קומסול מולטיפיזיקס

קומסול מולטיפיזיקס (באנגלית: COMSOL Multiphysics) היא תוכנת אנליזות אלמנטים סופיים שמתוחזקת על ידי חברת COMSOL, לפתרון ובניית סימולציות עבור יישומים הנדסיים ופיזיקליים מגוונים, ובייחוד תופעות מצומדות (גישת המולטיפיזיקליות של התוכנה). התוכנה מציעה בנוסף ליכולותיה גם ממשק נרחב עבור תוכנת MATLAB וארגזי הכלים שלה, לטובת מגוון רחב של אפשרויות תיכנות, קדם עיבוד וניתוח תוצאות. חבילות COMSOL הן חוצות-פלטפורמות (Microsoft Windows, מקינטוש, לינוקס). בנוסף לממשקי משתמש מבוססי פיזיקה קונבנציונליים, התוכנה מאפשרת הכנסת מערכות מצומדות של משוואות דיפרנציאליות חלקיות. הגרסה הקודמת של התוכנה (לפני שנת 2005) נקראה FEMLAB.

התוכנה פותחה בשנת 1986 על ידי שני סטודנטים בוגרים, סונטה ליטמרק ופראד סעידי, אשר למדו אצל גרמונד דהלקוויסט, מתמטיקאי שוודי נודע, בהתבסס על קוד שפותח עבור קורס מתקדם באוניברסיטת Royal Institute of Technology שבסטוקהולם, שוודיה. בישראל משווקת התוכנה על ידי חברת נומריקל.

מודולים 

מודול AC/DC לבניית סימולציות של קבלים, סלילי השראה, כבלי חשמל, מנועים חשמליים, גנרטורים חשמליים וחיישנים. במודול זה קיימים גם ממשקי משתמש של אלקטרוסטטיקה, זרם ישר, אומדן קוואזיסטטי אלקטרי, אומדן קוואזיסטטי מגנטי ופוטנציאל 4-וקטור אלקטרומגנטי. במודול זה נפוצים השילובים עם אנליזות CFD, אקוסטיקה, חום ומבנים.

מודול אקוסטיקה - Acoustics Module מכיל ממשקי משתמש מובנים והגדרות סף למידול התפשטות אקוסטית במוצקים ובנוזלים סטציונאריים. בנוסף ממדל יישומים ארואקוסטיים בנוזלים בתנועה. תוספות מאוחרות יותר של המודול כוללות תרמואקוסטיקה, גלים פורואלסטיים, ואינטראקציות אקוסטיקה-מבנה. ניתן בנוסף לצמד למעגלים חשמליים. היישומים הממודלים במודול זה כוללים בין היתר סימולציות של רמקולים, מיקרופונים, עזרי שמיעה, ציוד תעשייתי לתנודות, סייסמולוגיה, מערכת הפליטה של הרכב, ועוד.

מודול סוללות ותאי דלק - Batteries & Fuel Cells Module סימולציית אלקטרוכימיה, חום וזרימה של תאים אלקטרוכימיים. זמינים ממשקי משתמש עבור סוללות ליתיום-יון, סוללות עופרת-חומצה וסוללות גנריות. סימולציות כוללות השפעה ראשונית, שניונית ושלישונית. יישום נפוץ עבור מודול זה הוא אנליזה אלקטרוכימית מפורטת ומסלול בריחת חום עוקב.

מודול יבוא CAD Import Module - CAD מסייע בקריאת רוב פורמטי ה- CAD בסטנדרט תעשייתי. כולל חבילות תוסף שתומכות בפורמטי הקובץ עבור ליבות גאומטריות ספציפיות של תוכנות CAD. בנוסף מחליף בין מנוע הגאומטריה הטבעי של קומסול לבין מנוע ה- Parasolid. עבור קישורים דו כיווניים של CAD, יש להביט במוצרי ה- LiveLink של CAD. עבור CATIA V5, הכרחי להשתמש במודול יבוא קבצים ל- CATIA V5.

מודול CFD סימולציות דינמיקה חישובית של זורמים (Computational Fluid Dynamics) כוללות זרימה שכבתית, זרימה מעורבלת, זרימה טורבולנטית, זרימה שאינה איזותרמית, זרימת מספר מאך גבוה, זרימה דו-פאזית, ואינטראקציית מבנה-זורם (עם מודול המכניקה המבנית).

מודול הנדסת תגובות כימיות - Chemical Reaction Engineering Module  מנתח CFD, מסה ואיזוני אנרגיה מצומדים לקינטיקת תגובה כימית. כולל מודלים יישומיים רבים עבור התחום של תופעות מעבר, כולל מעבר יוני ודיפוזיית רכיב מרובה.

מודול קורוזיה - Corrosion Module סימולציות בחד-מימד, דו-מימד ותלת-מימד של קורוזיה והגנה מפניה. נעשה במודול זה שימוש בתנועת יונים וזנים נייטרליים בתמיסה, הולכת זרם במבני מתכת ותופעות אחרות כגון זרימת נוזל ומעבר חום. סימולציות יכולות לכלול השפעת זרם ראשי, משני או שלישי.

מודול יבוא ECAD Import Module - ECAD מודול יבוא ECAD תומך בפורמטי הקובץ (GDS-II, ODB++(X ו- NETEX-G . התוכנית עליה עובדים יוצאת באופן אוטומטי ומומרת למודל CAD בשלושה ממדים, לשימוש בכל סוג של סימולציה בקומסול.

מודול אלקטרוכימיה - Electrochemistry Module  המודול האלקטרוכימי מרחיב את אפשרויות העיצוב, ההבנה והאופטימיזציה של מערכות אלקטרוכימיות דרך סימולציות מדויקות. מוצר זה מציע תועלת משמעותית למדענים שעורכים מחקרים במעבדה, או למהנדס בתעשייה האלקטרוכימית. יכולות כמו מידול מנגנוני ריאקציה אלקטרוכימית, העברת מסה, ופילוג צפיפות זרם, מאפשרות סימולציה יעילה עבור יישומים כולל אלקטרוליזה, אלקטרודיאליזה, אלקטרואנליזה, חיישנים אלקטרוכימיים, וביואלקטרוכימיה.

מודול אלקטרודיפוזיציה - Electrodeposition Module משתמשים במודול זה עבור תהליכי אלקטרודיפוזיציה: תפוצת זרם על פני שטח של אלקטרודות ובדיקת עובי והרכב השכבות בתוך האלקטרודיפוזיציה. סימולציות יכולות לכלול את האפקטים של זרימת נוזל בתנועה כימיקלית.

מודול עייפות החומר - Fatigue Module מודול עייפות החומר כולל את שיטות סמית'-ווטסון-טופר, וונג-בראון, ופאטמי-סוצ'י עבור אנליזות התעייפות במחזור נמוך או מבוסס מאמץ. חוק נוייבר ושיטת הופמן-סיגר זמינים עבור חישובי עייפות חומר אלסטופלסטי.

מודול יבוא קבצים ל- CATIA V5 על מנת לספק את תרגום הנתונים האיכותי ביותר לקובצי ה- CATIA®V5, משתמשים ב- File Import for CATIA®V5 המשמש כתוסף ל-CAD Import Module. תוסף זה מתרגם את קובצי ה- CATPart או ה- CATProduct על ידי שימוש בספריות אמיתיות מ- CATIA®V5. צורת ההצגה על ידי קווי גבול (BREP – boundary representation), אשר מתארת את הטופולוגיה והצורה ההנדסית של התרשים, נקראת ומומרת לפורמט של Parasolid® שהוא הפורמט בו נעשה שימוש ב- CAD Import Module.

מודול גאומכניקה - Geomechanics Module  תוסף חומרים שאינם ליניאריים למודול מכניקה מבנית. מכיל מודלים חומריים עבור בטון, אבן ואדמה כגון: Cam Clay, Drucker-Prager, .Mohr-Coulomb, Matsuoka-Nakai, Lade-Duncan בנוסף, כלולים גם דיפורמציה וזחילה של פלסטיק במאמץ גבוה.

מודול מעבר חום - Heat Transfer Module ממשקי משתמש וכלים עבור מעבר חום בהולכה, זרימה וקרינה. מתאים ליישומים תעשייתיים כמו קירור רכיבים אלקטרוניים, ובהנדסת תהליכים עם שינויים פאזיים בחומר.

מודול LiveLink for AutoCAD  LiveLink™ for AutoCAD® מספק פונקציונליות מהותית אשר מחזקת את מהלך העבודה עם סימולציות מולטיפיזיקליות, על מנת להעריך כיצד המוצר או התהליך מתפקדים בסביבה התפעולית המיועדת. הכלים העוצמתיים במערכת ה- CAD של AutoCAD® מאפשרים לייצר עיצובי מוצר תלת־ממדיים יעילים. בעזרת השימוש ב- LiveLink™ for AutoCAD® ניתן לסנכרן את מודלים ה- CAD עם COMSOL Multiphysics על מנת ליצור גאומטריות מודל לטובת סימולציה, ולנתח את כל האפקטים הפיזיקליים והאינטראקציות שלהם, ועל ידי כך להבין טוב יותר את התרשים ולבצע עליו אופטימיזציה.

מודול LiveLink for Creo Parametric  LiveLink™ for Creo™Parametric הוא תוסף לתוכנת COMSOL Multiphysics שמקשר כיחידה אחת עיצובי שלושה ממדים במערכות ה- CAD שלPTC® Creo Parametric® עם גאומטריות המודל של COMSOL Multiphysics לכדי סימולציה. Creo™Parametric הוא סטנדרט בתעשייה עבור CAD בשלושה ממדים וכולל סט כלים מקיף לטובת פרודוקטיביות וגמישות מקסימליות. COMSOL Multiphysics עם LiveLink™ for Creo™Parametric מאפשר ליהנות מהיכולות המתקדמות של Creo™Parametric על מנת לייצר עיצובים ברמה הגבוהה ביותר, ולאחר מכן לשלב אותם במודל שלCOMSOL Multiphysics לטובת ניתוחים.

מודול LiveLink for Excel  מוסיף לשונית COMSOL Multiphysics וסרגל כלים מותאם לסרגל העליון של Excel לטובת שליטה בפרמטרים, משתנים ורשת, או כדי להריץ סימולציה. כולל יכולות יבוא/יצוא של קובצי Excel עבור רשימות משתנים ופרמטרים בממשק העבודה של קומסול.

מודול LiveLink for Inventor  LiveLink™ for Inventor® מאפשר לשלב את ניתוחי COMSOL Multiphysics עם תוכנת CAD בצורת עיצוב מכני בשלושה ממדים - Autodesk® Inventor®. הדבר מאפשר למזג את העיצוב יחד עם היכולות של COMSOL Multiphysics מתוך סביבת המידול של Inventor®, ולנצל את כוחו בעיצובים גאומטריים. על ידי שימוש ב- LiveLink™ for Inventor® מתאפשר לשלב סימולציות במהלך העבודה. התוכנה כוללת פיצ'רים לתיקון ושינוי הצורות הגאומטריות לפני הכנת הסימולציה, ביצוע שינויים בעיצוב במהלך הסימולציה ועוד.

מודול LiveLink for MATLAB  מאחד את COMSOL Multiphysics עם MATLAB וכך מרחיב את כלי הסימולציה של COMSOL עם יכולות שרטוט. מאפשר שמירת מודלים של קומסול כ-M-Files. קבצים אלה דורשים שתוכנת COMSOL Multiphysics תהיה מותקנת כיוון שהם מיועדים לפונקציות ספרייה בביצועים גבוהים, אשר שייכים לקומסול. קובצי ה-M-Files שקומסול יוצר יכולים להשתלב עם כל קובצי M-Files של MATLAB לטובת ניתוח תוצאות מתקדם, אנליזות הסתברותיות וסטטיסטיות, לולאות, אופטימיזציה ושילובים נוספים עם מוצרי MATLAB.

מודול LiveLink for Pro/ENGINEER  LiveLink™ for Pro/ENGINEER® מספק את היכולת לשלב עיצוב CAD תלת־ממדי עם סימולציה מולטיפיזיקלית, על מנת לעדכן את שטף העבודה ולהגביר את הפרודוקטיביות. Pro/ENGINEER® הוא פתרון CAD רב-גוני שמאפשר למהנדסים ליצור מודלים פרמטריים מוצקים של עיצובי המוצר שלהם. בשילוב עם COMSOL Multiphysics יש את היכולת ליצור את התרשים ב-Pro/ENGINEER®, ולבנות תרשים של העיצוב בסביבת העבודה של קומסול.

מודול LiveLink for Solid Edge  LiveLink™ for Solid Edge® הוא חלק מפלטפורמה איתנה המאפשרת לשלב סימולציה מולטיפיזיקלית לתוך מהלך העבודה של עיצוב מוצר בשלושה ממדים. Solid Edge® הוא מערכת עיצוב תלת־ממדית אשר מחזקת את התרשים והופכת את הליך העיצוב ליעיל יותר. מודל של קומסול שנוצר מהעיצוב עשוי לכלול כל אפקט פיזיקלי רלוונטי והאינטראקציות שלו, ולהבטיח סימולציות מדויקות.

מודול LiveLink for SolidWorks COMSOL Multiphysics עם LiveLink™ for SolidWorks® מספקים יחד קישוריות חזקה על מנת לשלב סימולציות בצורה יעילה לתוך מהלך העבודה. SolidWorks® הוא פתרון CAD לניהול נתוני מוצר ועיצוב בשלושה ממדים. כאשר משתמשים בו יחד עם סימולציה מולטיפיזיקלית, הדבר מספק כלי לעיצוב מוצר, הערכתו ואופטימיזציה שלו.

מודול ספריית החומרים - Material Library  מאגר מידע פנימי של חומרים אשר כולל מעל ל-2500 חומרים ו- 20,000 אביזרים. מאגר המידע מכיל תלות טמפרטורית של מאפייני חום, חשמל ומבנה בחומרים מוצקים. ספריית החומרים מסוגלת לקבל בנוסף קבצים שנוצרו במאגר המידע של MatWeb. זהו מאגר מידע שניתן לערוך בו חיפוש מבין למעלה מ-59,050 דפי מידע של חומרים, כולל אינפורמציית תכונות אודות פולימרים תרמופלסטיים ותרמוסטיים, מתכות וחומרים הנדסיים אחרים. MatWeb היא מחלקה בחברת Automation Creations, Inc. (ACI) of Blacksburg, Virginia.

מודול MEMS  לצימוד תהליכים פיזיקליים במערכות MEMS ובמכשירים פיאזואלקטריים. כולל צימודים מולטיפיזיקליים ספציפיים עבור יישומים כמו שיכוך שכבות דקות, פיאזואלקטריות, ואינטראקציית מבנה-זורם. כלול במודל ממשק משתמש ייחודי עבור אינטראקציות אלקטרומכניות.

מודול מיקרופלואידיקה - Microfluidics Module  משתמשים במודול זה עבור בדיקת מיקרופלואידיקה במתקנים כגון מעבדה על שבב ומיצגים אלקטרוניים. לרוב משתלב עם מודול מעקב חלקיקים ואז יעיל עבור אלקטרופורזה, דיאלקטרופורזה, אלקטרו-אוסמוזה, ו- Electrowetting. לאחרונה נוספו למודול כלי סימולציה של זרימה: זרימה מסורתית, זרימה תחתונית וזרימה מולקולרית.

מודול מיקסר - mixer Module  עבור אנליזות של מערבלים וראקטורים, עם כלים למידול פני שטח חופשיים וזורמים שאינם ניוטוניים.

מודול זרימה מולקולרית - Molecular Flow Module  מנוצל לטובת תכנון וסימולציה של זרימת גז בלחץ נמוך במערכות יונקות.

מודול דינמיקת גופים מרובים - Multibody Dynamics Module  מודול זה הוא הרחבה של מודול המכניקה המבנית, אשר מספק סט כלים מתקדם לעיצוב ואופטימיזציה של מערכות גופים מרובים במכניקה מבנית על ידי שימוש בניתוח אלמנטים סופיים (finite element analysis – FEA).
המודול מאפשר לבצע סימולציה של מערכות משולבות של גופים גמישים וקשיחים, כאשר כל גוף יכול להיות נתון לתזוזות סיבוביות רבות. ניתוח מסוג זה מסייע בזיהוי נקודות קריטיות במערכות עם גופים מרובים, וכך ניתן לקבל ניתוחים מבניים יותר מפורטים ברמת הרכיב.

מודול חומרים מבניים שאינם ליניאריים - Nonlinear Structural Materials Module  תוסף חומרים שאינם ליניאריים למודול המכניקה המבנית. כולל אלסטו-פלסטיות, חומר היפראלסטי, ויסקופלסטיות וזחילה. בנוסף מאפשר דפורמציית פלסטיק במאמץ רב.

מודול אופטימיזציה - Optimization Module מעניק כלים וממשקי משתמש לאופטימיזציה בסביבת העבודה של קומסול. מבוסס באופן חלקי על קוד SNOPT שפותח על ידי פיליפ אי. גיל מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, ווולטר מארי ומייקל איי. סאונדרס מאוניברסיטת סטנפורד. ניתן להשתמש במודול על מנת לפתור בעיות אופטימיזציה של צורה, גודל וטופולוגיה, כמו גם בעיות אחרות כדוגמת אומדנים פרמטריים. תוספות מאוחרות יותר כוללות אופטימיזציה ורגישות תלויית זמן.

מודול מעקב חלקיקים - Particle Tracing Module  לחישוב מסלול החלקיקים בזורם או בשדה אלקטרומגנטי, כולל אינטראקציות חלקיק-שדה. היישומים הרלוונטיים כוללים: ויזואליזציית זרימה, עירבול, התזה, הפרדה חלקיקית, ספקטרומטריית מסה, אופטיקה יונית, פיזיקת קרני אור, פונקציות תפוצת אנרגיה יונית, ואקוסטופורוזה. חלקיקים יכולים להיות חסרי מסה או עם מסה, כאשר תזוזתם כפופה לנוסחאות ניוטון, לגראנז' או המילטון מהמכניקה הקלאסית. תוספות מאוחרות יותר כוללות אינטראקציות חלקיק-חלקיק, פליטה משנית של חלקיקים ותנועה בראונית.

מודול זרימה בצינור - Pipe Flow Module עבור CFD חד־ממדי בצינורות אשר ממודלים כקווים או כעקומות ומוטמעים במודלים של CAD בשניים ובשלושה ממדים. זרימה, מסה ומעבר חום, אפקט פטיש מים ואקוסטיקה (עם מודול אקוסטיקה), כלולים במודול. צימודים דו-כיווניים מובנים מצומדים בין צינורות החד מימד ומרחבי התלת מימד.

מודול פלסמה - Plasma Module לטובת מידול פריקות שאינן מאוזנות: ריאקטורים פלסמוניים כולל פלסמות מצומדות אינדוקטיביות, פריקות בזרם ישר, פריקות גלי חום (פלסמות גלי מיקרו), ופלסמות מצומדות קיבוליות. אינטראקציות בין פלסמה ומעגל חיצוני זמינות אף הן.

מודול RF מאפיין שדות אלקטרומגנטיים, זרמים וגלים, עבור מתקנים של תדר רדיו, גלי מיקרו, אופטיקה ואחרים בתדר גבוה. מאפשר ניתוח תוצאות נרחב, לרבות פרמטרים S, חישובים וניתוחי שדה רחוק. בנוסף מנוצל עבור פלזמוניקה, פלזמונים על פני השטח וסימולציות מטא-חומר.

מודול מוליכים למחצה - Semiconductor Module  מודול המוליכים למחצה מאפשר ניתוח מפורט של פעולת התקן מוליך למחצה, ברמה הפיזיקלית הבסיסית. המודול שימושי לבניית סימולציות של מגוון התקנים פרקטיים: מכשירים דו־קוטביים, טרנזיסטורי ה- MESFET וה- MOSFET, דיודות שוטקי, התקנים דו יציבים המשמשים כמתגים, צומתי N-P ועוד. אפקטים מולטיפיזיקליים יכולים להיות בהרבה מקרים בעלי השפעה על ביצועיהם של התקנים מוליכים למחצה. תהליך המוליך למחצה לעיתים מתרחש בטמפרטורות גבוהות, וכתוצאה מכך יכולים להיווצר לחצים בתוך החומרים. מודול המוליכים למחצה בפלטפורמת קומסול מאפשר מידול של המוליך למחצה ברמת ההתקן, ויצירת סימולציות מותאמות אישית המשלבות אפקטים פיזיקליים רבים.

מודול מכניקה מבנית - Structural Mechanics Module מבצע אנליזות עיבור-מאמץ קלאסיות עם יכולות מולטיפיזיקליות מלאות. כולל יכולות דיפורמציה גדולה (דיפורמציות גאומטריות שאינן ליניאריות), קונכייה, קרן אור ומגע. את כולן ניתן לצמד בחופשיות לתופעות פיזיקליות אחרות כגון אינטראקציית מבנה-זורם, אשר מגיעה ככלי מובנה במודול. המודול כולל אנליזות שאינן ליניאריות במצבים שונים, כגון מצב סטטי, במרחב הזמן, במרחב התדר, מצב עצמי ועוד. מודלים של חומרים שאינם ליניאריים נכללים כאשר משלבים עם מודול חומרים מבניים שאינם ליניאריים או מודול גיאומכניקה.

מודול זרימה תת-קרקעית - Subsurface Flow Module ממדל תהליכים יחידניים ומצומדים עבור תופעות סביבתיות וגאולוגיות ובייחוד כאלו המבוססות על זרימה תת-קרקעית. אידיאלי עבור זרימה בטווח נקבובי המצומד לפיזיקות אחרות כגון יישומים פורואלסטיים.

מודול אופטיקת גלים - Wave Optics Module מודול זה מספק כלים המוקדשים להתפשטות גל אלקטרומגנטי במדיה אופטית ליניארית ולא ליניארית, למען סימולציית רכיבים מדויקת ואופטימיזציית תכנון אופטי. בעזרת מודול זה ניתן ליצור סימולציות של גל אלקטרומגנטי הפועל בתדר גבוה, מבחינת שכיחות ומרחב הזמן, במבנים אופטיים. מספר נוסחאות בדו מימד ותלת מימד קיימות במודול זה, לטובת ניתוח EIGENFREQUENCY (תדר התהודה של מערכת), מרחב הזמן ומרחב התדר של סימולציה אלקטרומגנטית. ניתן לחשב, לראות ולנתח את הממצאים בעזרת כלים ייעודיים, כגון חישוב התמסורת ומקדמי ההשתקפות.

קישורים חיצוניים 
 
 COMSOL, באתר הבית של החברה
 נומריקל בע"מ, הנציגה הבלעדית של תוכנת COMSOL Multiphysics בישראל
 סדנאות קומסול באתר נומריקל

אנליזה נומרית
תוכנות מדעיות