Multiphysics模拟正在变得更加复杂，并在设计周期中提前进行
Jean Thilmany，高级编辑
将多物理模拟软件与设计结合使用，可以防止工程师遵循导致死胡同的假设。当然，这大大缩短了开发时间，特别是对于许多物理力共同作用的复杂产品，例如固态烹饪炉和无人水下无人机上的声纳。
如果示例似乎是特定的，那是开发这两种应用程序的工程师描述了他们的团队在10月在线在线举行的COMSOL Multiphysics软件。分析软件模拟了如何影响设计的多倍，实时的物理力量。
因为Lauren Lagua为一个索纳尔团队工作，主要由研发美元资助，“我们没有花费大量的时间来花在设计和实施方面，”她说。LAGUA是一名声学工程师，拥有北极Grumman Undersea系统组。作为机械设计师和声学分析师，她为Undersea SonaR系统和有效载荷集成了Tests设备，用于无人水下车辆（UUV）。
为了充分利用基金，她的团队为快速测试和验证设计创建了一个工作流程。对于换能器，它们的设计方法呼叫SWIFT，但多轮原型和验证。一直，他们必须确保换能器可以快速制造。换能器将压力，亮度或其他物理质量的变体转换为电信号。
虽然LAGUA的团队在初始设计阶段提前解决了电气和声学测试，但并不意味着他们完善了蝙蝠的设计。这个过程涉及许多设计变化和修改 - 或者像LAGUA把它放在“我们周围。”
当然，这些模型都是从设计和计算机辅助设计(CAD)开始的，但是将Comsol与设计结合起来进行分析是加快这一过程的秘方，拉瓜说。因为他们在设计时进行模拟，所以他们得到最终结果的速度要比把模型交给专门的分析师并等待结果快得多。
“它允许我们在设计中快速迭代设计，以便在设计阶段提前识别问题，并在他们变得更大的问题之前，解决问题，”Lagua说。
“说我正在建立一种由某种类型的材料制成的传感器，我将其粘在电动基板上并看到泡沫，”她说。“我可以对失败的假设进行假设。然后，我更改设计，并使用COMSOL测试它并将其与我们的测试事件进行比较。我们发现模型的问题并迅速纠正它们。“
“我们能够设计，原型，测试和验证设计有时在一周内，”她补充道。
新材料和罐式测试
由于它模拟了对象所产生的材料如何影响性能，因此分析软件还可以帮助工程师建立换能器需求的材料属性。Lagua补充说，他们还将其用来测试潜在的新材料。
她补充说:“我们会考虑是否要根据原型改变设计，也许改变材料是其中的一部分。”
“挑战在于:材料供应商并不总是给你他们所有的材料属性。你需要他们。”“所以，我们使用Comsol对材料进行建模。”
研究人员通过插入他们所做的材料属性来实现这一点，他们已经进入了模拟和分析软件。他们还发现他们认为最相似的材料，并将这些材料属性放在那些中。
“所以，如果我在试验一种新的聚氨酯，那就归结到我们对聚氨酯的总体了解了。然后我们观察模型和测试信息之间的数据差异，并改变和调整我们已有的信息，”她说。
她指的是什么？
当然，团队需要真实世界的测量来验证并插入分析软件。这些测试也是他们根据所掌握的信息来验证材料属性的方法。他们创造模型原型，并对其进行研究，以研究原型在实地的表现。
声学测试事件，因为它们被称为，在专业的UnderseS测试设施中进行模拟开放式测试设施。该设施的队伍用途设有50英尺直径的300,0000加仑坦克，衬有Redwood的声音挡板。在原型测试和测量设备上放置在原型上，以收集即时反馈和读数。
“这是一个最接近的工程师可以测量设备在海洋中的深处行为如何，而无需实际在海洋中深入地，”拉国娜说。
“我们参加了我们从设施中获得的结果，并将它们带回COMSOL，”她说。“那么，用COMSOL，你可以在开放式水箱上运行相同的声学测试，”她补充道。“我们在我们的分析软件中拥有该信息。
“那么我们可以并将其与我们的早期测试数据相关联并验证并调整我们的型号，”她补充道。“我们弄清楚了我们是否必须改变设计或改变材料以优化传感器性能。”
工程师优化了基于传感器性能的特定传感器的最终用途。
“例如，我们将优化声学性能:最高水平的灵敏度捕捉最低数量的声音，同时拥有一个大的宽带频率覆盖，以听到非常大的频率范围，”拉瓜说。“我们真的是在优化并行的多个东西。”
在会议上，LAGUA共享了通过她集团的设计迭代过程创建的系统之一：μSAS（发音为“Micro-SAS”）声纳将贴在UUV上。微型SAS尺寸小，重量和功率小。
诺斯罗普·格鲁曼公司的海底系统副总裁Alan Lytle说，干涉合成孔径声纳可以产生高质量的三维图像，为UUV任务提供更长的飞行时间和更高的区域覆盖率。声纳采集二维sas和三维水深图像。
拉古拉说，UUV车辆载有六个声纳系统，可以预先编程任务的需求。
“我们在车辆的两侧都有声纳，所以你可以从两个不同的宽高比看图像，并在你的眼睛时用3-d解释它们，”她补充道。
“由于它非常小的规模，我们被限制为我们的系统的大小，重量和力量，”她说。“我们希望以最小的规模希望最佳声学，同时尽可能多地保存能量。”
该小组测试了他们最新的原型机，让它们下水拍摄一艘沉没在马里兰基地附近海湾的船的图像。
“在3-D图像中，你可以看到船在一个大槽中，前面伸出一个洞，”拉古拉指出。“在2-D中，你无法看到。”
虽然她在2月份，她没有说她的团队的尸体技术，但诺斯特鲁普·格鲁曼宣布，该公司的μSAS干涉综合孔子声纳将集成到L3Harris Technologies'Iver4 UUV上。
IVER4 UUV重200磅，直径九英寸，长99英寸。据伦泰酒店称，合成孔径的合成孔子声纳对UUV的uuV表示，对于小型车辆的操作能力，这是一步前进的。
下一个微波炉
然后我们在早期（迟到）的设计阶段，转向仿真的仿真。伊利诺伊州工具工作（ITW）食品设备集团使用COMSOL分析和模拟其固态烤箱的新型加热方法。用于商业用途的烤箱可以烹饪各种食物，同时以及它们的不同温度，克里斯·霍尔斯，射频系统工程师表示。他还在Comsol会议上发言。
固体型烤箱与对流微波不同，使用相同的磁控管技术在第二次世界大战中为雷达开发。“常规”微波炉使用开环磁控系统来加热食物。
但是基于磁控管的系统具有许多限制，包括低功率和相位控制，短暂的寿命和高压电源，Hopper表示。
另一方面，RF固态烹饪具有闭环反馈系统，可以适应各种负载并在烹饪过程中随时测量食品的性质，霍普尔说。
“用固态，你可以改变电力，测量进入腔体并出来的东西，你可以教烤箱如何随着时间的推移智能地回应它，”他说。
“磁控管可以持续12至18个月，但具有固态功率，可以在多年的寿命中放大，”料斗补充道。“并且性能随着时间的推移不会降低。”
“但在开始建设之前，您想调查基本的物理现象，因为我们正在谈论具有多种现象的金属盒，”他说。
霍普珀的团队使用COMSOL使用Livelink迭代Matlab的设计。该软件允许它们将其模型与COMSOL Multi0mics同步并定义几何形状，运行多体学仿真，并相应地优化模型。例如，他们使用模拟来研究其模型的加热模式。
“我们看看食物的存在在干扰，炎热和寒冷的斑点和其他品质方面的变化，”他说。“改变阶段如何影响食物本身？
“我们不需要精确，”霍珀补充道。他说:“一旦我们确定模拟能够准确地代表现实生活中的实验，我们就会考虑其准确性。”
“我们的工作的高潮是开发算法，”霍普尔说。“我们可以研究不同来源的数百种不同阶段的组合。我们可以看出这背后的数据和测试和火车模型主要值得算法进一步开发。
“通过模拟，我们可以逐步淘汰那些对我们感兴趣的结果不起作用的东西，”霍珀说。“这为我们节省了很多时间，因为我们不会在可能行不通的算法开发上陷入死胡同。”
他补充说，单独研究每个相位和频率组合需要在实验室使用测试设备数周时间。
虚拟模拟也以不寻常的方式削减了劳动力成本，因为工程师用实际的烤箱原型和他们烹饪的食物运行更少的实验。
为了使产品专家可用的模拟，谁不需要或希望看到精细打印，ITW工程师从COMSOL数据创建了一个应用程序。霍普尔说，产品专家们将其视图，并根据自己的体验提供反馈。
“我们在这里有一个负责为客户带来价值的厨师，”霍普尔说。“他想要一些问题，他想要回答，通过应用程序，他不想多次在厨房里尝试一下。“他可以看待温度，空速，时间并确定他可以做饭的食物的参数以及如何随着这些东西而改变食物。
最终，许多公司正在学习康森斯营销副总裁Bjorn Sjodin说，多发性模拟可以像模型创作一样重要。他称之为“模拟民主化”的趋势。
“更多工程师正在使用模拟，”他说。他希望趋势继续。
通过应用程序简化复杂的分析和模拟的能力超出了工程师的范围。
很快，销售代表可能会将烤箱阶段和频率展示给潜在客户。毕竟，“有一个应用程序。”
COMSOL.
www.comsol.com.
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