comsol 多体动力学（comsol多体动力学仿真案例）

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本文目录一览：

• 1、人工智能与有限元
• 2、有限元分析软件的常见软件
• 3、comsol 到底是什么原理的啊，希望拿磁场方面的给与解释

人工智能与有限元

谷歌的AlphaGo与柯杰的大战已经结束数日，而DeepMind承诺的50分棋谱也已经公布，而作为当前最先进的计算机“技术”，有限元方法有没有与机器学习（人工智能）进一步结合并碰发出绚丽的“火花”呢？？
答案是肯定的！！！

什么是人工智能

人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。 人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”。

机器学习是人工智能的一个分支，简单地说，就是通过算法，使机器能从大量历史数据中学习规律，从而对新的样本做智能识别或对未来进行预测。

常见的机器学习算法如：

✔神经网络（Neural Network）

✔支持向量机(Support Vector Machines, SVM)Boosting

✔决策树（Decision Tree）

✔随机森林（Random Forest）

✔贝叶斯模型（Bayesian Model）等。

早期的机器学习算法由于受到理论模型和计算资源的限制，一般只能进行浅层学习，只在搜索排序系统、垃圾邮件过滤系统、内容推荐系统等地方有所应用。

而之后发生的几件事，掀起了深度学习的浪潮。一件是2006年，加拿大多伦多大学教授Hinton和他的学生Salakhutdinov在Science上发表了一篇文章，揭示了具有多个隐层的神经网络（即深度神经网络）优异的学习性能，并提出可以通过“逐层初始化”技术，来降低深度学习网络训练的难度；

第二件事是在2012年 底，Geoff Hinton 的博士生 Alex Krizhevsky、Ilya Sutskever利用卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）在图片分类的竞赛 ImageNet 上，击败了拥有众多人才资源和计算资源的Google，拿到了第一名。

如今机器学习已深入到包括语音识别，图像识别，数据挖掘等诸多领域并取得了瞩目的成绩。

有限元法的发展简史

有限元方法（FEA）即有限单元法，它是一种数值分析(计算数学)工具，但不是唯一的数值分析工具。在工程领域还有其它的数值方法，如：有限差分法、边界元方法、有限体积法。

有限单元法已成为一种强有力的数值解法来解决工程中遇到的大量问题，其应用范围从固体到流体，从静力到动力，从力学问题到非力学问题。事实上，有限单元法已经成为在已知边界条件和初始条件下求解偏微分方程组的一般数值方法。

有限单元法在工程上的应用属于计算力学的范畴，而计算力学是根据力学中的理论，利用现代电子计算机和各种数值方法，解决力学中的实际问题的一门新兴学科。它横贯力学的各个分支，不断扩大各个领域中力学的研究和应用范围，同时也在逐渐发展自己的理论和方法。

神经网络与力学

其实，在深度学习浪潮掀起之前，力学和工程领域早已开始在计算力学研究中结合神经网络模型，开发出更优的算法，一个典型的例子便是有限元神经网络模型。

由于在实际工程问题中存在大量的非线性力学现象，如在结构优化问题中，需要根据需求设计并优化构件结构，是一类反问题，这些非线性问题难以用常规的方法求解，而神经网络恰好具有良好的非线性映射能力， 因而可得到比一般方法更精确的解。

将有限元与神经网络结合的方法有很多，比如针对复杂非线性结构动力学系统建模问题，可以将线性部分用有限元进行建模，非线性构件用神经网络描述（如输入非线性部件状态变量，输出其恢复力），再通过边界条件和连接条件将有限元模型部分和神经网络部分结合，得到杂交模型。

另一种方法是首先通过有限元建立多种不同的模型，再将模态特性（即最终需要达到的设计要求）作为输入变量，将对应的模型结构参数作为输入变量，训练神经网络，利用神经网络的泛化特性，得到设计参数的修正值。

结合Monter Carlo方法，进行多组有限元分析，将数据输入神经网络中进行训练，可以用来分析结构的可靠度。

已有研究成果

[1]余凯,贾磊,陈雨强,徐伟. 深度学习的昨天、今天和明天[J]. 计算机研究与发展,2013,09:1799-1804.

[2]周春桂,张希农,胡杰,谢石林. 基于有限元和神经网络的杂交建模[J]. 振动工程学报,2012,01:43-48.

[3]费庆国,张令弥. 基于径向基神经网络的有限元模型修正研究[J]. 南京航空航天大学学报,2004,06:748-752.

[4]许永江,邢兵,吴进良. 基于有限元-神经网络-Monte-Carlo的结构可靠度计算方法[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版),2008,02:188-190+216.

未来的一些方向

1、图形显示方面（有限元与ARVR）

随着有限元计算涉及的领域以及计算的规模不断增大，计算结果的高效、高质量的前后处理也随之成为了一个问题。

ARVR在图形化数据展示方面，将我们从显示屏解放出来，可以以一种更加直观的方式查看计算分析数据，未来在分析结果VR展示方面，会有较大的突破。

国内也有学者已经展开了相关方面的研究，比如《虚拟现实环境中有限元前后处理功能实现》等论文，有限元虚拟处理技术(FEMVR)也开始逐步进入相关软件领域，例如：ANSYS COMSOL可以和MATLAB做交互，新版MATLAB内置了一些人工智能算法。

2、有限元与大数据、云计算

计算规模增大，伴随着计算机能力的提升，随之而来的云计算，解脱了对于计算机硬件的束缚，对于可以放开规模与数量的分析计算，有限元与大数据以及云计算的碰撞，对于未来问题的解决，将有一个质的飞跃，量变到质变的直观体现，在有限元与大数据中会有一个绚丽的展示。

3、有限元与人工智能

人工智能作为全球热的技术，与“古老”的有限元之间，相信可以在老树上发新芽，而我们可以欣喜的看到，相关的研究也已经开展，期待未来对于现实问题的解决，能有更好的更优的方案。

4、CAD数据与CAE数据的无缝对接

目前等几何分析（Isogeometric Analysis, IGA）的发展热度来看，将CAD中用于表达几何模型的NURBS基函数作为形函数，克服FEA中模型精度损失的问题，实现CAD和CAE的无缝结合，是一个很有前途和潜力的发展方向。

5、CAE与MBD的深度融合

未来CAEFEM可能会与多体动力学仿真（MBS）软件深度整合起来。实际系统中某些运动部件的弹性无法忽略，甚至是主要动力学行为的来源，所以就产生了柔性多体动力学仿真这个需求，这样只需要定义相关部件的受力和边界条件，其余的都是内部作用，仿真即节省工作量又较为真实可信。而且现在的确有很多MBS软件里面可以把部件建成弹性体，如LMS Virtual Lab，Simpack等等，但过程没有那么傻瓜；除了简单的梁、轴等零件，复杂形状的零件要依赖FEM软件事先生成的数据文件。

6、网格工作的智能化，傻瓜化

将来对弹性体建模可能更加傻瓜，先把刚性多体系统模型建起来，然后在建模环境（前处理）中直接make body flexible，系统可以根据这个部件的形状、材料、边界条件等选择合适的网格类型，并把运动和力的作用点couple到对应的节点（组）上。比如说汽车悬挂系统仿真，在一个工作环境下就能把某个部件的应力校核给做了，而不需要说搞多体建模的人要把边界力生成一个load case再发给专门的FEM工程师去做。

（部分来自知乎）

如何追上有限元的发展

任何技术的进步，都要在实践中展示技术的威力，有限元的发展，会随着技术的进步，特别是计算机技术的进步，在未来无论是应用软件的研究还是智能程序的开发，都将有无限的机会与可能。

积极学习新技术，新方法，在应用领域，关注有限元相关软件的新功能。

1、了解热点、跟踪前沿

2、结合实际拓展应用

3、掌握自动化相关技术

想要更多，点击此处

有限元分析软件的常见软件

Femap+ NX Nastran
Siemens PLM Software家族comsol 多体动力学的Femap以Parasolid为内核comsol 多体动力学，具有 20年专注于有限元建模领域的工程经验，有助于用户将复杂的模型建模简单化，其基于 Windows 的特性为用户提供了强大的功能，且易学易用！Femap 产品被广泛地应用于多种工程产品系统及过程之中，例如comsol 多体动力学：卫星、航空器、重型起重机、高真空密封器等。Femap 提供了从高级梁建模、中面提取、六面体网格划分，到功能卓越的CAD输入和简化的工具。NX Nastran是CAE解算器技术事实上的标准，是全球航空、航天、汽车、造船等行业绝大部分客户认可的解算器。
NX Nastran与Femap的结合为用户提供了一个强大且可承受的解决方案。它是一个许可证灵活、融合了 Siemens PLM Software公司的“公平的市场价值”的价格哲学理念的软件包，为用户提供了强有力的有限元分析工具，用户只需支付较低的整体价格就能得到最高级的Nastran功能。Femap + NX Nastran已经在全球各行业超过10000家企业应用。

COMSOL Multiphysics
COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件。广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家称为“最专业的多物理场全耦合分析软件”。模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。
pFEPG
元计算科技发展有限公司首席科学家、中国科学院数学与系统科学研究所梁国平研究员团队历经八年的潜心研究，独创了具有国际领先水平的有限元程序自动生成系统（pFEPG）。pFEPG采用元件化思想和有限元语言这一先进的软件设计，为各种领域、各方面问题的有限元求解提供了一个极其有力的工具，采用FEPG可以在数天甚至数小时内完成通常需要数月甚至数年才能完成的编程劳动。pFEPG是目前“幸存”下来的为数不多的CAE技术中发展最好的有限元软件，目前有三百多家科研院、企业应用。也已成为国内做的最大的有限元软件平台。
pFEPG作为通用型的有限元软件,能够解决固体力学、结构力学、流体力学、热传导、电磁场以及数学方面的有限元计算，在耦合具有特有的优势，能够实现多物理场任意耦合；在有限元并行计算方面处于领先地位。
SciFEA
SciFEA软件开发的计算功能包括梁、板、壳结构计算；弹性、弹塑性、粘弹性、粘弹塑性、非线性弹性计算；热分析、流体分析、流固耦合、热固耦合、热流固耦合计算等功能。计算的类型包括静力、动力、模态分析等。SciFEA软件已形成了单机版、网络版、集群并行版、GPU并行版，GPU并行版是基于新的GPU/CPU混合架构的并行有限元计算系统。SciFEA可用于机械、土木、电气、电子、热能、航空航天、地质、能源等专业的有限元计算分析。也可用于高校研究所等单位的有限元教学与科研。
结构特点
SciFEA抛弃了传统CAE软件复杂结构体系设计模式，采用直接面向用户需求的独立模块开发方式。SciFEA软件中的功能模块保持了计算的独立性，对CAE软件功能扩展的复杂度降低。同时，进一步和行业需求集成的灵活度增加。
SciFEA软件包括软件操作界面、前后处理和计算功能模块三大部分。前后处理采用欧洲工程数值模拟中心开发的GiD软件包，SciFEA3.0版提供计算功能模块包括comsol 多体动力学：弹性计算、塑性计算、流体计算、粘弹性计算、材料计算、结构计算、损伤破裂计算、水热力耦合计算、传热计算、渗流计算、电磁计算、电热力耦合计算、岩土计算、热固耦合计算、化学反应计算等；计算类型包括稳态、瞬态、动力、非线性等。
SciFEA发布的计算功能模块均提供算例，用户可以结合算例学习SciFEA。SciFEA的用户模块挂载功能实现了计算模块的快速整合以及耦合问题的快速求解。
软件系列
SciFEA提供单机版、网络版、机群并行版、显卡（GPU）并行版，发行的版本为3.0版本。单机版、网络版均提供免费试用的版本。使用版本的使用方式和正式版本一致，只是在计算的单元规模上有少于3000个单元的限制。网络版iSciFEA提供了试用的通用帐号（用户名comsol 多体动力学：guest；密码SciFEA）。iSciFEA，SciFEA在北京超算官网上均有下载。
前后处理
SciFEA的前后处理器采用欧洲工程数值模拟国际中心开发的GiD软件。GiD软件具有几何建模、网格划分、CAD数据导入、后处理结果显示等功能。GiD采用类似于CAD的操作模式。
几何建模
可以通过拉伸、旋转、镜象、缩放、偏置等操作得到面、体，可以直接构造矩形、多边形、圆、球、圆柱、圆锥、棱柱、圆环等；通过体面的布尔加、减、交等操作得到模型。
网格自动生成
GiD可将几何模型自动离散成线单元、三角形单元、四边形单元、四面体单元、六面体单元等，并且可以根据用户的需要对网格进行局部的加密以及网格阶次的选择。
CAD和CAE接口
GiD提供：IGES、DXF、Parasolid、VDA、STL、Nastran等接口，并且可以将GiD的数据文件写成上述的格式。
后处理
GiD可将结果写成各种常用的图形文件如：BMP、GIF、TPEG、PNG、TGA、TIFF、VRML等格式，以及AVI、MEPG的动画格式。后处理支持的结果显示方式有：带状云图显示、等直线显示、切片显示、矢量显示、变形显示等等。并且可以根据用户的需要定制显示菜单。
SciFEA软件GPU版本
超算显卡并行系统（简称SciFEA-GPU）是北京超算自主开发的一款基于GPU/CPU混合架构的有限元分析系统。基于GPU和CPU两种不同架构处理器的结合，组成硬件上的协同模式；通过实现GPU和CPU的混合编程，由CPU负责执行顺序型的代码，由GPU来负责密集的并行计算实现高效有限元分析。同时SciFEA-GPU软件按照全新的可装配的思路进行开发，利用软件的可重用性，降低了软件开发的难度，增加了软件的可靠度。SciFEA-GPU软件的设计架构体现了数值模拟软件个性化发展方向，为用户提供了一种按需选择的高性能计算新模式。
SciFEA-GPU在材料固化、岩石破裂、瓦斯运移、孔隙介质渗流均有成功应用，隐式算法的计算效率是单CPU的6-8倍，显式算法在30倍左右。北京超算提供计算GPU加速引擎和GPU并行计算软件开发定制服务。
ABAQUS
ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。达索并购ABAQUS后，将SIMULIA作为其分析产品的新品牌。它是一个协同、开放、集成的多物理场仿真平台。
LMS-Samtech
SAMTECH公司是世界著名的有限元软件SAMCEF的开发商和供应服务商，公司总部设在比利时列日市，其前身是比利时列日大学的宇航实验室，其软件开发的历史可以追溯到1965年。SAMCEF软件的第一个静力分析程序ASEF与1965年完成。随后在1972和1975年分别增加了模态分析程序DYNAM和热分析程序Thermal ASEF。1977年动力响应程序REPDYN诞生。1978年SAMCEF优化模块OPTI推出。1980年非线性静态和动力学软件SAMCEF Mecano的推出标志着SAMCEF在多柔体动力学领域地位的确立。
2011年8月24日，LMS国际公司正式对外宣布收购SAMTECH公司，成为其最大的控股股东。从此Samtech成为LMS国际公司的有限元专业解决方案。
介绍及技术特点
SAMCEF Mecano是以解决非线性结构和机构运动学问题的有限元分析软件。可用于各种线性与非线性的结构强度计算，传热学计算机运动鞋问题分析。其有以下求解器构成，能够解决下列专业领域的具体分析 ：
Mecano Sturcture：专注于解决结构非线性静态和动态分析问题（大位移和大转角）
Mecano Motion: 专注于解决柔性静力学，运动学和动力学分析问题
Mecano Thermal: 专注于非线性稳态和瞬态分析求解器
由这些求解器构成的samcef mecano非线性隐式有限元求解器能够求解一下问题：隐式非线性静力学分析，隐式非线性动力学分析，多体动力学分析，线缆非线性动力学分析和非线性热学分析。
目前，在机械系统的动力学和运动学的强度和刚度仿真分析方面主要有两类分析软件，一类是以结构为主要分析对象的有限元分析软件，另一类是以机构运动为主要研究对象的运动鞋仿真分析软件。这些软件的局限性是在处理刚柔耦合问题时不易使用且无法处理非线性的效应。Samcef Mecano 则在这一领域提供了领先的解决方案。其独特的Motion in FEA方法将机构的运动仿真与结构的有限元分析无缝集成，可以很有效地处理刚柔耦合问题并考虑可能的非线性效应。这一领先技术已经在航空，航天，汽车，通用机械，电子设备等多个领域发挥了重要作用。
SAMCEFField
SAMCEF Field是通用的有限元分析前后处理平台。它以图形化界面的形式，完成几何建模，特性定义，载荷和约束处理，网格划分，作业提交和监控以及后处理仿真等操作。它支持各种CAD到CAE模型的导入，以及各种格式结果文件和图表的输出。作为一个开放式的环境，SAMCEF Field通过非常直观的导航功能，为用户进行机构与结构的设计和仿真分析提供了一个必要的工具 。

comsol 到底是什么原理的啊，希望拿磁场方面的给与解释

COMSOL公司是全球多物理场建模与仿真解决方案的提倡者和领导者，其旗舰产品COMSOL Multiphysics，使工程师和科学家们可以通过模拟，赋予设计理念以生命。它有无与伦比的能力，使所有的物理现象可以在计算机上完美重现。COMSOL的用户利用它提高了手机的接收性能，利用它改进医疗设备的性能并提供更准确的诊断，利用它使汽车和飞机变得更加安全和节能，利用它寻找新能源，利用它探索宇宙，甚至利用它去培养下一代的科学家。
COMSOL Multiphysics起源于MATLAB的Toolbox，最初命名为Toolbox 1.0。后来改名为Femlab 1.0（FEM为有限元，LAB是取自于Matlab），这个名字也一直沿用到Femlab3.1。从2003年3.2a版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics。
从3.2a的版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics，因为COMSOL公司除了Femlab外又推出了COMSOL Script和COMSOL Reaction Engineering等一系列相关软件。这两款软件也相当于Femlab的工具箱，也是为了满足科研人员更高的要求。如在COMSOL Script中，你可以自己编程得到自己想要的模型并求解；你也可以通过编程在COMSOL Multiphysics基础上开发新的适用本专业的软件，也就是一个二次开发工具。所以COMSOL只是个公司名，软件名应该是COMSOL Multiphysics，但由于现在大家都习惯了，也就不再计较这些了。
Multiphysics翻译为多物理场，因此这个软件的优势就在于多物理场耦合方面。多物理场的本质就是偏微分方程组（PDEs），所以只要是可以用偏微分方程组描述的物理现像，COMSOL Multiphysics都能够很好的计算、模拟、仿真。
2006年COMSOL Multiphysics再次被NASA技术杂志选为"本年度最佳上榜产品"，NASA技术杂志主编点评到，"当选为 NASA科学家所选出的年度最佳CAE产品的优胜者，表明COMSOL Multiphysics是对工程领域最有价值和意义的产品。"
COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件。广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。
COMSOL Multiphysics是以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。用数学方法求解真实世界的物理现象，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。目前已经在声学、生物科学、化学反应、弥散、电磁学、流体动力学、燃料电池、地球科学、热传导、微系统、微波工程、光学、光子学、多孔介质、量子力学、射频、半导体、结构力学、传动现象、波的传播等领域得到了广泛的应用。
大量预定义的物理应用模式，范围涵盖从流体流动、热传导、到结构力学、电磁分析等多种物理场，用户可以快速的建立模型。COMSOL中定义模型非常灵活，材料属性、源项、以及边界条件等可以是常数、任意变量的函数、逻辑表达式、或者直接是一个代表实测数据的插值函数等。
预定义的多物理场应用模式， 能够解决许多常见的物理问题。同时，用户也可以自主选择需要的物理场并定义他们之间的相互关系。当然，用户也可以输入自己的偏微分方程（PDEs），并指定它与其它方程或物理之间的关系。
COMSOL Multiphysics力图满足用户仿真模拟的所有需求，成为用户的首选仿真工具。它具有用途广泛、灵活、易用的特性，比其它有限元分析软件强大之处在于，利用附加的功能模块，软件功能可以很容易进行扩展。 关于comsol 多体动力学和comsol多体动力学仿真案例的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。 comsol 多体动力学的介绍就聊到这里吧，感谢你花时间阅读本站内容，更多关于comsol多体动力学仿真案例、comsol 多体动力学的信息别忘了在本站进行查找喔。 版权声明：本文内容由网络用户投稿，版权归原作者所有，本站不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如果您发现本站中有涉嫌抄袭或描述失实的内容，请联系我们jiasou666@gmail.com 处理，核实后本网站将在24小时内删除侵权内容。