COMSOL 学习

在工程实际中，很多多物理场耦合作用下的实验缺少开展条件，且无具体的理论指导设计，必须采用数值仿真的方法来研究和测评。COMSOL Multiphysics具有高效的计算性能和独特的多物理场全耦合分析能力，可以保证数值仿真的高度精确，因此被应用于各个学科领域。但是，由于多个物理场耦合问题的复杂性，COMSOL在实践应用中也存在大量的技术问题。

一、时间地点：

comsol

2021 年 年 11 月 月 20 日- – 11 月 月 21 日 在线直播

2021 年 年 12 月 月 04 日- – 12 月 月 05 日 在线直播

ANSYS-Fluent

2021 年 年 11 月 月 27 日- – 11 月 月 28 日 在线直播

二、大纲：

“ COMSOL 多场耦合仿真技术与应 用”光电专题大纲 （二十六期）

( 一) 案列应用实操：

COMSOL 仿真实践 (RF 及波动光学模块案例 Step by step 详解) ) ：

1、光子晶体能带分析、能谱计算、光纤模态计算、微腔腔膜求解；

2、类比凝聚态领域魔角石墨烯的 moiré 光子晶体建模以及物理分析；

3、传播表面等离激元和表面等离激元光栅等

4、超材料和超表面仿真设计，周期性超表面透

射反射分析;5、光力、光扭矩、光镊力势场计算；

6、波导模型：表面等离激元、石墨烯等波导模

型的本征模式分析，以及利用数值端口求解各种

类型波导的传输效率；

7、光-热耦合案例；

8、天线模型；

9、二维材料如石墨烯建模；

10、基于微纳结构的电场增强生物探测；

11、散射体的散射,吸收和消光截面的计算;

12、拓扑光子学：拓扑边缘态和高阶拓扑角态应用仿真；

13、二硫化钼的拉曼散射;

14、磁化的等离子体、各向异性的液晶、手性

介质的仿真；

15、光学系统的连续谱束缚态；

16、片上微纳结构拓扑优化设计(特殊情况下，

如何利用二维系统来有效的优化三维问题)：反设计片上透镜，偏振分束器；

17、形状优化反设计：利用形状优化设计波导带通滤波器；

18、非厄米光学系统的奇异点：包括 PT 对称波导结构和光子晶体板系统等；

19、微纳结构的非线性增强效应，以及共振模式的多极展开分析；

20、学员感兴趣的其他案例；

（二）软件操作系统教学：

COMSOL 软件入门仿真框架建立及软件基本操作

1 1 、 初识 COMSOL 仿真

目标：以多个具体的案例建立 COMSOL 仿真框架，建立 COMSOL 仿真思路，熟悉软件的使用方法；

2 2 、 COMSOL 软件基本操作

2.1 参数，变量，探针等设置方法

2.2 几何建模

2.3 基本函数设置方法，如插值函数、解析函数、分段函数等

2.4 特殊函数的设置方法，如积分、求极值、求平均值等

2.5 高效的 格划分

3 3 、前处理和后处理的技巧讲解

3.1 特殊变量的定义，如散射截面，微腔模式体积等

3.2 如何利用软件的绘图功能绘制不同类型的数据图和动画

3.3 数据和动画导出

3.4 不同类型求解器的使用场景和方法

COMSOL 仿真进阶RF 及波动光学模块仿真技术详解

4 4 、 COMSOL 中 中 RF 、波动光学模块仿真基础

4.1 COMSOL 中求解电磁场的步骤

4.2 RF、波动光学模块的应用领域

5 5 、 RF 、波动光学模块内置方程解析推导

5.1 亥姆霍兹方程在 COMSOL 中的求解形式

5.2 RF 方程弱形式解析，以及修改方法(模拟特殊本构关系的物质)

5.3 深入探索从模拟中获得的结果

（如电磁场分布、功率损耗、传输和反射、阻抗和品质因子等）

6 6 、 边界条件和域条件的使用方法

6.1 完美磁导体和完美电导体的作用和使用场景

6.2 阻抗边界条件、过度边界条件、散射边界条件、周期性边界条件的作用

6.3 求解域条件：完美匹配层的理论基础和使用场景、 PML 格划分标准

6.4 远场域和背景场域的使用；6.5 端口使用场景和方法；

6.5 波束包络物理场的使用详解；

7 7 、 波源设置

7.1 散射边界和端口边界的使用方法和技巧（波失方向和极化方向设置、S

参数、反射率和透射率的计算和提取、高阶衍射通道反射投射效率的计算）

7.2 频域计算、时域计算 7.3 点源,如电偶极子和磁偶极子的使用方法

7.4 背景场的作用及使用方法

8 8 、 材料设置

8.1 计算模拟中各向同性,各向异性,金属介电和非线性等材料的设置

8.2 二维材料,如石墨烯、MoS2 的设置；

8.3 特殊本构关系材料的计算模拟(需要修改内置的弱表达式)

9 9 、 格设置

9.1 精确仿真电磁场所需的 格划分标准 9.2 格的优化 9.3 案列教学

COMSOL 仿真进阶COMSOL WITH MATLAB

10 、 COMSOL WITH MATLAB 功能简介

(a) COMSOL WITH MATLAB 进行复杂的物理场或者集合模型的建立

(如超表面波前的衍射计算);

(b) COMSOL WITH MATLAB 进行复杂函数的设置

(如石墨烯电导函数的设置和仿真);

(c) COMSOL WITH MATLAB 进行高级求解运算和后处理;

(d) COMSOL WITH MATLAB 求解具有色散材料的能带；

ANSYS- -t Fluent 激光加工、熔覆过程仿真分析专题

第一天上午

ANSYS-Fluent软件入门

1. ANSYS-Fluent 软件应用及基本操作

1.1 模拟概览

1.2 模型创建

1.3 格划分

1.4 物理问题

1.5 求解过程

1.6 后处理

2. 流动、传热及传质过程的边界条件、初始条件

2.1 外部边界，如 pressure-out 等

2.2 内部边界，如 wall 等

2.3 计算域，如 fluid 等

3. 案例实操：移动热源作用下钢板加热冷却仿真

激光热源模型，如高斯热源等

体热源与面热源

移动热源建模，如变扫描速度

第一天

下午

激光熔凝仿真

UDF 二次开发

4. 材料凝固熔化过程的流动、传热和传质现象

4.1 热量传递的三种方式，传导、对流和热辐射

4.2 凝固熔化过程中的潜热

4.3 Marangoni 对流

4.4 热溶质对流

5. C 语言基础（数据类型、运算符、 三种结构：顺序、 选择、 循环等）

6. UDF 二次开发基础

6.1 UDF 简介

6.2 数据结构和宏，如 cell ，thread等

6.3 常用宏解析，如 C_R(c,t) ，C_T(c,t)等

6.4 UDMI 与 UDSI 讲解

6.5 UDF 手册 8 年使用心得

7.案例实操：45#钢激光熔凝仿真

JMatPro 计算材料热物性参数

基于 Gambit 建模及 格划分

表面热源及凝固潜热处理

初始和边界条件设置

模拟结果分析

第二天

上午

ANSYS-Fluent软件二次开发提高

8. 金属凝固过程中的宏观偏析

8.1 宏观偏析简介

8.2 宏观偏析的模拟方法

8.3 体积平均理论基础

9. UDF 二次开发提高

Fluent 中的欧拉模型

UDF 中组元数据类型

UDF 中欧拉相数据类型

UDF 中常用函数解析，DEFINE_PROPERTY 等

10. SCI 论文成果再现

Sn- 10wt.%Pb 合金凝固过程的通道偏析

Gabmit 建模及 格划分

编写、编译、 挂载 UDF 程序

模拟数据后处理

通道偏析形成机制

第二天下午

激光熔覆过程

实例仿真

11. 激光熔覆过程中的成分分布

11.1 激光熔覆简介

11.2 激光熔覆中的物理现象

11.3 多组元材料的处理

12. 案例实操：

45#钢熔覆 316L 过程中熔池演化及熔覆层元素分布仿真

激光熔覆 格划分及边界条件设置

六组元两相模型建立，如 C ，Cr 等组元的固液两相

模拟结果分析

三、 联系方式：

QQ：762291919