CAE软件操作小百科（38）

席强

1 COMSOL停止条件

在进行稳态求解时，COMSOL迭代求解以收敛条件满足作为计算的停止条件，但是在瞬态分析时，计算何时停止可由用户自行选择。与其他仿真软件类似，COMSOL默认的瞬态分析是遍历用户指定的时间范围后停止计算。除此之外，COMSOL还可以提供一种更灵活而且强大的功能，就是允许用户选择让软件自动检测计算结果中的某一变量或表达式，当该变量或表达式满足一定条件时，计算停止。

例如在对流与扩散计算中，可以让流出物质的总量达到指定值时，计算自动停止，设置界面见图1。

COMSOL的停止条件使用布尔表达式。若布尔表达式运算的结果大于0，则表示有效，此时停止条件满足，计算停止；若布尔运算结果小于或者等于0，则表示无效，停止条件不满足，计算继续进行。需要注意的是，这里的表达式通常是对某个标量进行求解的结果。

2 COMSOL瞬态求解器设置

当求解瞬态非线性问题时，为提高收敛性和求解器的效率，用户可以手动调整求解器的一些参数，例如非线性求解器中的迭代步数、公差因子、阻尼衰减参数、Jacobian修正方法等。

通常情况下，如果在迭代步数范围内收敛性较慢，未能在适当的迭代次数后得到结果，可以将迭代步数改大，但这样做有时会产生较大的计算量。

当非线性较强时，可以将公差因子调小，以控制迭代时的步长。较小的步长受非线性的影响较小，可能会快速得到结果，但也有可能会产生较大迭代次数，增加计算量。

阻尼衰减参数可以根据实际情况进行调整，用户可以指定初始值、最小步长和最大步长。如果非线性很强，则应该将最小步长改小，反之可以将最大步长调大。

Jacobian修正方法也可以根据需要修改，例如系统默认采用最小值方法，用户可以修改成每个迭代都须修改，也可以每段时间只进行一次修改。修改次数越多，意味着非线性的影响越小，同样也意味着计算量的增加。

3 COMSOL命令行控制

从操作系统的图形化界面启动COMSOL是最常用的，但是对于有些特殊的情况，用户可能会需要从命令行启动COMSOL。其实这种启动方式更灵活，COMSOL提供如下一些很实用的启动参数。

Comsolbatch-input testl.mph-output test2.mph：批处理命令。这种启动方式允许COMSOL在后台运行，将test 1模型计算后保存成test 2文件。在很多大型集群系统中，主节点的linux系统很可能没有图形化界面，这时就可以利用这条命令，在文本界面下后台运行COMSOL。

Comsol server-port 2233-muhi on：在服务器上运行COMSOL作为服务器端应用程序，并指定端口。

Comsol client：在终端运行COMSOL。

Comsol-np 8：指定COMSOL可以使用的CPU的个数。

Comsol matlab（opens matlab with comsol path）：使用命令行启动COMSOL with MATLAB

4 COMSOL绘图比例设置

计算结果变形图可以帮助用户了解结构形变后的形状，然而有时候模拟得到的变形量很小，例如相对于结构而言，变形仅为实体的1×10^-3倍，如果以1：1的比例关系显示变形，很有可能看不到效果，这时可以通过修改“绘图参数”对话框的“变形”标签中的“比例系数”增加变形图的效果。用户可以选择“自动”，或者清除“自动”复选框后在后面的编辑框中填入自己希望的比例关系。见图2。

5 COMSOL中的虚拟几何

当进行数值仿真时，经常需要将包含很多细节的几何模型进行简化，例如，在结构分析中忽略一些加工时必须的倒角、定位孔等，在电磁场分析中忽略相同材质的销钉等。这些简化一般对最终结果没有太大影响，而且可以有效降低后续网格划分的难度、减少计算量，从而可以加快数值仿真的速度、节约成本。

COMSOL Muhiphysics提供虚拟几何操作功能，可以通过忽略端点、边、面，形成复合边、面、域，合并端点等，简化几何结构，形成便于进行数值仿真的求解域，见图3。

6 COMSOL应力集中问题的处理

应力集中现象是结构力学分析中经常遇到的问题，对计算结果影响较大，经常通过加密网格的方法来处理。应力集中现象实质上是一种奇异问题，通常情况下，在有限元法的计算中，由于Jacobi矩阵受网格质量影响很大，因此并不是网格越细结果越精确，相反，网络越细得到的应力值越大。

在COMSOL中，应力集中问题需要参考以下操作步骤调整自适应网格求解器中的某些参数。

（1）在求解步骤中添加自适应。以稳态求解为例，在设定区中，展开“扩展”，勾选“自适应”。

（2）调整自适应的选项。在求解器配置中显示缺省求解器，然后找到自适应节点，在设定区中“最大网格细化次数”可选择适当值，通常为3～8之间的整数。将单元选择下拉列表修改为“最大误差分数”，单元比例修改为较大的值。

（3）求解后修改后處理选项。例如：显示面图时，展开设定区中的“质量”，将“恢复”修改为“各处”或“域内”；在面上最大/小值的设定区中，展开“高级”，将“恢复”修改为“各处”或“域内”。

（摘自同济大学郑百林教授《CAE操作技能与实践》课堂讲义）

（待续）endprint