为了帮助理解我们生存的复杂宇宙，传统上利用不同的学科划分来区分物理现象。然而，自然和工程问题常常会跨越这些学科边界。COMSOL Multiphysics®软件的一个主要优势是可以轻松地解释这种学科间的相互作用，我们称之为多物理场相互作用。COMSOL®软件提供了大量内置的多物理场耦合，甚至可以让你自定义物理场耦合。阅读本文，您将了解关于这个主题的COMSOL学习中心的三部分课程。
多种物理场，多种方法
当需要为多物理场模型添加物理场时，可以通过多种方式处理物理场设置。在 COMSOL Multiphysics 中，有三种不同的方法：
- 全自动
- 带有预定义耦合的手动
- 带有用户定义耦合的手动
在 COMSOL 学习中心的新课程“定义多物理场模型”中，每个部分都按照上述顺序介绍了一种方法。每种方法对于不同的建模场景都是有利的，并且在实施的难易程度和用户所需的工作量方面都有所不同。
在课程的开始，我们将对自动实现的方法进行讨论和介绍，因为这是最方便的一种方法，在任何情况下都是最理想的选择。如果你正准备开始为多物理场模型添加物理场，这个方法将特别有用。之后，我们将逐渐介绍手动实现方法，这通常需要更多的时间和工作。在一些情况下，还需要对所涉及的物理方程有深入的了解。
在课程中，我们使用 COMSOL 案例库中的同一个示例模型：热微执行器教程模型的热-电-机械版本来介绍这三种方法的使用。我们介绍这个案例的目的是：
- 使您能够熟悉并轻松地使用示例模型
- 在亲自体验了使用不同的方法模拟小示例后，您可以深入了解物理场耦合的各种方式
热微执行器教学模型的应力结果图，这是整个课程中使用的示例。
自动设置多物理场模型
在课程的第一部分，我们介绍了全自动方法。使用这种方法需要的步骤和投入最少。
自动是指使用 COMSOL Multiphysics 中现成的预定义多物理场接口，以及为正在模拟的多物理场相互作用自动进行的预配置设置，包括计算模型时使用的求解器以及为解生成的默认图。将这些接口添加到模型会使建模过程变得简单，因为它们会自动将必要的物理场接口和多物理场耦合功能一次性添加到模型中。
在学习中心课程的第 1 部分，我们将讨论如何使用自动方法更快地深入定义多物理场模型的物理场，而无需了解细节。我们还介绍了整个课程中使用的示例：热微执行器教学模型。
选择物理场窗口，其中已将多物理场接口添加到模型中。这一过程使用模型向导完成。
一次定义一种物理现象
在课程的第 2 部分中，我们介绍了使用预定义耦合的手动方法。
在对多个物理现象进行建模时，模拟计算量可能会很大，具体取决于空间维度、网格单元的大小，以及所涉及的物理场接口的数量等其他因素。如果你遇到求解器错误，或是想要更改任何物理设置后再重新计算模型，计算可能会更加耗时。
通过使用根据所涉及的物理场和所模拟的多物理场相互作用在逻辑上排序的增量方法，即使不能完全消除这些潜在的障碍，也可以将其最小化。这就是为什么这种建模策略被称为具有预定义耦合的手动方法的原因。使用这种方法，多物理场模拟会被分解为多个研究，我们可以逐渐地添加并建立在每个物理场接口上，直到实现完整的多物理场问题模拟。
这种方法是有利的。它使我们能够一次将注意力集中在一个物理场接口或物理场接口的组合上。但是，在获得完整的多物理场模型设置和解决方案之前，确实需要更多的步骤和精力来实施。
热微执行器的电阻加热模型树，使用预定义耦合方法的手动方法。
利用物理场设置的灵活性
在第 3 部分，我们将探讨在没有预定义的多物理场接口或多物理场耦合可用于物理场接口组合的情况下，应该如何为多物理场模型定义物理场。在这种情况下，我们可以手动管理模型中不同物理场接口之间的耦合。我们将此称为使用用户定义耦合的手动方法，因为我们需要添加相应的物理场接口并手动实现自定义的和用户定义的多物理场耦合。
使用这种方法，COMSOL Multiphysics 的灵活性才真正发挥了作用，因为可以通过多种方式手动耦合模型中的物理场接口，包括：
- 域源特征、载荷和约束
- 守恒定律节点
- 材料属性
- 模型输入
- 边界条件和约束
- 初始条件
- 方程视图节点
- 派生变量
- 用户定义的表达式
但是，应该注意的是，在迄今为止讨论的所有方法中，这种方法需要最大的努力来实现和对方程的理解，以及应该如何定义方程对多物理场相互作用的贡献。
显示方程式视图节点的模型树，该节点通过显示更多选项对话框启用。
加快模型构建过程
完成学习中心的课程后，你将学会如何通过以下方法加快模型构建：
- 利用 COMSOL®软件中提供的多物理场接口和耦合选项
- 通过采用增量模型构建，加快多物理场模型的故障排除
- 学会使用课程中用自定义、用户定义表达式处理不同物理场接口之间耦合的指南
点击下列按钮，阅读并观看课程中的内容，全面了解自动方法、使用预定义耦合的手动方法和使用用户定义耦合的手动方法：
请继续关注本课程的后续部分，这将继续扩展您在 COMSOL Multiphysics 中耦合多种物理现象以进行仿真的各种功能和方法。祝您建模愉快！
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