培训班：COMSOL 多物理场仿真技术与应用 （案例教学）

“静态/低频电磁（AC/DC）专题”课程大纲

一、多物理场耦合及软件简介

1、多物理场仿真的发展简况。

2、操作界面介绍及操作技巧。

3、多物理场耦合的预定模式与耦合操作。

4、多物理场仿真软件的关键特性。

二、软件基本操作详解

1、几何建模：

COMSOL自带几何文件创建详解，几何建模注意事项和建议，特殊几何体建模，组合体和装配体的异同，LiveLink CAD实时连接和CAD文件导入及修复，LiveLink  SolidWorks实时连接和SolidWorks文件导入及修复。

2、网格剖分：

网格划分及各项功能详解，网格剖分注意事项和网格收敛性判定，不同物理场的网格选择与优化，网格质量判定与估计，自适应网格用法详解。

3、后处理：  

数据集处理以及求解域数据的选择、派生值和表格的作用，1D、2D、3D绘图技术，图片导出以及数据导出使用origin绘图，生成报告和报告的作用。

4、求解器：

直接求解器和迭代求解器的使用，从方程上求解上展示全耦合求解和分离式求解的异同，针对物理场如何选取和优化求解器。

5、参数、变量、函数、探针的作用及其使用方法，参数化扫描和助扫描的作用和使用。

6、后处理：

数据集处理以及求解域数据的选择。数据处理二次计算、派生值和表单。绘图组和绘图类型、1D、2D、3D绘图技术。不同格式分辨率的图片导出以及数据导出使用origin绘图。导出数据、生成报告。

7、APP的作用以及开发流程，如何封装模型。

三、自定义偏微分方程技术详解

1、PDE的作用和数理方程解问题分析，三类边界条件的约束作用和在软件中的添加，五种经典方程的分析和作用。

2、系数型偏微分方程的使用和限制，如何将方程化为系数型并在软件中进行求解。

3、广义型偏微分方程的使用和作用。如何将方程化为广义型并在软件中进行求解。

4、弱解型偏微分方程的使用及其灵活性，方程弱形式推导流程和在软件中书写。

5、多物理变量方程的定义与耦合。

四、移动网格和变形几何技术详解

1、移动网格和变形几何的区别与联系。

2、移动网格(颗粒运动简化模型)，介绍网格重构。a)平滑模型、几何阶数，b)重构策略选择，c)如何使计算稳定。

3、针对移动网格的几何设计和网格划分策略。

五、低频电磁场（ACDC）物理场技术详解

1、电磁学知识回顾，麦克斯韦方程组所对应于各个模块的内容。物理场的应用场景和选择标准，各个域和边界的作用和实现。

2、电容，电感，电阻模型分析,介绍三种模型的控制方程和边界条件。

(a)如何提取集中参数得到电容值，电感值，电阻值

(b)电容边缘效应模型分析，静电屏蔽模型分析，薄层边界应用条件和分析。

3、永磁体，超导，线圈模型分析

(a)非线性材料的定义和使用范围，BH曲线和EJ曲线的定义和使用

(b)如何定义永磁体模型，计算周围的磁场和永磁体之间的作用力

(c)线圈问题的详细分析，单扎和多扎线圈的使用方法详解，电路模块的作用和如何实现场路耦合。

六、微波加热技术讲解

1、传热理论以及方程形式介绍

(a)  热传导仿真详解，稳态和瞬态仿真过程演示。

(b)  热对流仿真详解，如何耦合流体流动进行热对流仿真，强制对流换热和自然对流换热关键点设置。

(c)  热辐射仿真详解，太阳辐射，真空辐射，表面对表面辐射，表面对环境辐射。

(d)  相变仿真介绍，COMSOL中内置相变模型。

(e)  传热边界条件详解。

2、焦耳热与涡流加热详解

(a)  电磁场和传热场强耦合仿真策略。

(b)  稳态电流的焦耳热仿真，瞬态脉冲电流的焦耳热仿真，电磁与传热时间不统一的感应加热仿真。

(c)  电磁-传热-结构力学强耦合仿真，温度升高导致器件发生形变计算。

3、散热优化仿真详解

(a)  强制对流散热优化仿真，风冷，水冷，其他液体散热仿真。

(b)  微流道散热优化仿真。

(c)  高热导率材料导温优化仿真。

(d)  热电材料散热仿真，（温差产生电压也可以计算）

4、包含移动元件的微波加热过程仿真

(a)  物料运动仿真。加热物料旋转仿真（家用微波炉），加热物料移动仿真（传送带形式）。

(b)  模式搅拌器仿真。模式搅拌旋转仿真（家用微波炉），模式搅拌器摆动仿真。

(c)  波导短路面运动仿真。

(d)  涉及到其他运动元件仿真，具体可根据学员需求补充相关内容。

七、变压器模型分析

1、电磁分析计算：二相和三相变压器的建模与简化，初级线圈，次级线圈与电路相连接，铁心材料的定义与求解器的选取，非线性效应的提取，时域和频域分析的异同以及FFT变换。

2、变压器 电磁——热 全耦合分析计算：包括线圈的焦耳热损耗计算，铁心的磁损耗计算以及二者共同存在时候的热计算，热对流过程中空气和变压器机油的非等温流动效应分析。

3、变压器 电磁——结构——声 全耦合分析计算：变压器噪声产生的来源分析，包括振动模式分析，磁致伸缩分析，安培力分析，耦合结构力学分析，以及声固耦合分析，三者相互作用全耦合分析。

八、MEMS模型分析

1、固体力学分析计算：三维、二维或轴对称体的一般结构分析，二维模式下的使用平面应力或平面应变的假设，分析求解 Navier 方程组为基础，计算位移、应力和应变等结果。

2、机电 （耦合静电 力和结构力学）、焦耳热、焦耳热和热膨胀，及流固耦合 （耦合流体流动和 结构力学）耦合要点与分析计算。

3、压电 静电——固体力学全耦合分析计算：压电材料本构关系的难点与定义，正/逆压电效应建模与分析，双向耦合及其关键设置。

4、压电 —— 声波测井分析：压电——结构——声 全耦合分析计算，压电装置发射声波和接受声波，正/逆压电计算分析，三者相互作用全耦合分析。

5、压电 —— 流固耦合分析：压电——结构——流体——移动网格 全耦合分析计算，压电装置激发结构震动变形，结构变形影响流体的流动状态，通过移动网格描述空间拓扑变化，三者相互作用全耦合分析。

九、经典多物理场耦合案例

1、微波加热模型分析：材料参数随温度变化，微波加热过程中样品的移动和旋转问题分析，多孔介质的传热传质分析，微波加热过程中的相变处理方法。

2、扬声器模型分析：电磁计算分析，线性扰动分析，震动模式分析，BL值计算策略，模型简化原则以及  电磁——结构——声 全耦合分析。

3、声波无损检测分析：压电材料分析，电磁计算，结构振动计算，声固耦合计算，发射接收信号分析，耦合 电磁——结构——声场。

可根据学员要求进行其他案例的补充与讲解，包括激光加热，多孔介质传热传质等案例，以上内容结合模型进行教学，课程内容可根据学员报名情况调整，欢迎各位学员带上自己的模型前来参加培训，我们将全力为你们解决问题。

“射频（RF）/光学专题”课程大纲

一、多物理场耦合及COMSOL Multiphysics软件简介

1、多物理场仿真技术前沿；

2、操作界面介绍及操作技巧；

3、多物理场耦合的预定模式与耦合操作；

4、多物理场仿真软件的关键特性。

二、软件操作详解

1、几何建模：COMSOL自带几何文件创建详解；

2、网格剖分：网格划分及功能详解，不同物理场的网格选择与优化，自适应网格用法详解；

3、后处理：数据集处理及求解域选择、派生值和表格，绘图技术，数据导出使用origin绘图；

4、参数、变量、函数、探针的作用及其使用方法，参数化扫描和助扫描的作用和使用；

5、APP的作用以及开发流程，如何封装模型并提供给其他使用者；

6、完整多物理场耦合的COMSOL建模训练：每个学员独立建模训练，手把手指导。

三、自定义偏微分方程（PDE）技术详解

1、PDE的作用和数理方程解问题分析，三类边界条件的约束、五种经典方程的分析和作用；

2、系数型偏微分方程的使用和限制，如何将方程化为系数型并在软件中进行求解；

3、广义型偏微分方程的使用和作用，如何将方程化为广义型并在软件中进行求解；

4、弱解型偏微分方程的使用及其灵活性，方程弱形式推导流程和在软件中书写形式分析。

四、高频电磁场（RF）、光学模块技术详解

1、COMSOL中RF模块的电磁场原理基础通讲

(a)COMSOL求解电磁场问题的步骤；

(b)COMSOL在电磁场领域的应用介绍。

2、RF中内置方程解析

(a)亥姆霍兹方程在comsol中的求解形式；

(b)核心本构参数如何起作用，RF方程弱形式解析推导（纯手工板书推导），深度剖析RF和波动光学模块的内核，让学员透彻了解COMSOL RF和波动模块的能力范围，真正做到知其所以然。

3、RF、波动光学模块的理论介绍和基本界面介绍

(a)物理场的应用场景和选择标准，求解域和边界的作用；

(b)解析精确波时候的网格划分标准；

(c)计算模拟中材料设置，材料选取及色散关系定义及不同定义模型的内在联系。

4、COMSOL电磁波、光学仿真中材料设置

(a)计算模拟中各向同性,各向异性,色散材料、金属介电和非线性等材料的设置；

(b)二维材料,如石墨烯的设置；

(c)通过修改内置的弱表达式对特殊本构关系材料的计算模拟。

5、模式分析和特征值分析

(a)模式分析和特征值分析基本理论；

(b)如何选取和确定数值模型以及在软件中实现；

(c)如何识别伪模及其标准。

6、波源设置

(a)常用散射边界（SBC）和端口边界（port）的使用方法和技巧；

(b)波失方向和极化方向的设置；

(c)S参数的计算和提取，反射率和透射率的计算和提取；

(d)总场和背景场求解模式区分，背景场的作用及其设置，案列金属球散射教学；

(e)波源案列分光器教学；

(f)不同波源入射情况对比。

7、边界的设置详细解析

(a)完美磁导体（PMC）和完美电导体（PEC）的作用和使用场景；

(b)散射边界条件的使用场景和相关设置；

(c)周期性结构的周期性边界条件详细解析，及其网格划分技巧；

(d)周期结构电磁场斜入射情况下边界处理技巧。

8、吸收边界和远场求解的设置

(a)完美匹配层（PML）的理论基础和使用场景，PML网格划分的标准；

(b)阻抗边界作为吸收边界的作用和使用场景；

(c)远场理论的基础和使用场景。

9、表面等离子体（SPP）案列教学

(a)SPP激发要求和理论；

(b)表面等离子光栅模型教学；

(c)3D介质弯曲波导模型教学；

(d)Kretschmann结构的SPR激发模型教学；

(e)伪(人工）表面等离子体（spoof  SPP）模型教学。

五、案例实战

10、案例教学模型范畴

(a)光子晶体能带分析、光子晶体波导模型教学；

(b)负折射率和菲涅尔公式模型教学；

(c)自聚焦和传输场模型教学；

(d)束包络方法介绍和案列教学；

(e)天线，无线充电吸收模型教学；

(f)光-热耦合案例教学；

(g)色散曲线求解；

(h)旋光谱，圆二色谱；

(i)光镊、光力、光扭矩、光力势场的计算；

(j)二维材料如石墨烯、MoS2等建模；

(k)二次谐波；

(l)超材料和超表面(metamaterial and metasurface)设计；

(m)散射体的散射,吸收和消光截面的计算；

(n)微纳结构的电场增强生物探测；

(o)拓扑光子学和非厄米光子学；

(p)拉曼散射，SPR增强SERS，增强拉曼光谱计算；

(q)周期性结构模型：周期性结构旋光分析; 周期结构透射反射及S参数分析；

(r)波导模型：表面等离激元波导;石墨烯波导; PT对称的波导模型;非线性波导自聚焦；

(s)COMSOL with MATLAB功能:复杂模型建立;高级求解运算和后处理;复杂函数设置；

t) 其他案例

【服务案例摘选】

凡是能用麦克斯韦方程组描述的仿真模型问题，我们都可以提供咨询帮助。

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