研究和求解器更新

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本在性能方面进行了多项改进,尤其是针对非线性问题和并行计算。此外,边界元法 (BEM) 经过优化,更适用于高频电磁学以及处理涉及薄间隙的问题,并支持具有时间周期性的“不求解的变量”。新版本还引入了对反对称问题使用快速傅里叶变换 (FFT) 的选项,并新增了对左特征矢量的支持,可应用于非对称问题的模型降阶和灵敏度分析。请阅读以下内容,进一步了解所有更新内容。

集群和多核性能得到提升

在 COMSOL Multiphysics® 6.2 版本中,集群和多核计算的性能提升高达 40%,边界元法 (BEM) 在集群上的内存平衡和性能也得到了显著改善。

新的约束处理方法

新版本中添加了一种全新的混合方法来处理约束。通常情况下,完整的奇异值分解 (SVD) 的计算成本非常高,新方法在处理较大的约束块时采用了高斯消元法,而对于较小的块仍然采用奇异值分解进行处理。这种混合方法在处理大规模仿真中的非局部约束问题时尤为实用。

以 Prism 颜色表显示的电容麦克风模型。
“Brüel & Kjær 4134 电容麦克风”教学案例使用混合零空间函数来消除约束。

不求解的周期性输入

在需要依次求解时间周期问题和瞬态问题的仿真中,现在只需模拟周期场的一个周期。用户可以在瞬态求解器 节点的高级 栏中直接启用此功能,这使您能够模拟旋转机械的单个周期,然后在更大的时间尺度(大于单个机器旋转周期)上求解其他瞬态场问题。

两个釜式反应器模型,其中以 Rainbow 颜色表显示浓度。
在这个釜式反应器模型中,流体流动具有时间周期性,而稀释反应物的浓度随时间变化的时间尺度远大于旋转周期。

支持半周期 FFT

现在,用户可以仅使用信号数据的前半部分来计算反对称问题的 FFT。对于大型瞬态模型,由于不需要计算整个周期来执行 FFT,因此计算时间可以减半。

以 Rainbow 颜色表显示的“E 磁芯变压器”模型,磁芯周围带有白色箭头。
半周期反对称可用于对 E 磁芯变压器进行建模。

边界元法 (BEM)

性能得到提升

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本中增强了负载和内存平衡,现在,在集群上执行 BEM 分析的速度比以前的软件版本整整快了 7 倍。即便是在非集群配置下,改进的求解器也能将计算时间节省多达 35%。

以 Wave Light 颜色表显示的潜艇模型。
在 COMSOL Multiphysics® 6.1 版本中,具有 250 万个自由度的“潜艇目标强度”教学案例在 6 个集群节点上计算 6 kHz 下的情况需要 7 小时 30 分钟才能完成求解;而使用 COMSOL Multiphysics® 6.2 版本则可以在 55 分钟内求解相同的模型。

用于近距离接触网格单元的特殊正交

正交 栏中的薄间隙处理 选项可以对近距离接触的网格单元进行变量转换,从而在组装过程中实现更精确的集成。这一转换方法可以大幅提高处理薄间隙问题的精度,例如,涉及电容器或通过薄波导声辐射的问题。

新的非线性求解器选项

新版本引入了一系列新的选项,旨在改善非线性求解器的性能或鲁棒性。在伪时间步进加速中,添加了用于平滑残差的新选项,以减少非线性迭代次数。此外,还为比例积分微分 (PID) 控制器添加了多个新选项。对于传递问题,Anderson 加速度也得到了改进,并添加了一个选项来控制何时使用 Anderson 步长(而不是常规的牛顿步长)。上述功能改进的整合可以大幅提升性能。

最小雅可比矩阵更新的功能改进

在处理瞬态问题时,可以通过在全耦合 节点或分离式求解器 变量节点中将雅可比矩阵更新 选项设置为最小 来自动更新雅可比矩阵,从而可以在不损害鲁棒性的情况下提高性能。新版本已经实现了一种更为稳健的新算法,用于确定何时应该更新雅可比矩阵。新的算法默认处于激活状态,您也可以通过清除使用线性启发式算法实现自适应容差 复选框来停用新算法,恢复使用 COMSOL Multiphysics® 6.1 版本中提供的算法。

 

线性求解器的自适应容差

现在,用户可以选择在线性求解器中使用自适应容差。尽管这可能会导致非线性迭代次数的增加,但可以显著降低每次非线性迭代的线性迭代次数,从而显著提升性能。这一自适应功能基于全误差估计、部分误差估计或非线性残差,您可以在全耦合 求解器节点或分离式求解器 变量节点下很方便地访问此选项。

计算左特征矢量

相当多的多物理场问题(例如涉及声-结构相互作用的问题)通常都涉及非对称公式,使用左特征矢量可以改进此类问题的模型降阶、优化和灵敏度分析。特征值灵敏度求解器和模态求解器现在可以使用左特征矢量,在特征值求解器 节点下的计算并存储左特征矢量 选项用于控制是否计算它并最终存储。如果依次使用特征值求解器和模态或模型降阶求解器,则计算并存储左特征矢量 默认设置为

油箱模型,其中以 Wave Light 颜色表显示等值面图。
非对称问题的灵敏度分析和模型降阶都受益于左特征矢量的计算。在上图中,振动油箱中的声-结构相互作用导致了这样的非对称问题。

在输出中存储变量的新方法

用于在输出中存储变量的选项已从研究步骤的因变量值 栏移到其自己的在输出中存储 栏中,这一变更为指定要存储的变量提供了一种更简便的方法。

存储求解器日志

日志 窗口中显示的求解器日志仅限于给定的字符数,您可以在首选项 中增加最大字符数。然而,在调试较大的模型时,将日志存储在文件中可能更加实用。此选项现在位于首选项 窗口的日志和消息 栏中。

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