COMSOL Multiphysics 5.6

5.6

NOVEDADES

COMSOL Desktop

La versión 5.6 introduce una serie de mejoras en la ventana Gráficos, que incluyen funcionalidad para recortes interactivos y menús contextuales.

Mejoras en la ventana Gráficos
El menú contextual de la ventana Gráficos, introducido para las físicas en la versión 5.5. de COMSOL Multiphysics®, ahora soporta muchas más opciones, que incluyen, definiciones, geometría, malla, materiales y multifísica. Al hacer clic con el botón derecho y escoger una opción de un menú contextual, este método simplifica las selecciones a lo largo de todo el flujo de trabajo de modelado. La barra de herramientas de Gráficos tiene nuevas opciones para las vistas YX, ZY o ZX. Además, se puede controlar si el eje x, eje y, o eje z se debe utilizar como el eje vertical en la vista predeterminada 3D. Hay una nueva opción en la ventana Preferencias para hacer que los botones de la barra de herramientas de la ventana Gráficos sean más grandes, lo que pueden ser útil para monitores de alta resolución, y otra para cambiar el color de COMSOL Desktop®.

El clic derecho en la ventana Gráficos presenta un menú para añadir elementos, como sondas, a una selección. Aquí se muestra el modelo Multistudy Bracket Optimization

Recorte interactivo
Para facilitar la selección de aristas, límites y dominios que se encuentran dentro de un objeto circundante, ahora se puede utilizar el recorte interactivo. Añada planos, cajas, cilindros y esferas para seleccionar qué partes de una geometría se muestran. La funcionalidad de recorte interactivo funciona en todo el Constructor de modelo y está disponible desde un botón de menú Recortar en la barra de herramientas de Gráficos. Cuando se hace clic en el botón de la barra de herramientas, de forma predeterminada, se añade un nodo Plano de corte al nodo View, con configuraciones que se pueden ajustar en la ventana de Ajustes o interactivamente en la ventana Gráficos. Se pueden añadir y utilizar varios planos de recorte al mismo tiempo.

Plano de recorte en un modelo de motor de inducción. El artilugio, visible en el centro, permite la traslación interactiva y la rotación del plano de recorte para visualizar y seleccionar dominios y límites dentro de un objeto.

Mallado de capas límite en caras
Ahora se puede crear una malla de capa límite para caras en 3D. Con esto, se puede crear mallas barridas con elementos de capa límite utilizando la cara de malla de la capa límite como entrada para su malla barrida.

Cree una malla para la cara (izquierda), inserte la malla de la capa límite (centro) y barra la malla de la superfície de la capa límite (derecha).

Medida de la calidad de los elementos para elementos curvos
Cuando se utiliza una función de forma de geometría no lineal, los elementos de la malla se curvan para ajustarse a la geometría. Utilice la nueva medida de calidad, Asimetría curvada, en la ventana Estadísticas o un gráfico de Malla, para detectar problemas potenciales por el curvado de los elementos.

Gráfico de una malla gruesa (izquierda) y una malla más fina (derecha). Ambas están basadas en un orden de forma geométrica cúbico, y el color de los elementos indica el valor de la medida de calidad de la asimetría curvada (donde verde está bien, amarillo ok, y rojo mal). Utilizando un tamaño más fino, cada elementos se hace menos curvo, lo que lleva a una mejor medida de la asimetría curva.

Más herramientas de edición y reparación para mallas importadas
Se dispone de nuevas herramientas para mallas importadas que permiten hacer lo siguiente:

Utilice la nueva operación "Intersección con Plano" para cortar y particionar los elementos de una malla de superficie importada, por ejemplo, para eliminar la mitad de una malla simétrical. Utilice la operación "Borrar entidades" para eliminar la parte izauierda de la malla intersectada.

La malla resultante de las operaciones de intersección y borrado (izquierda) y la misma parte remallada utiliando la operación "Triangular libre" (derecha), preparándola para un subsecuente modelado.

Crear mallas desde conjuntos de datos de partición
Utilizando la operación Importar ahora se puede importar una malla con los datos de malla a partir de un conjunto de datos de Partición.

Malla creada desde un conjunto de datos Partición definiendo una superficie Neovius.

Geometría y malla

COMSOL Multiphysics® versión 5.6 incluye varias mejoras en la funcionalidad de geometría y malla. Algunas las hemos visto en el aparado del escritorio de COMSOL, otras las veremos a continuación:

Menús contextuales gráficos para geometría y malla
El menú contextual de la ventana de Gráficos proporciona acceso rápido a operaciones de geometría y mallado que pueden aplicarse a las entidades u objetos seleccoinados. En la interfaz de boceto 2D, también puede utilizarse este menú para cambiar entre las herramientas de dibujo.

Seleccione entidades en la ventana Gráficos y haga clic derecho para abrir un menú con opciones adaptadas al contexto actual.

Operador de interpolación de Lagrange
El nuevo operador laginterp(order,expression) evalúa la expresión dada, en los nodos Lagrange del orden dado, dentro de cada elemento de malla, y entonces, interpola. Existen muchos usos para este operador. Uno, por ejemplo es reducir el orden de interpolación de un campo, por ejemplo de funciones de forma cuadrática a forma lineal. Otro ejemplo de uso es para calcular derivadas espaciales de una expresión para la que las derivadas espaciales no esté implementada.

Estudios y resolvedores

COMSOL Multiphysics 5.6 incluye cálculos multinúcleo y clúster más rápidos y memoria más eficiente, nueva funcionalidad de Descomposición de dominios, un nuevo resolvedor de valores propios, y más.

Mejoras de rendimiento para cálculos multinúcleo y clúster
COMSOL Multiphysics 5.6 incluye varias mejoras de rendimiento para el proceso de solución. En particular, los requisitos de memoria se han reducido para el montaje de la matriz Jacobiana así como para el precondicionador multirejilla algebraica. La reducción es significativa tanto para cálculo multinúcleo como en clúster. Además los filtros suavizadores más importantes utilizados en el método multirejilla ahora son más eficientes, en particular para cálculos en clúster.

Como una ilustración de la mejora, considerando el siguiente ejemplo de referencia CFD de una carrocería Ahmed con flujo turbulento. El modelo utilizado en el banco de pruebas tiene una malla refinada, en comparación con la versión de la Galería de aplicaciones, con 6,3 millones de grados de libertad en un clúster de 16 nodos. En esta comparación, COMSOL 5.5 update III y 5.6 se instalan en un clúster en el que cada nodo tiene 48 núcles (2x Intel® Xeon® Platinum 8260 de 24 núcleos). Los resolvedores utilizados en la comparación son el resolvedor multirejilla algebraico (SA-AMG) como precondicionador a GMRES con el suavizador Gauss-Seidel acoplado simétricamente (denotado MG en los gráficos comparativos). Además, el método de solapamiento de Descomposición de dominio (Schwarz) se utiliza como precondicionador a GMRES con el método de multirejilla como resolvedor de dominio (denotado DD). Los gráficos a continuación muestran el rendimiento como tiempo de cálculo respecto número de nodos y uso de memoria respecto número de nodos.

Condición de límite absorbente para descomposición de dominio
En 5.6 es posible seleccionar una condición de contorno absorbente para los límites del dominio utilizados por el método de Descomposición de Dominio. Esto es útil para resolver la ecuación de Helmholtz, en particular para análisis acústico, y puede ser utilizado tanto por el método de Descomposición de Dominio sin solapamiento basado en Schur como en el basado en Schwarz con solapamiento. Esto permite resolver problmas de onda más grandes que los que eran posibles en versiones anteriores. Los nuevos métodos están pensados fundamentalmente para cálcuo en clúster.

Análisis acústico de la cabina de un coche para 5 kHz con la nueva condición de contorno Absorbente para el método de Descomposición de Dominio (Schur). El modelo tiene 30 millones de grados de libertad, que son divididos en 10 dominios. El cálculo de tiempo es 2900 s y el pico de memoria es 118GB cuando se utilizan 10 nodos de clúster, cada uno con 48 núcleos (2x Intel® Xeon® Platinum 8260 de 24 núcleos).

FEAST: Un nuevo resolvedor de valores propios
COMSOL Multiphysics® 5.6 viene con una interfaz para FEAST, que es un resolvedor diseñada para encontrar los valores propios dentro de un contorno de forma elíptica en el plano complejo. Este soporta las formulaciones usuales simétrica o no simétrica en COMSOL Multiphysics®. El método además soporta estimación automática del número de valores propios dentro del contorno, importantes para la robustez y el rendimiento. Un aspecto importante de FEAST es que se resuelven diferentes sistemas lineales de ecuaciones para cada punto de cuadratura a lo largo del contorno y esos problemas son independientes. Utilizando cálculo en clúster, es posible utilizar FEAST en paralelo para mejorar el rendimiento.

Nuevo precondicionador para ecuaciones de Navier-Stokes
Un nuevo precondicionador, Navier-Stokes en bloques, para CFD, se ha añadido en la versión 5.6. Está basada en los métodos clásicos como SIMPLE y SIMPLEC. El método facilita resolver las ecuaciones de velocidad y presión por separado, incluso en el caso de flujo incompresible. Esto a su vez facilita el uso de las técnicas multirejilla estánda con filtros suavizadores SOR o SOR Line. Puede obtenerse una reducción del tiempo de CPU hasta del 50% en comparación con versiones anteriores. El método es implementado en el nivel discreto y puede por tanto combinarse con varias formulaciones incluyendo modelos de turbulencia y pseudo tiempo paso a paso.

Nueva opción para GMRES: reutilización del espacio de Krylov
El popular resolvedor iterativo GMRES tiene una nueva opción en la versión 5.6: Uso de GCRO-DR. Cuando se activa, y cuando el método GMRES vuelve a arrancar, en lugar de reiniciarse para un espacio de Krylov vacío, el método reutiliza y mejora el espacio ya construido. Esto hace que el método se mucho más útil más allá del punto de reinicio, donde antes la convergencia podría a menudo deteriorarse de mala manera en un reinicio. Ahora el rearranque puede ser más fácil y con una penalización mucho menor al reiniciar en una situación típica. El espacio de Krylov también se reutiliza en el caso de resolver de nuevo, para resolvedores no lineales, paramétricos o dependientes del tiempo. El método almacena el doble de vectores, de una manera similar a FGMRES, pero el almacenamiento extra solo entra en juego en el arranque. En este punto, es típica la sobrecarga de memoria para obtener un comportamiento más sólido. El método puede verse como un método GMRES completo, aproximado, rápido y sencillo o como una alternativa a los métodos TFQMR o BICGStab, pero sin las características de convergencia algo impredecibles que son comunes a estos métodos.

Intel y Xeon son marcas registradas de Intel Corporation en EE.UU. y/o otros paises.

Postprocesado y visualización

Ya hemos visto anteriormente el recorte interactivo. A esta funcionalidad hay que añadir otras novedades que veremos a continuación:

Transparencia parcial
Cuando se trabaja con gráficos 3D, ahora se puede añadir transparencia a gráficos individuales en vez de globalmente. Utilizando diferentes transparencias en cada gráfico, se puede escoger que gráficos se quieren destacar en el grupo de gráficos. Después añadir el atributo Transparencia a un gráfico, se puede especificar la cantidad de transparencia (0-1).

Transparencia parcial en un modelo de un filtro de cavidad.

Aspecto de materiales y mapeo ambiental en gráficos
La visualización de materiales se ha mejorado y se ha añadido soporte para visualizar materiales en los gráficos. Ahora se pueden crear visualizaciones mezcladas donde varios gráficos muestran el resultado de una simulación mientras otros gráficos muestran pares de la geometría utilizando apariencias de materiales. También es posible mezclar apariencia de material con gráficos de colores sobre una superficie. La funcioinalidad Apariencia de material es un atributo, añadido a los gráficos individuales.

Además, es posible también seleccionar Reflexiones del entorno desde la barra de herramientas de Gráficos para crear reflexión de un entorno fotorealista predefinido alrededor de un dispositivo en la superficie de ese dispositivo. Esto le da una apariencia de material más realista.

Gráfico de análisis estructural de la horquilla de una mountainbike. Las tensiones en las superficies pintadas en negro no son relevantes para el análisis ni lo son las tensiones en las superficies cromadas. Las tensiones de von Mises se grafican únicamente en la superficie donde son suficientemente grandes para importar.

Imágenes incrustadas
Ahora es posible visualizar imágenes sobre superficies en 2D y 3D. Se pueden crear visualizaciones mezcladas donde se combinan resultados de una simulación con mapas, imágenes de fondo, y más. Las imágenes pueden ser mapeadas sobre superficies utilizando expresiones arbitrarias o mapeados predefinidos, planos, cilíndricos y esféricos.

Ondas sísmicas a través de la estructura interna de la Tierra. La imagen de satélite de la Tierra es de dominio público, vía Wikimedia Commons.

Modelo de impacto de un palo de golf golpeando una bola. La bola es muy deformada por el impacto. El logo de COMSOL se mapea en la superficie de la bola de golf. El color en la superficie del palo de golf muestra la acelaración superficial de 350 microsegundos después del impacto.

Elementos de orden superior en gráficos de mallado
Los gráficos de mallado ahora pueden ser utilizados para visualizar nodos de elementos de orden superior, para campos para los que se ha resuelto, asi como para puntos de nodo correspondientes a funciones de forma de geometría.

Elementos cúbicos y puntos de nodos en las palas retorcidas en un mezclador estático laminar. Las líneas de corriente muestran las dos corrientes que se están mezclando.

Marcadores gráficos en gráficos 1D
Se pueden añadir marcadores en gráficos 1D Global y gráficos de punto que destaquen tanto el máximo y mínimo global y local de un gráfico, e informen de los valores x-y. También se dispone de la opción de graficar el ancho de la banda de paso y la banda eliminada, por ejemplo, en gráficos de parámetros S. Puede verse esta funcionalidad en el modelo Detecting the Orientation of a Metallic Cylinder Embedded in a Dielectric Shell.

Los valores mínimo y máximo de una sección cruzada radar en escala dB con el respectivo ángulo de polarización, destacado en el modelo cylinder_orientation.

Marcadores gráficos mostrando la banda de paso de un filtro de guía de onda circular, así como las frecuencias en donde las reflexiones son mínimas.

Conjunto de datos de partición
El conjunto de datos Partición es una generalización del conjunto de datos Filtro, disponible en versiones anteriores del software, y posibilita particionar un dominio respecto a un conjunto de isosuperficies o contornos. Se puede utilizar la malla de superficie resultante o malla de volumen como fuente para la importación de malla y subsecuente uso en simulaciones. Por ejemplo, se pueden utilizar expresiones algebraicas implícitas o soluciones de campos calculados para particionar un objeto en múltiples partes sólidas y fludios basadas en valores de isoniveles. Esto permite la simulación multifísica sobre geometrías malladas creadas utilizando operaciones de modelado implícitas.

Se utilizó un conjunto de datos Partición para crear esta estructura de giroide con 3 dominios. Se visualizan los canales del giroide utilizando la nueva funcionalidad de transparencia parcial.

Gráfico de espectro frecuencial para funciones definidas por el usuario
Ahora se puede visualizar el espectro de frecuencias de cualquier función definida por el usuario, incluyendo funciones analíticas, interpolación y formas de onda.

Espectro de frecuencias de una función de forma de onda de siente de sierra suavizada visualizada utilizando escala logarítmica en el eje-y.

Conjunto de datos incrustado
Con el conjunto de datos Incrustado ahora se puede incrustar datos de solución 1D en un gráfico 2D, y datos de solución 2D en un gráfico 3D. Esto es de especial utilidad para visualizar valores vectoriales fuera de plano utilizando flechas.

La carga en un modelo 2D de una placa estructural visualizada en 3D utilizando un conjunto de datos Incrustado.

Exportación de formato de archivo de audio .wav
Los gráficos 1D dependientes del tiempo pueden exportarse en formato de archivo de audio .wav. Además, los gráficos de Respuesta impulsional, disponibles en el Módulo de Acústica, pueden exportarse en este formato. Puede seleccionarse si se exporta como 8 bits o 16 bits, así como cambiar la frecuencia de muestreo.

Ajustes para la nueva funcionalidad de exportación a archivo .wav. El ejemplo analiza el ruido generado por un motor eléctrico durante su operación con diferentes velocidades de rotación e incluye armónicos más altos. El sonido se exporta en dos localizaciones diferentes correspondientes a los canales de audio izquierdo y derecho.

Gráfico de anotación de tabla
Con el nuevo gráfico de Anotación de tabla se visualizan múltiples anotaciones basándose en una tabla definida por el usuario. Las coordenadas para el posicionamiento de anotaciona puede ser tanto números como expresiones en términos de parámetros globales.

Una simulación acústica de una tubería utilizando el gráfico de Anotación de Tabla.

Presentaciones en Microsoft® PowerPoint® en informes
El generador de informes ahora puede crear transparencias de PowerPoint® que documenten un model y que pueden utilizarse en las presentaciones. La rama de informes en el árbol del modelo permite definir la estructura de la presentación y seleccionar las características de otras partes del árbol del modelo que se desee incluir. También se puede añadir la plantilla de PowerPoint® corporativa.

El generador de informes permite controlar la estructura, contenido y plantilla que se quiere utilizar para una presentación.

Nueva funcionalidad adicional

• Vector de coordenadas en anotaciones
  - Ahora se pueden entrar vectores de coordenadas y utilizar un conjunto de datos Punto de corte para posicionar una anotación
• Segmentos lineales en gráficos 1D
  - Utilizando la nueva funcionalidad Segmentos lineales, se puede entrar una secuencia de coordenadas x e y para añadir segmentos lineales auxiliares a un gráfico 1D
• Barras de error
  - Una nueva subfuncionalidad Barras de error posibilita añadir barras de error a gráficos globales 1D y gráfica de punto.
• Separadores de columna para exportar
  - Ahora se puede controlar el tipo de separador de columna que se utiliza para crear archivos con las funcionalidades Exportar > Datos y Exportar > Gráfico
  - Puede escogerse entre coma, espacio, tabulación, punto y coma, barra vertical
• Gráfico de punto
  - Se puede visualizar puntos como esferas, bloques, o elipsoides en vértices de geometría.