COMSOL, fornitore di soluzioni software per la modellazione multifisica, la simulazione e la progettazione e distribuzione di app, ha lanciato la versione 5.6 del software COMSOL Multiphysics. La nuova release offre solutori più veloci e un utilizzo più efficace della memoria per calcoli multicore e cluster, una gestione più efficiente degli assiemi CAD e template del layout grafico per le app. Una serie di nuove funzionalità grafiche – tra cui piani di sezione, rendering realistico dei materiali e trasparenza parziale – migliorano la visualizzazione dei risultati. Quattro nuovi prodotti ampliano inoltre le potenzialità di COMSOL Multiphysics per la modellazione di celle a combustibile ed elettrolizzatori, fluidi polimerici, sistemi di controllo e modelli di fluidodinamica estremamente accurati.

Simulazione di una testa di rivestimento (slot die coating) realizzata con il nuovo Polymer Flow Module. I modelli fluidodinamici come questo presentano un notevole miglioramento delle prestazioni nella versione 5.6 di COMSOL Multiphysics

Solutori più veloci e uso più efficiente della memoria per una vasta gamma di applicazioni

Nella versione 5.6 le prestazioni dei solutori sono notevomente migliorate: ne beneficeranno in modo particolare gli utenti COMSOL che lavorano con modelli di grandi dimensioni, con milioni di gradi di libertà. “Nella versione 5.6, abbiamo apportato miglioramenti generali sia al multigrid algebrico che alle tecnologie dei solutori di decomposizione del dominio. Questi aggiornamenti riguardano soprattutto i modelli che utilizzano questi solutori, portando un miglioramento delle prestazioni fino al 30%. I progressi sono ancora più evidenti quando si utilizzano i cluster, offrendo vantaggi che vanno dal 20% al 50% sia sul tempo di CPU che sui requisiti di memoria. Per la fluidodinamica, abbiamo potenziato il precondizionatore per velocità-pressione accoppiate e aggiunto un nuovissimo precondizionatore che disaccoppia gli aggiornamenti di queste variabili. Con tutti questi aggiornamenti, i miglioramenti nel tempo di CPU possono superare il 50% per le simulazioni CFD tempo-dipendenti”, commenta Jacob Ystrom, Technology Manager, Numerical Analysis in COMSOL. Alcune classi di analisi strutturali viscoelastiche sono ora più veloci di un fattore dieci. Una nuova formulazione del metodo boundary element consente analisi di volumi acustici di un ordine di grandezza superiore rispetto alle versioni precedenti. Questo tipo di analisi è utile per il settore automotive e per la ricerca e lo sviluppo di SONAR.

Visualizzazione del target strength di un sommergibile con la nuova formulazione del metodo boundary element (BEM), adatta a grandi simulazioni. Il livello di pressione sonora rifratta viene qui calcolato per 1.5 kHz in acqua a 100 m dal sommergibile.

Piani di sezione, migliore gestione degli assiemi CAD e template per le app nella nuova versione

I piani di sezione semplificano la selezione dei contorni e dei domini all’interno di complessi modelli CAD. Altre novità dal punto di vista della grafica includono visualizzazioni in parte opache e in parte trasparenti e la possibilità di integrare in una visualizzazione parti di immagini importate. Il rendering di materiali come, per esempio, i metalli può essere combinato con visualizzazioni in ambiente e può includere riflessi, per ottenere effetti di maggiore realismo. La gestione di grandi assiemi CAD è migliorata grazie all’introduzione di operazioni solide più robuste e a una rilevazione più semplice di gap e overlap negli assiemi. Nell’Application Builder, nuovi template per le app offrono una modalità guidata per creare rapidamente interfacce utente organizzate nelle app di simulazione.

Simulazione di un motore elettrico nella versione 5.6 di COMSOL Multiphysics: un piano di sezione viene utilizzato per visualizzare in modo più semplice l’interno del modello, in modo da assegnare carichi e proprietà materiali.

Nuovi prodotti per celle a combustibile ed elettrolizzatori, per fluidi polimerici, sistemi di controllo e proprietà dei fluidi

Quattro nuovi prodotti ampliano le potenzialità di COMSOL Multiphysics per la modellazione di celle a combustibile ed elettrolizzatori, fluidi polimerici, sistemi di controllo e proprietà dei fluidi e dei gas.

Il Fuel Cell & Electrolyzer Module offre ai tecnici che operano nell’ambito della tecnologia dell’idrogeno nuove funzionalità per esaminare la conversione e lo stoccaggio di energia elettrica. “Riconosciamo nell’economia dell’idrogeno un importante mercato emergente, ma altrettanto si può dire della comprensione e dell’ottimizzazione dei processi elettrolitici esistenti. Con questo nuovo prodotto diamo la possibilità di accedere a strumenti di modellazione e simulazione all’avanguardia agli utenti che lavorano nel campo dell’automotive, delle energie rinnovabili, della tecnologia a idrogeno e delle industrie di processi elettrochimici”, spiega Henrik Ekstrom, Technology Manager, Electrochemistry in COMSOL. Nella versione 5.6 il Batteries & Fuel Cells Module cambia nome e diventa il Battery Design Module, ma mantiene tutte le sue funzionalità. Gli utenti con una sottoscrizione attiva per il Batteries & Fuel Cells Module riceveranno il Battery Design Module con l’upgrade alla versione 5.6.

Il Polymer Flow Module può essere utilizzato per progettare e ottimizzare processi in cui sono coinvolti fluidi viscoelastici e non newtoniani: questo può essere utile nel settore dei polimeri, ma anche in quello alimentare, farmaceutico, cosmetico, domestico e dei prodotti chimici. Oltre ad avanzati modelli di reologia, il modulo offre funzionalità per il tracciamento di superfici libere utilizzando il flusso bifase.

Il Liquid & Gas Properties Module è usato per calcolare le proprietà di gas, liquidi e miscele, consentendo simulazioni più realistiche in ambiti come acustica, CFD e trasmissione del calore.

I tecnici possono utilizzare il nuovo prodotto LiveLink for Simulink per la progettazione di sistemi di controllo e per cosimulazioni di modelli di COMSOL Multiphysics nei diagrammi di Simulink. Simulink è un prodotto MathWorks.

Frazione volumetrica del gas in un elettrolizzatore ad acqua con membrana elettrolitica polimerica, utilizzato per la produzione di idrogeno, analizzato con il nuovo Fuel Cell & Electrolyzer Module.

Nuclei di ferro laminato, induttanza parassita, port sweep veloci e ray scattering

L’AC/DC Module include una Material Library arricchita con 322 materiali magnetici prodotti da Bomatec. I dati sui materiali contengono molti tipi di magneti permanenti, come NdFeB, SmCo e AlNiCo, con proprietà dipendenti dalla temperatura e dal campo elettromagnetico. La nuova versione dell’AC/DC Module offre anche strumenti specifici per l’estrazione dell’induttanza parassita con calcoli della matrice L, il che è essenziale per la progettazione di schede a circuito stampato. Sono presenti inoltre nuovi modelli con materiali non lineari per caratterizzare le perdite nei nuclei di ferro laminato in motori elettrici e trasformatori.

L’RF Module e il Wave Optics Module offrono una nuova funzionalità per i port sweep che consente di calcolare più rapidamente parametri-S, le matrici di coefficienti di trasmissione e riflessione. Per strutture periodiche con metamateriali o dispositivi al plasma, un nuovo, potente strumento per i grafici di polarizzazione semplifica notevolmente la soluzione e la visualizzazione di onde trasmesse e riflesse. Il Ray Optics Module permette un ray tracing più veloce e offre strumenti specializzati per lo scattering superficiale dovuto alla loro rugosità e nei domini volumetrici a causa dello scattering di Rayleigh e Mie dalle particelle.

Modello multifisico di un filtro a cavità in cascata, operante nella banda millimetrica del 5G, che include la variazione di temperatura e lo stress termico. Nella visualizzazione è applicata la nuova funzionalità di trasparenza parziale.

Contatto transiente, usura e modellazione di fratture: le novità della versione 5.6

Da oggi è possibile simulare impatti transienti nelle analisi strutturali grazie alla funzionalità di contatto meccanico, disponibile nello Structural Mechanics Module e nel MEMS Module. Per gli utenti dello Structural Mechanics Module, l’analisi del contatto comprende nuove funzionalità per analizzare l’usura meccanica con rimozione dinamica di materiale. Lo Structural Mechanics Module include strumenti per la modellazione delle fratture, che consentono il calcolo dell’integrale J e del fattore di intensità dello sforzo; si può calcolare inoltre la propagazione delle fratture basata su un metodo phase field. Elementi strutturali monodimensionali possono essere posizionati all’interno di solidi. Tra i possibili utilizzi è inclusa la modellazione di rinforzi per ancoraggi, armature e reti metalliche.

Nel Composite Materials Module, la funzionalità che consente di analizzare gli effetti poroelastici è stata estesa ai materiali compositi. Tra le applicazioni, la simulazione di suolo stratificato, cartone, plastica rinforzata con fibra, elementi lamellari e pannelli sandwich.

La suite di modelli materiali multifisici non lineari presenti nel MEMS Module ora comprende l’elasticità ferroelettrica, che può essere utilizzata per modellare effetti non lineari in materiali piezoelettrici, come l’isteresi e la saturazione della polarizzazione. Questa funzionalità è disponibile anche combinando l’AC/DC Module con lo Structural Mechanics Module o con l’Acoustic Module.

Simulazione del contatto transiente di una mazza che colpisce una pallina da golf.

Acustica non lineare, condizioni di porta per le onde meccaniche e analisi più versatile dell’acustica in ambienti

L’Acoustic Module ora può essere utilizzato per simulare ultrasuoni ad alta intensità e la distorsione sonora negli altoparlanti di dispositivi mobili, causata da effetti termoviscosi non lineari. Nuove condizioni di porta per le onde meccaniche, disponibili nello Structural Mechanics Module, nell’Acoustic Module e nel MEMS Module, semplificano l’analisi di vibrazione e feedback meccanici per le applicazioni che presentano propagazione di onde elastiche ultrasoniche, come sensori ultrasonici e test non distruttivi. I tecnici che lavorano nel settore audio apprezzeranno le nuove funzionalità per l’acustica ambientale che permettono di migliorare la qualità del suono all’interno di ambienti e sale da concerto: a partire dalle simulazioni di acustica geometrica si possono estrarre, tra il resto, tempo di riverbero, definizione e indice di chiarezza.

Velocità acustica e perturbazioni termiche mostrano vortex shedding poiché un’onda di pressione di grande ampiezza interagisce con una griglia con piccole fessure strette. Questo genere di simulazione acustica termoviscosa non lineare è necessaria per l’analisi degli altoparlanti ad alta fedeltà dei dispositivi mobili.

Flusso multifase non isotermo, equazioni per le acque poco profonde e proprietà di superficie per l’irraggiamento di calore

Il CFD Module offre nuovi e potenti strumenti per modellare combinazioni di flussi multifase separati e dispersi, oltre a supportare flussi multifase dispersi comprimibili. Tecnici e analisti ora possono modellare in modo semplice superfici libere in combinazione con flussi multifase dispersi, per esempio per studiare milioni di piccole bolle che esplodono su una superficie liquida libera. Una nuova interfaccia Non isothermal flow – mixture model per il flusso multifase può essere utilizzata per fenomeni di cambiamento di fase, come l’ebollizione. Nel Porous Media Flow Module e nell’Heat Transfer Module, l’interfaccia per il trasporto nei mezzi porosi consente di modellare trasporto di umidità bifase tramite convezione e diffusione del vapore e accoppiati con convezione di acqua liquida e flusso capillare. Il Particle Tracing Module presenta nuove funzionalità per l’evaporazione dei droplet, importanti per comprendere la trasmissione dei contagi, ma anche per una vasta gamma di processi industriali.

Ricercatori e tecnici che si occupano di applicazioni idrologiche troveranno utile la nuova possibilità di utilizzare le equazioni per le acque poco profonde (shallow water equations), disponibili da ora nel CFD Module. Le equazioni per le acque poco profonde sono spesso utili in applicazioni oceanografiche e atmosferiche, per prevedere gli effetti dell’impatto di uno tsunami, di aree inquinate, erosioni della costa e scioglimento dei ghiacci polari, solo per citare qualche esempio.

Nell’Heat Transfer Module, una nuova funzionalità per l’irraggiamento superficie-superficie consente di definire le proprietà di superficie che dipendono dalla direzione della radiazione termica, applicabili in ambiti quali il raffreddamento passivo dei pannelli solari. Per modellare superfici di vetro come contorni esterni nell’irraggiamento in mezzi partecipanti, la nuova funzionalità di superficie semitrasparente permette di specificare l’intensità della radiazione esterna e tenere conto della parte di questa intensità in ingresso che viene trasmessa diffusivamente o specularmente attraverso la superficie.

Libreria dei materiali per corrosione e bilanciamento automatico delle reazioni

Il Corrosion Module ora include una libreria di materiali con più di 270 istanze di dati di polarizzazione. Il Chemical Reaction Engineering Module offre un nuovo strumento per il bilanciamento automatico delle reazioni con il calcolo del coefficiente stechiometrico; sono disponibili anche tre sistemi termodinamici predefiniti per aria secca, aria umida e miscela acqua-vapore con un’ampia gamma di applicazioni. Nel Chemical Reaction Engineering Module è disponibile anche una nuova interfaccia reactive pellet bed per la modellazione multiscala di reattori con letti fissi definendo una porosità alla microscala all’interno delle particelle catalizzatrici e una alla macroscala che descrive i pori più ampi tra le particelle (struttura a pori bimodale).

Per saperne di più

COMSOL Multiphysics, COMSOL Server e COMSOL Compiler sono supportati dai seguenti sistemi operativi: Windows, Linux e macOS. L’Application Builder è supportato dal sistema operativo Windows.