多物理模拟能力的增长

更快的硬件和更智能算法的融合，全面开辟了新的机会。多发性造型已经成长超越FEA和CFD以模拟现实世界。

在计算机征服了技术领域后不久，有限元分析(FEA)作为一种解决实际工程问题的有效方法出现了。通过工程师、数学家和物理学家的工作，理论家们在有限元分析的核心发现了一种不可思议的能力:它可以潜在地解决任何物理现象的系统，因为它使用偏微分方程(PDEs)，可以描述物理学的许多表现，如流体运动，电磁场和结构力学。从本质上讲，理论家们意识到有限元分析是一种将这些著名的数学对象转换成近似数字格式的方法。

理论家们随后意识到有限元分析可以解决多物理问题，即物理的耦合系统。对多物理分析工具的需求是显而易见的:物理现象在自然界总是相互作用的。例如，只要有动力学就会产生热量。热总是影响材料的特性，如导电性、化学反应速率和液体的粘度等等。其他常见的多物理例子有流体-结构相互作用、压电效应和磁流体动力学。

在过去的几十年里，基于数学建模的算法的改进速度甚至超过了计算机硬件的改进速度。

但是，在20世纪80年代和90年代，多物理模拟的实现仍然只是一种理论，因为用于这种分析的计算资源是有限的。因此，当有限元建模成为研究、设计和开发周期的自然组成部分时，工程团队倾向于将其范围限制在单一类型的物理学中，最常见的是力学和传热，但也包括流体和电磁学。似乎FEA注定要作为模拟机械部件的单一物理解算器广泛使用。

今天，景观发生了变化。数十年的计算科学的进步使我们更智能的算法和更快，更强大的硬件，使所有工程师和科学家们都能在覆盖范围内。FEA对多职人的振兴开辟了建模和模拟现实世界应用以及技术调查的世界的新机会。FEA的未来在于它的先天能力，可以利用PDE进行多体验分析。以下是给出更完整的多史奇所固有的可能性的示例。

来自压电传感器的声压波（3D颜色图）。该模型包括压电应力 - 应变，电场和压力声学的耦合。通过在COMSOL Multiphysics声学模块中使用远场分析来计算仿真结果。

压电音响，三个物理在一个：压电传感器可用于将电流转换为声压场，或者相反地，以产生来自声场的电流。这些设备通常对需要产生空气和液体中声音的应用，例如相控阵麦克风，超声设备，喷墨液滴执行器，药物发现，声纳传感器，生物仿真和探测器 - 生物治疗方法。

一个压电声学装置的模型将包括三种不同的物理:压电应力应变、电场和流体中的压力声学。计算机模型只能通过转向具有多物理能力的模拟环境来构建，该环境允许您定义并耦合所涉及的现象。压电畴由晶体PZT5-H构成，这是压电换能器中常见的材料。在空气和晶体的界面处，声学的边界条件是使压力等于固体区域的法向加速度。这就驱动了空气领域的压力。另一方面，晶体区域受到空气区域声压变化的影响。仿真研究了当施加振幅为200 V、激励频率为300 kHz的电信号时，声波在晶体中的传播。

血管造影导管：高科技组织看到他们从Multiphysics Modeling获得的改进的工程效率，对确保其竞争优势至关重要。多麦草学的一个重要优势在于，您可以在构建物理原型较少的同时进行更远的内容，使您能够更快速和成本高效地开发产品的最佳设计。一个这样的例子来自印第安纳州的Medrad Innovation Group的一组研究人员。由John Kalafut博士领导，研究人员使用多体造型来调查通过薄注射器的高剪切速率注入非牛顿流体（血细胞）。

Medrad的Vanguard Dx血管造影导管是一种特别新颖的设备。与传统的端孔导管相比，扩散尖端的喷嘴设计使得注射造影剂(在医学成像过程中增强身体物体可视性的液体)的分布更加均匀。传统的端孔导管的另一个问题是，它们往往会导致造影剂从出口孔以很高的速度流出，潜在地危及血管壁。Vanguard Dx血管造影导管减少了与从喷嘴流出的造影剂相关的反作用力，因此将导管接触和破坏血管壁的可能性降到最低。

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Vanguard DX血管造影导管允许造影材料的非常均匀的分布。激光钻孔或狭缝从导管径向地强制造影剂。