперь можно работать в локальной системе координат, внося изменения в настройки примитивов или преобразований, которые используются для создания геометрических моделей. Для этого сначала создайте рабочую плоскость, которая определяет локальную рабочую систему координат. Новые геометрические примитивы, добавленные позже к существующей геометрической модели, будут использовать новую локальную систему координат, поэтому задать их положение и ориентацию в пространстве намного проще. Для использования этой новой функциональности в окне Settings (Настройки) выберите рабочую плоскость в разделе Coordinate System (Система координат). Теперь рабочая плоскость и ее система координат — xw, yw и zw — видны в графическом окне.

Системы координат, определяемые ориентациями геометрических элементов

Иногда формулировка физических уравнений и свойств определяется через направляющие векторы в системе координат, к которой они принадлежат. Тем не менее, если геометрия области моделирования не будет легко совмещаться с глобальной системой координат, могут возникнуть трудности с определением физических уравнений и свойств, которые зависят от направлений координат. Примером служат определения физических параметров анизотропных материалов, которые зависят от их ориентации.

Теперь можно использовать локальную систему координат, которая совпадает с положением и ориентацией геометрического объекта, чтобы определить физические уравнения и свойства. В пункте меню Coordinate Systems (Системы координат) узла Definitions (Определения) можно выбрать новый тип системы координат: System from Geometry (Система координат, зависящая от геометрии). Эта функция создает систему координат, соответствующую выбранной рабочей плоскости, что упрощает создание физической системы координат, связанной с заданным геометрическим объектом. Теперь физические уравнения определяются с использованием новых координатных осей xw, yw и zw. Кроме того, векторные системы Base Vector System (Система базисных векторов), Rotated System (Повернутая система координат), Cylindrical System (Цилиндрическая система координат) и Spherical System (Сферическая система координат) также можно задать относительно локальной системы координат рабочей плоскости.

Пример использования систем координат, заданных ориентацией геометрических моделей, в программном пакете COMSOL Multiphysics. Рабочая плоскость совпадает с нижним основанием цилиндра, которое наклонено на некоторый угол по отношению к глобальной системе координат. Локальная система координат совмещена с рабочей плоскостью. Физические уравнения и свойства можно задать в этой системе координат. Рабочая плоскость совпадает с нижним основанием цилиндра, которое наклонено на некоторый угол по отношению к глобальной системе координат. Локальная система координат совмещена с рабочей плоскостью. Физические уравнения и свойства можно задать в этой системе координат.

Использование комбинированных систем координат, определяемых различными ориентациями геометрических элементов

Определение физики и свойств для нескольких геометрических областей может быть затруднено при неодинаковых ориентациях областей геометрических объектов. Чтобы учесть это, программное обеспечение COMSOL Multiphysics® не меняет исходные уравнения, а использует комбинированные системы координат.

В узле Combined System (Комбинированная система координат) в узле Definitions (Определения) (см. изображение) система координат может быть задана в соответствии с различными ориентациями геометрических объектов в разных областях геометрии. Используя комбинированную систему координат, можно определить физические уравнения и свойства в соответствии с ориентацией соответствующей области.

Пример использования объединенной системы координат, которая определяется различной ориентацией геометрических моделей.

Две области с разной ориентацией связаны друг с другом. Локальную систему координат для каждой области можно привести в соответствие с ориентацией и расположением соответствующей геометрической модели с использованием опции System from Geometry (Система координат, зависящая от геометрии) из рабочей плоскости Face parallel (Вдоль грани).

Две области с разной ориентацией связаны друг с другом. Локальную систему координат для каждой области можно привести в соответствие с ориентацией и расположением соответствующей геометрической модели с использованием опции System from Geometry (Система координат, зависящая от геометрии) из рабочей плоскости Face parallel (Вдоль грани).

Автоматическое удаление геометрических объектов с помощью виртуальных геометрических операций

Для предварительной обработки геометрии, созданной в CAD-системе, добавлена новая трехмерная геометрическая операция Remove Details (Удалить детали), которая позволяет построить более удобную сетку. Это особенно удобно для геометрических моделей, содержащих мелкие объекты, наличие которых приводит к построению низкокачественных сеток с большим числом элементов, если их не обработать предварительно.

Операция автоматически удаляет короткие ребра, а также маленькие и заостренные (узкие) грани из геометрий. Операцию Remove Details (Удалить детали) можно провести в двух режимах: Automatic (Автоматический) иManual (Ручной). При удалении деталей в автоматическом режиме операция Remove Details (Удалить детали) создает последовательность виртуальных рабочих узлов, которые можно просматривать и редактировать, переключаясь в режим Manual (Ручной).

Слева: геометрическая модель CAD до удаления деталей. Справа: сетка, построенная до удаления деталей геометрической модели CAD. Сетка, построенная для геометрической модели с короткими ребрами, узкими и заостренными гранями (слева), получается низкого качества (справа). Сетка, построенная для геометрической модели с короткими ребрами, узкими и заостренными гранями (слева), получается низкого качества (справа).
Слева: улучшенная геометрическая модель и сетка после использования команды Remove Details (Удалить детали) в COMSOL Multiphysics версии 5.3. Справа:  улучшенная сетка, построенная после удаления деталей геометрической модели.

После повторного построения геометрической модели с помощью операции Remove Details (Удалить детали) (слева) качество сетки улучшилось (справа).

После повторного построения геометрической модели с помощью операции Remove Details (Удалить детали) (слева) качество сетки улучшилось (справа).


Путь к примеру, который использует операцию Remove Details (Удалить детали) в Библиотеке приложений:
ECAD_Module/Tutorials/pcb_import

Улучшенная операция протяжки

Операция протяжки граней для формирования трехмерных объектов теперь стала более гибкой. Выбирая Vertices to extrude to (Протянуть к точкам) в разделе Distances (Расстояния) окна Settings (Настройки) узла Extrude (Протяжка), можно протянуть грань, пока она не достигнет существующего объекта, заданного одной или несколькими вершинами. Для создания трехмерных объектов, симметричных относительно плоскости, можно выбрать Distances from plane (Расстояние от плоскости) в секции Distances (Расстояния) окна Settings (Настройки) узла Extrude (Протяжка). Это дает возможность протягивать плоскость в двух противоположных направлениях, используя положительные и отрицательные значения в соответствующих полях редактирования.

Слева: изображение окна Settings (Настройки) опции Extrude (Протяжка). Справа: геометрическая модель в графическом окне. Стрелка показывает длину протяжки.

Слева: окно Settings (Настройки) опции Extrude (Протяжка), в котором входная грань протягивается до указанной точки. Справа: стрелка в графическом окне показывает длину протяжки.

Слева: окно Settings (Настройки) опции Extrude (Протяжка), в котором входная грань протягивается до указанной точки. Справа: стрелка в графическом окне показывает длину протяжки.

Улучшения создания выборок объектов с помощью цилиндрической и дисковой выборок

Новые настройки, полезные для сложных массивов со многими компонентами, позволяют упростить выборку объектов (например, границы), которые затем можно использовать для дальнейших операций. В трехмерном представлении можно выбрать участки геометрии, окружая их частями цилиндра. Операция выборки Cylinder (Цилиндрическая выборка) в трехмерном представлении, которая находится в узлах Geometry (Геометрия) и Definitions (Определения), теперь позволяет определять внутренний и внешний радиус, а также угол, задающие область включения геометрических объектов в выборку Cylinder (Цилиндрическая выборка). Она описывает область, ограничивающую объекты, которые будут добавлены в выборку. Подобные операции могут быть выполнены в двухмерном представлении, используя операцию выборки Disk (Дисковая выборка), которая раньше называлась операцией выборки Ball (Шаровая выборка).

Пример геометрической модели COMSOL с выборкой Cylinder (Цилиндрическая выборка).

Выборка Cylinder (Цилиндрическая выборка) позволяет отобрать объекты, ограниченные границами полого цилиндра.

Выборка Cylinder (Цилиндрическая выборка) позволяет отобрать объекты, ограниченные границами полого цилиндра.

Отрезок

В версии 5.3 программного пакета {comsolmph} введен новый геометрический примитив для двухмерных и трехмерных операций — Line Segment (Отрезок). Начальную и конечную точки можно задать, выбрав вершины или введя координаты в окне Settings (Настройки) примитива Line Segment (Отрезок).

Создание двухмерных выборок из трехмерных с использованием поперечных сечений

В программный пакет COMSOL Multiphysics® добавлены улучшения для более легкого задания выборки. В частности, теперь очень просто создавать двухмерные выборки из выборок, которые были определены в трехмерном представлении. Например, это удобно, если вы хотите создать двухмерную осесимметричную геометрию из импортированной трехмерной геометрии. Если в CAD были заданы трехмерные граничные выборки для входного и выходного сечений и стенок расчетной области, эти выборки теперь будут доступны как двухмерные граничные выборки при настройке физического интерфейса в осесимметричной задаче.

Доступ к новой функциональной возможности для создания двухмерных выборок происходит через функцию Cross Section (Поперечное сечение). Ее можно сделать доступной, установив флажок Selections from 3D (Выборка из трехмерного представления) в окне Settings (Настройки) соответствующего узла. Эта операция создаст двухмерную выборку из каждой трехмерной выборки, определенной в последовательности геометрии, которая предшествует узлу рабочей плоскости. Двухмерная выборка строится пересечением между рабочей плоскостью и трехмерной выборкой. С помощью этой опции выборка областей и границ в двумерной модели будет создана на основе выборки областей и границ в трехмерной модели.

Варианты геометрических моделей

Теперь при создании своей собственной библиотеки геометрических моделей несколько вариантов модели можно хранить в одном файле, имеющем расширение .MPH. Каждый вариант определяется узлом Geometry part (Геометрическая модель) в узле Global definitions (Глобальные определения), в которых необходимо установить флажок Show as variant in part library (Отображать в библиотеке моделей как вариант) в окне Settings (Настройки). Как правило, один из вариантов содержит основную геометрическую последовательность для построения модели, а другие — дополнительные операции, которые строят экземпляр «рабочего» варианта модели. При загрузке геометрической модели, имеющей несколько вариантов, появляется диалоговое окно, в котором можно выбрать, какой вариант использовать.