کامسول چیست و چه کاربردی دارد؟ + منابع یادگیری نرم افزار کامسول مولتی فیزیکس

در این مطلب قصد داریم در مورد نرم افزار کامسول و کاربردهای آن صحبت کنیم. بدین ترتیب ابتدا توضیحاتی در مورد نرم افزار کامسول و تاریخچه آن بیان می‌کنیم، همچنین نحوه نصب و اجرای این نرم افزار را در ویندوز آموزش داده و به حل دو مسئله در این نرم افزار که یکی دو بعدی و دیگری سه بعدی است می‌پردازیم. اگر به تازگی قصد یادگیری کامسول را دارید خواندن این مطلب را از دست ندهد.

بنیانگذاران و تاریخچه نرم افزار کامسول چیست؟

شاید برای شما جالب باشد که بدانید شرکت و نرم افزار کامسول AB را دو نفر به نام‌های «اسوانته لیترمارک» (Svante Littmarck) و فرهاد سعیدی در سال 1986 در استکهلم سوئد تأسیس کردند. از آن زمان این شرکت به گروهی از شرکت‌های تابعه در سراسر جهان تبدیل شده است. امروز اسوانته لیتر مارک مدیرعامل گروه کامسول و رئیس و مدیر عامل شرکت کامسول است و فرهاد سعیدی رئیس کامسول AB است.

فیلم آموزش کامسول – هندسه و تعاریف COMSOL در فرادرس

کلیک کنید

نرم افزار کامسول مولتی فیزیکس چیست؟

کامسول مولتی فیزیکس یک نرم افزار شبیه سازی عمومی برای مدل سازی طرح‌ها، دستگاه‌ها و فرایندها در تمام زمینه‌های مهندسی، ساخت و تحقیقات علمی است. کاربر این نرم افزار علاوه بر استفاده از مدل سازی مولتی فیزیکس برای پروژه‌های خود، همچنین می‌تواند مدل های خود را به اپلیکیشن‌های شبیه سازی برای استفاده توسط سایر تیم‌های طراحی، بخش‌های تولید، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، مشتریان و موارد دیگر تبدیل کند.

کامسول یک محیط شبیه سازی است که با در نظر گرفتن کاربردهای دنیای واقعی طراحی شده است. هدف از همه شبیه سازی‌ها تا آنجا که ممکن است بررسی تأثیراتی است که در واقعیت مشاهده می‌شوند. اگر بتوانیم تمام مواردی که در واقعیت اتفاق می‌افتد را در یک پروژه مهندسی یا علمی در شبیه سازی وارد کنیم، در حقیقت شبیه سازی بیشتر و بیشتر به مدل واقعی نزدیک می‌شود.

برای انجام این کار نیاز به چند فیزیک یا مولتی فیزیکس وجود دارد. مولتی فیزیکس می‌تواند شامل چندین مدل علمی باشد که مورد علاقه شما است یا در محاسبات شما مهم است. برخی از این موارد عبارت از صوت، الکترومغناطیس، واکنش‌های شیمیایی، مکانیک، جریان سیال و انتقال گرما هستند. از آنجا که دنیای واقعی شامل همه این اثرات است، محیط شبیه سازی شما نیز باید شامل این اثرات باشد. این همان چیزی است که کامسول به دنبال محقق کردن آن است و کامسول این کار را با یک رابط کاربری آسان انجام می‌دهد تا دانشمندان و مهندسان را در کارهای روزمره خود پر بازده‌تر کند.

مهندسان در حال طراحی سریع‌تر و با هزینه کمتر محصولات بهتر هستند، دانشمندان در حال کشف موضوعات جدید هستند، پزشکان در حال تحقیق درباره روش‌های درمانی نوآورانه هستند، مربیان در حال برقراری ارتباط با دانش آموزان هستند و این لیست تا بی نهایت می‌تواند ادامه پیدا کند. بدین ترتیب شبیه سازی‌های مولتی فیزیکس کامسول می‌تواند دنیای واقعی را به شبیه سازی نزدیک و نزدیکتر کند.

کامسول مولتی فیزیکس از روش المان محدود و شبیه‌سازی چند فیزیکی برای حل مسائل استفاده می‌کند. برای مثال فرض کنید که شما می‌خواهید یک موتور الکتریکی را مدل سازی کنید برای مدل سازی یک موتور الکتریکی شما نیاز به یک میدان مغناطیسی دارید که آن میدان مغناطیسی باعث ایجاد جریان الکتریکی می‌شود، جریان الکتریکی در کنار میدان مغناطیسی باعث ایجاد گشتاور می‌شود و در نهایت موتور را به حرکت در می‌آورد.

در نتیجه در این مثال شما نیاز به سه فیزیک میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و گشتاور دارید تا بتوانید یک موتور را به صورت کامل مدل سازی کنید. نرم افزار کامسول بسیار آسان این ویژگی را در اختیار ما قرار می‌دهد که بتوانیم فیزیک‌های مختلف را در کنار هم قرار دهیم.

کارکردن با کامسول بسیار ساده و به نوعی کاربر دوست است به این معنی که شما با یادگرفتن نکات ابتدایی ساده می‌توانید شبیه سازی‌های خود را در کامسول انجام دهید. همچنین مثال‌های فراوانی در داخل نرم افزار گنجانده شده است که می‌توانید از آن‌ها استفاده کرده و سیستم خود را مدل سازی کنید. باید بیان کرد که ویژگی ساخت نرم افزار از ورژن 5 به بعد کامسول در این نرم افزار گنجانده شده است.

در این مطلب دو مثال دو بعدی و سه بعدی را در کامسول بررسی می‌کنیم و همچنین نحوه نصب کامسول را بر روی سیستم آموزش می‌دهیم و چند ویدیوی آموزش کامسول را نیز معرفی می‌کنیم.

نصب نرم افزار کامسول مولتی فیزیکس چگونه است؟

نصب نرم افزار کامسول از طریق دریافت فایل برنامه از طریق اینترنت یا از طریق فلش یا دی وی دی برنامه امکان پذیر است. بعد از دریافت فایل (+) اگر فایل به صورت زیپ است آن را از حالت زیپ خارج کنید. اگر فایل به صورت مجازی یا به حالت iso بود باید آن را به حالت mount درآورید.

فیلم آموزش کامسول – آشنایی با مباحث منتخب COMSOL در فرادرس

کلیک کنید

• برای این کار نرم افزار درایو مجازی (+) را نصب کنید.
• روی سی دی درایو مجازی که در صفحه My Computer شما به نام BD-ROM ایجاد شده کلیک راست کنید و گزینه Mount را انتخاب کنید.
• در پنجره‌ای که باز می‌شود فایل COMSOL_5.6.0.401.iso را انتخاب کنید.
• در بخش بعد و روی پنجره‌ای که باز می‌شود فایل setup.exe را دبل کلیک کنید تا پنجره نصب نرم افزار کامسول باز شود.
• در این مرحله زبان مورد نظر را روی English انتخاب کنید و گزینه Next را انتخاب کنید.
• در پنجره جدید روی گزینه New COMSOL Installation کلیک کنید و با انتخاب accept the terms of the license در قسمت license agreement نوع لایسنس محصول خود را انتخاب کنید.
• در صفحه و سربرگ platform هر دو گزینه ویندوز 32 بیت و 64 بیت باید تیک داشته باشد و گزینه Next را می‌زنیم.
• در مرحله بعد و در سربرگ products تمام اپلیکیشن‌هایی که آماده نصب هستند نمایش داده می‌شود، مجدداً گزینه Next را انتخاب کنید.
• در مرحله بعد و با توجه به شرایط جغرافیایی ما بهتر است در سربرگ option دو گزینه مربوط به آپدیت check for updates after installation و enable automatic check for updates را از حالت انتخاب خارج کنید. گزینه Next را کلیک کنید و در مرحله آخر install را بزنید تا فرآیند نصب انجام شود.
• فرآیند نصب کامسول نسبتاً طولانی است و چند ساعت زمان می‌برد.

بعد از اتمام نصب سه گزینه میان بر  COMSOL Multiphysics 5.6، COMSOL Multiphysics 5.6 with MATLAB و COMSOL Multiphysics 5.6 with Simulink را بر روی دسکتاپ خود خواهید دید.

اجرای یک تیر یک سر گیردار دو بعدی در نرم افزار کامسول مولتی فیزیکس

بعد از نصب برنامه از روی دسکتاپ یا استارت منو برنامه را اجرا می‌کنید. با توجه به مشخصات سیستم شما مدتی طول می‌کشد تا برنامه بالا بیاد و صفحه ابتدایی آن را مشاهده کنید. اما قبل از این مرحله برای ایجاد مدل تعدادی مرحله است که لازم است آن را کمی توضیح دهیم.

وقتی فضای برنامه را باز می‌کنیم و بعد از انتخاب Model Wizard بحث ابعاد فضای کاری به میان می‌آید که در این مرحله چند گزینه وجود دارد که عبارتند از:

• صفر بُعدی یا نقطه
• یک بُعدی یا خط
• یک بُعدی متقارن محوری
• دو بُعدی
• دو بُعدی متقارن محوری
• سه بُعدی

که شما با توجه به مسئله مورد نظر تعداد ابعاد فضا را انتخاب می‌کنید. در مرحله بعد از شما فیزیک مورد نظر را می‌خواهد و شما باید فیزیک مسئله‌ای که قصد شبیه سازی آن را دارید در این مرحله مشخص کنید. در این مرحله می‌توانید چند یا یک فیزیک را انتخاب کنید که حالت‌هایی مانند فیزیک جامد، جریان مستقیم یا متناوب و غیره را می‌توانید در این مرحله انتخاب کنید و وارد مرحله بعد شوید.

در مرحله بعد انتخاب نوع مطالعه یا مدل باید مشخص شود که در نرم افزار تحت عنوان Study آن را خواهید یافت. در این مرحله باید مشخص کنید که شبیه سازی شما به چه صورتی قرار است صورت بگیرد استاتیک، دینامیک، ارتعاشات یا غیره.

حال با این توضیحات وارد نرم افزار می‌شویم و به همان روشی که بالاتر گفتیم نرم افزار را باز می‌کنیم. اولین صفحه‌ای که در لحظه شروع نرم افزار با آن مواجه می‌شوید به صورت زیر است:

در این مثال برای شروع از گزینه Model Wizard استفاده می‌کنیم. در صفحه بعد گزینه‌های ابعاد مدل را داریم، که ما در این مثال و برای شروع از یک المان دوبُعدی استفاده می‌کنیم. در صفحه بعد که به صورت زیر است و تصویر آن را بالاتر ملاحظه کردید باید از میان گزینه‌های زیر فیزیک مسئله را انتخاب کنیم که شامل موارد زیر هستند:

• AC/DC که مربوط به جریان‌های الکتریکی و میدان‌های مغناطیسی است.
• Acoustics که مربوط به انتشار امواج است.
• Chemical Species Transport
• Electrochemistry
• Fluid Flow که برای مدل سازی جریان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• Heat Transfer برای مدل سازی انتقال حرارت است.
• Optics
• Plasma
• Radio Frequency
• Semiconductors
• Structural Mechanics که برای سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• Mathematics که می‌تواند یک سری مسائل ریاضی مانند معادلات دیفرانسیلی را حل کند.

این نرم افزار توانایی لینک شدن با متلب برای انجام سریع‌تر محاسبات را دارد. در این مثال ما در Structural Mechanics گزینه Solid Mechanics را انتخاب می‌کنیم. مشخص است که در این مثال با مولتی فیزیکس یا چند فیزیک مواجه نیستیم ولی این مثال برای شروع کار با کامسول می‌تواند مفید باشد. بعد از اضافه کردن گزینه مطالعه مورد نظر پارامترهای مورد نظر در پنجره‌ای مانند شکل زیر به نمایش گذاشته می‌شود:

سپس گزینه Study را انتخاب می‌کنیم. در صفحه بعد نرم افزار کامسول بیان می‌کند که برای فیزیکی که انتخاب کرده‌ایم این مطالعات را که به صورت لیست تصویر (6) است را می‌تواند ارائه دهد، که ما برای شروع حالت Stationary را در نظر می‌گیریم و بدین ترتیب با در نظر گرفتن تمام انتخاب‌های مورد نظر ما شبیه سازی این مدل آغاز می‌شود. در ابتدا با تصویری  مانند تصویر (7) مواجه می‌شویم. همان طور که در تصویر می‌بینید دو قسمت جنس قطعات یا Materials در کامسول و در نوار ساخت مدل یا Model Builder وجود دارد که جنس قطعات را باید در زیر نوار Component انتخاب کنیم.

همچنین شما می‌توانید مشخصات قطعه را در دو قسمت Global definitions یا Component 1 وارد کنید، که همانطور که از نام آن‌ها مشخص است در حالت اول متغیرهای شما به صورت گلوبال تعیین می‌شوند ولی در زیر نوار comp 1 فقط برای عنصری که شما قصد طراحی آن را دارید این پارامترها مشخص می‌شوند. بدین ترتیب ما پارامترها را به صورت لوکال تعریف می‌کنیم. اگر روی Geometry در زیر شاخه comp 1 کلیک کنیم، پنجره‌ای به صورت زیر خواهیم داشت که می‌توانیم واحدهای مختلف از آنگستروم، متر، میلی متر و غیره را برای اندازه‌های خود مشخص کنیم.

همان طور که در تصویر نیز مشاهده می‌کنیم در نوار بالای برنامه نیز تمام گزینه‌هایی مانند Geometry یا Material یا غیره وجود دارد که می‌توانید از آن‌ها استفاده کنید. با کلیک بر گزینه Geometry خواهید دید که یک گزینه تحت عنوان import وجود دارد که از طریق آن می‌توانید فایل‌هایی با فرم‌های مختلف را در نرم افزار وارد کنید و این موجب راحتی کار شما می‌شود، ولی ما در این مثال به این گزینه نیازی نداریم. از گزینه Geometry گزینه مستطیل یا rectangle را انتخاب می‌کنیم و در صفحه موجود زیر گزینه Graphics یک شکل رسم می‌کنیم.