COMSOL в России: моделирование мультифизических задач доступно каждому

Мы все прекрасно знаем, что Россия исторически сильна своей физико-математической школой, благодаря чему занимает лидирующие позиции во многих наукоемких отраслях, таких как, например, разработка ракетных двигателей и атомная энергетика. Российская нефтегазовая промышленность — еще один пример высокотехнологичной отрасли, где мультифизическое моделирование может существенно повысить эффективность, а также помочь в разработке новых технологий, — от разведки месторождений до сбыта готовой продукции. У COMSOL уже есть немало заказчиков в России, появляются новые, и растущий объём необходимого взаимодействия с пользователями привёл к необходимости открытия московского офиса.

«Новый» в данном случае означает новый этап для компании COMSOL, начало работы напрямую с нашим, Российским, рынком наукоемкого программного обеспечения для проектирования и численного моделирования. Основные направления работы офиса это, несомненно, продажи, техническая поддержка и частичная локализация самого продукта и сопутствующих материалов. Важно отметить также, что мы активно занимаемся обучением, проводим практические занятия на предприятиях, семинары и встречи с заказчиками.

На текущий момент компания насчитывает 22 офиса и почти 400 сотрудников: относительно немного, если учитывать чрезвычайную сложность разрабатываемого продукта и специфику технической поддержки. Совсем недавно компания выпустила совершенно новый продукт для рынка моделирования – среду для разработки приложения (Application Builder) и отдельный продукт для запуска этих приложений COMSOL Server (см. «Новый релиз COMSOL Multiphysics® версии 5.1 COMSOL задает стандарт приложений для моделирования»). На одном из семинаров, считая это шуткой, меня спросили, когда мы портируем наше ПО на Android или iOs. И вот с выходом COMSOL Server и Application Builder, моделирование, в прямом смысле, доступно с планшета или смартфона.

Вполне наглядно характеризует деятельность компании ежегодный журнал COMSOL News, который содержит примеры применения пакета COMSOL Multiphysics для решения множества задач из разнообразных областей физики, химии, медицины, авиастроения и так далее.

Пакет COMSOL Multiphysics используют с равным успехом как коммерческие компании, так и академические организации. Некоторые из наиболее интересных приложений мы публикуем в COMSOL News. Авторов приглашаем в качестве докладчиков на наши ежегодные конференции COMSOL. Например, на конференции 2013 года в Роттердаме, известная своей бытовой электроникой, компания Philips поделилась спецификой моделирования ингаляторов с помощью пакета COMSOL Multiphysics. В 2014 году в городе Кэмбридж, Великобритания, инженер компании B&O рассказал уже о применении нашего пакета для моделирования автомобильной акустики. На каждой из конференций представляют свои достижения в моделировании и академические пользователи, включая наших российских специалистов из университетов Москвы, Санкт-Петербурга, Перми, Казани и других городов.

Спектр наших заказчиков весьма широк: от компании Boeing, которая в упомянутом выше выпуске COMSOL News отметилась интересной статьей про моделирование композитных материалов, до ваших земляков — Новосибирского технологического центра компании Baker Hughes.

Пакет COMSOL Multiphysics позволяет моделировать задачи из таких областей как электротехника (низко и высоко-частотные приложения, геометрическая оптика, плазма, полупроводники), механика (анализ напряжений, акустика, теплопроводность), гидродинамика (ламинарные и турбулентные течения, течения в пористых средах и для больших чисел М) и химия (химические реакторы, коррозия, батарейки и топливные элементы). В то же самое время, по-настоящему, возможности пакета раскрываются при моделировании мультифизических (междисциплинарных) задач. Возьмите проводник и пропустите через него электрический ток, затем добавьте решение задачи теплопередачи и анализ на деформации. Это и есть пример мультифизической задачи. Настоящим «коньком», как вы говорите, является способность комбинировать различные задачи (области физики), включая решение своих собственных уравнений. Также, начиная с версии 5.0, появилась возможность создавать свои приложения и запускать их на различных платформах, включая планшеты и смартфоны. Моделирование доступное каждому.

Занимаясь решением задачи численного моделирования подшипников скольжения, мне довелось на собственном опыте столкнуться с проблемами численных погрешностей и верификации модели. Вероятно, для любого пакета можно подобрать задачу, которая будет решаться как минимум с недостаточной точностью, а то и совершенно некорректно. Равно как и недостаточно тонкая настройка пакета способна привести к существенным ошибкам в полученном решении. В пакете COMSOL Multiphysics несомненно есть механизмы для снижения вероятности появления подобных проблем.

Во-первых, это верификация модулей (решаемых задач) на целом ряде тестовых примеров. С ними можно ознакомиться в любой версии пакета, в библиотеке готовых приложений. Как правило, названия приложений содержит слово verification. Также, всегда можно обратиться в техническую поддержку и узнать на каких задачах проверяется интересующий модуль.

Во-вторых, пакет содержит интеллектуальную систему выбора параметров построения (генерации) сеток и настройки решателей (солверов) в зависимости от типа решаемой задачи. Возьмите задачу течения жидкости в трубе и автоматическое построение сеток будет учитывать особенности геометрии (например, будут применены пограничные слои).

В качестве стандартных рекомендаций построения процесса работы, пожалуй, назову последовательное усложнение модели. Это стандартный процесс отладки и поиска ошибок, который работает как в программировании так и в научных исследованиях, включая вопросы численного моделирования. Наконец, очень важно корректно определять граничные условия. Наличие правильной постановки задачи уже половина решения.

Несомненно, в пакете предусмотрены различные сценарии импорта геометрии из различных CAD систем. Поддерживается как импорт из файлов, так и более тесная интеграция со многими пакетами для, например, автоматизации задачи параметрического исследования. Зачастую, доступна возможность запустить расчет модели прямо из CAD пакета (элементы управления интегрируются в пакет).