Novità COMSOL Multiphysics^® versione 6.2

Aggiornamenti Optimization Module

Per gli utenti dell'Optimization Module, la versione 6.2 di COMSOL Multiphysics^® introduce la possibilità di esportare la matrice di covarianza associata alla stima dei parametri, una nuova fase di studio Stationary Then Eigenfrequency e nuove funzioni di simmetria speculare e settoriale per l'ottimizzazione di forme e topologie. Per saperne di più, continuate a leggere.

Fase di studio Stationary Then Eigenfrequency

La nuova fase di studio Stationary Then Eigenfrequency consente di risolvere consecutivamente uno studio Stationary e uno studio Eigenfrequency in un'unica fase di studio. Questa funzionalità, per impostazione predefinita, utilizza lo Stationary Solver per risolvere le variabili dipendenti associate alle interfacce di ottimizzazione della forma e della topologia e utilizza lo Eigenfrequency Solver per risolvere le variabili dipendenti associate alle interfacce di fisica. Questa funzionalità è di applicazione generale e potrebbe essere utilizzata per massimizzare la frequenza propria più bassa in un'applicazione di meccanica strutturale o per progettare band gap. Si noti che la nuova fase di studio Stationary Then Eigenfrequency risolve insiemi diversi di variabili dipendenti nei solutori stazionari e di autofrequenza, rendendola inadatta alla massimizzazione, ad esempio, dei carichi di instabilità.

La nuova fase di studio Stationary Then Eigenfrequency viene combinata con la funzione Free Shape Shell per massimizzare l'autofrequenza di uno shell. Il modello utilizza anche la nuova funzione Mirror Symmetry.

Stima dei parametri

La funzione Global Least-Squares Objective e la fase di studio Parameter Estimation prevedono ora una colonna Variance per specificare la varianza delle singole misure. In alternativa, la varianza può essere stimata automaticamente e, in entrambi i casi, i risultati possono essere utilizzati per stimare l'incertezza dell'output dalla stima dei parametri. L'approccio più semplice consiste nel calcolare intervalli di confidenza per i parametri stimati, ma gli intervalli risultanti possono essere inapplicabili se i parametri sono correlati. Pertanto, è stata aggiunta la possibilità di esportare la matrice di covarianza, disponibile con il metodo di ottimizzazione Levenberg-Marquardt. Questa funzionalità fornisce una valutazione più dettagliata dell'incertezza dell'output rispetto all'utilizzo degli intervalli di confidenza dei parametri stimati. Inoltre, al metodo di ottimizzazione Levenburg-Marquardt è stato aggiunto il supporto per i limiti, che può migliorare la robustezza dei modelli non lineari.

Il calcolo della matrice di covarianza può essere abilitato nella sezione Output While Solving dei nodi di studio Optimization e Parameter Estimation. Il nuovo modello Parameter Estimation with Covariance Analysis verifica che la matrice di covarianza fornisca una rappresentazione dell'incertezza più stretta rispetto agli intervalli di confidenza (rappresentati con linee nere nell'immagine).

Aggiornamenti dell'ottimizzazione topologica e di forma

Per l'ottimizzazione topologica, sono state aggiunte le nuove funzioni Mirror Symmetry e Sector Symmetry per semplificare la configurazione di modelli in cui è richiesta una progettazione simmetrica, ma in cui non si prevede che gli effetti di alcuni fenomeni fisici siano simmetrici. In alcuni casi, queste funzioni possono essere utilizzate per ridurre il numero di soluzioni o di casi di carico per iterazione, migliorando le prestazioni. Inoltre, le funzioni di ottimizzazione di forma includono ora la possibilità di impostare lo spostamento massimo per i singoli componenti ed è anche possibile imporre un'interpretazione euclidea dello spostamento massimo, invece della precedente interpretazione taxicab (box-like).

Le nuove impostazioni di ottimizzazione della forma per lo spostamento massimo mostrate nel modello Wheel Rim - Stress Optimization with Fatigue Evaluation e nella nuova scheda Shape Optimization della barra multifunzione.

Aggiornamenti di carattere generale

• La funzione Control Variable Field include il supporto per il raggruppamento di entità adiacenti utilizzando la nuova discretizzazione a costante geometrica.
• Le impostazioni della funzione Control Function includono opzioni aggiuntive e una migliore coerenza tra le funzioni polinomiali e la regolarizzazione di Helmholtz.
• Le nuove schede della barra multifunzione Shape Optimization, Topology Optimization e Parameter Estimation appaiono quando le funzioni sono in uso, garantendo una maggiore coerenza con la struttura del Model Builder.
• Le funzioni Control Function e Control Variable Field sono state spostate nel ramo Definitions dell'albero del Model Builder.

Le nuove condizioni al contorno per la funzione Control Function sono mostrate nel modello Shape Optimization of a Rectangular Loudspeaker Horn in 3D. Le funzioni Control Variable Field e Control Function sono accessibili dal pulsante Control Variables della scheda Definitions.

Tutorial nuovi e aggiornati

La versione 6.2 di COMSOL Multiphysics^® introduce nell'Optimization Module diversi tutorial nuovi e aggiornati.

Tweeter Dome and Waveguide Shape Optimization

L'ottimizzazione di forma viene utilizzata per ottenere una risposta uniforme per un tweeter acustico sia rispetto alla frequenza che all'angolo. Il modello è stato semplificato perché i calcoli del campo lontano acustico ora supportano l'ottimizzazione nei modelli assialsimmetrici.

Titolo in Application Library:
tweeter_shape_optimization
Download da Application Gallery

Wheel Rim — Stress Optimization with Fatigue Evaluation

Questo modello utilizza l'ottimizzazione di forma per ridurre le sollecitazioni in un cerchione senza aumentare la massa o diminuire la rigidità. Il comportamento a fatica, indicato da colori diversi, viene valutato prima e dopo l'ottimizzazione, suggerendo il suo potenziale come metodo euristico per l'ottimizzazione della fatica. Mentre l'immagine mostra solo un singolo raggio della ruota ottimizzata, l'intera ruota viene modellata in ogni iterazione. L'uso della nuova funzione Sector Symmetry nell'interfaccia Shape Optimization semplifica l'imposizione della simmetria settoriale.

Titolo in Application Library:
rim_fatigue_optimization
Download da Application Gallery

Wheel Rim — Topology Optimization with Milling Constraints

Questo modello utilizza la funzione Density Model per ottimizzare la rigidità di una ruota soggetta a un vincolo di massa e a vincoli di fresatura lungo il suo asse. La simmetria settoriale viene applicata per ridurre il numero di casi di carico richiesti: questo aspetto è stato semplificato con la nuova funzione Sector Symmetry nell'interfaccia Topology Optimization. Inoltre, è stata modificata la geometria del modello ed è stata utilizzata una lunghezza di diffusione non nulla per migliorare la stabilità.

Titolo in Application Library:
wheel_topology_optimization_milling
Download da Application Gallery

Maximizing the Eigenfrequency of a Shell

Questo modello massimizza la più bassa autofrequenza di uno shell combinando la funzionalità Free Shape Shell con la nuova fase di studio Stationary Then Eigenfrequency. La versione precedente di questo modello utilizzava la funzionalità Polynomial Shell, che però non è in grado di preservare la continuità dei vettori normali attraverso i lati.

Titolo in Application Library:
shell_eigenfrequency_shape_optimization
Download da Application Gallery

Optimal Control for Heating of a Rod

Questo modello per il riscaldamento ottimale di un'asta utilizza la funzione Control Function ed è stato completato con un maggior numero di condizioni al contorno per una maggiore flessibilità e coerenza.

Titolo in Application Library:
optimal_heating_control
Download da Application Gallery

Optimization of a Waveguide Iris Bandpass Filter — Transformation Version

Questo modello utilizza la funzione Trasformation, disponibile nell'interfaccia Shape Optimization, per progettare un filtro passa-banda RF. Questa funzione include l'opzione di impostare il centro della scalatura manualmente o in base alla media. È ora possibile scegliere diverse opzioni per le singole coordinate, semplificando così l'impostazione di questo modello. Un'altra semplificazione è resa possibile dalla sostituzione della modellazione basata su equazioni con la nuova funzione Sector Symmetry.

Titolo in Application Library:
waveguide_filter_optimization_transformation
Download da Application Gallery

Optimization of a Photonic Crystal for Signal Filtering

In questo modello, l'ottimizzazione di forma viene utilizzata per progettare un filtro per un'applicazione di ottica ondulatoria. Le posizioni dei filamenti di GaAs (cerchi) sono ottimizzate utilizzando la funzione Transformation, disponibile nell'interfaccia Shape Optimization. Il modello è stato modificato per consentire ai filamenti di spostarsi di una distanza massima invece di avere vincoli di spostamento a forma di scatola.

Titolo in Application Library:
photonic_crystal_filter_optimization
Download da Application Gallery

Maximizing the Eigenfrequency of a Beam

Questo modello massimizza l'autofrequenza più bassa di una trave combinando le funzioni Density Model e Mirror Symmetry nell'interfaccia Topology Optimization con la fase di studio Stationary Then Eigenfrequency.

Titolo in Application Library:
beam_eigenfrequency_topology_optimization
Download da Application Gallery

Bracket — Eigenfrequency Shape Optimization

Questo modello dimostra la massimizzazione della più bassa frequenza propria utilizzando la funzione Free Shape Boundary nell'interfaccia Shape Optimization. Questo approccio richiede l'utilizzo della nuova fase di studio Stationary Then Eigenfrequency.

Titolo in Application Library:
bracket_eigenfrequency_shape_optimization
Download da Application Gallery

Ten-Bar Truss Optimization

Il modello mostra un semplice caso di ottimizzazione della trave e utilizza la funzione Control Variable Field per controllare le aree della trave. Il modello è stato aggiornato per utilizzare una nuova discretizzazione per il Control Variable Field, in quanto è ora possibile scegliere una discretizzazione costante sulle entità geometriche.

Titolo in Application Library:
ten_bar_truss
Download da Application Gallery

Parameter Estimation with Covariance Analysis*

*Richiede Nonlinear Structural Materials Module

Questo modello dimostra l'uso della matrice di covarianza e ne verifica la funzionalità risolvendo più volte la stessa ottimizzazione con diversi livelli di rumore.

Titolo in Application Library:
parameter_estimation_covariance
Download da Application Gallery