کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB یک راهنمای کامل برای مدلسازی مالتی‌فیزیک با استفاده از نرم‌افزارهای قدرتمند COMSOL و همچنین MATLAB است که نسخه دوم آن در سال 2022 به چاپ رسیده است.
مروری کوتاه بر کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB:
COMSOL 5 و MATLAB ابزارهای مدلسازی نرم‌افزاری ارزشمندی برای مهندسان و دانشمندان هستند. این نسخه به روز شده شامل پنج مدل جدید است و طیف گسترده‌ای از مدل‌ها را در سیستم‌های مختصات از 0D تا 3D بررسی می‌کند و تکنیک‌های تحلیل عددی به کار رفته در نرم‌افزار COMSOL 5.6 و MATLAB را معرفی می‌کند.
متن مدل‌های الکترومغناطیسی، الکترونیکی، نوری، فیزیک حرارتی و زیست‌پزشکی را به عنوان نمونه ارائه می‌دهد. مفاهیم اساسی در مدل‌ها و دستورالعمل‌های گام‌به‌گام مورد نیاز برای ساخت هر مدل را ارائه می‌دهد.
فایل‌های همراه شامل تمام مدل‌های ساخته شده برای هر مثال گام‌به‌گام ارائه شده در متن و انیمیشن‌های مرتبط، همانطور که مشخص شده است.
این کتاب برای معرفی مدلسازی به یک مهندس با تجربه طراحی شده است و همچنین می‌تواند برای دوره‌های کارشناسی ارشد یا کارشناسی ارشد از آن استفاده شود.
امکانات کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB:
- تمرکز بر مدل‌های COMSOL 5.x و MATLAB که استفاده از مفاهیم را برای کاربردهای بعدی در مهندسی، علم، پزشکی و بیوفیزیک برای توسعه دستگاه‌ها و سیستم‌ها نشان می‌دهد.
- شامل فایل‌های همراه با کپی‌های اجرایی هر مدل و انیمیشن‌های مرتبط می‌باشد.
- شامل بحث‌های مفصل درباره خطاها و نتایج مدلسازی احتمالی است.
- از یک روش مدلسازی گام‌به‌گام مرتبط با قوانین بنیادی فیزیک استفاده می‌کند.
در ادامه مقدمه‌ای از کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.
مقدمه‌ای بر کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB:
هدف از این ویرایش دوم این کتاب، به‌روزرسانی دستورالعمل‌های ساختمان مدل برای مطابقت با COMSOL® نسخه 5.6، MATLAB® R2021a و جدیدتر است. مواد MATLAB موجود در ضمیمه برای تسهیل تعامل LIVELINK® با COMSOL 5.x بازبینی و به روز شده است. این نسخه دوم همچنین پنج تکنیک جدید ساخت مدل و حل مشکلات را معرفی می‌کند.
در این کتاب جدید، دانشمندان، مهندسان، بیوفیزیکدانان و سایر خوانندگان علاقه‌مند به کاوش در رفتار ساختارهای بالقوه دستگاه فیزیکی ساخته شده بر روی یک کامپیوتر (نمونه اولیه مجازی)، می‌توانند مدل‌های اکتشافی را قبل از رفتن به کارگاه یا آزمایشگاه و تلاش فیزیکی ایجاد کنند. هر چیزی که هست را ایجاد کنید (نمونه اولیه واقعی).
مدل‌های ارائه‌شده در اینجا در چارچوب قوانین کنونی به خوبی تثبیت‌شده دنیای فیزیکی (فیزیک کاربردی) ساخته شده‌اند و در پرتو تکنیک‌های تحلیل اصل اول به‌طور گسترده و شناخته‌شده مورد بررسی قرار می‌گیرند.
مانند هر روش دیگر حل مسئله (پاسخ ریاضی محاسبه شده)، اطلاعات به دست آمده (به دست آمده) از طریق استفاده از چنین راه حل‌های مدلسازی شده، مانند این شبیه‌سازی‌های کامپیوتری (نمونه‌های اولیه مجازی)، در نهایت می‌تواند تنها به اندازه مقادیر خواص مواد و مقادیر دقیق باشد. مفروضات اساسی به کار گرفته شده برای ساخت (ایجاد) این شبیه‌سازی‌ها.
مزیت اصلی ترکیب شبیه‌سازی کامپیوتری (نمونه‌سازی مجازی) و تجزیه و تحلیل اصول اولیه برای کشف مصنوعات (ساختارهای دستگاه) این است که مدل‌ساز می‌تواند به همان اندازه که برای حل یک مشکل اساسی نیاز است، رویکردهای متفاوتی را برای حل مشکل اساسی امتحان کند. درست (یا نزدیک به آن) قبل از ساخت اجزای دستگاه و دستگاه مونتاژ شده (نمونه اولیه واقعی) در کارگاه یا آزمایشگاه برای اولین‌بار.
فصل 1 روش مدلسازی
فصل 1 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB با بحث در مورد ملاحظات اساسی درگیر، مروری بر فرآیند مدلسازی ارائه می‌کند: سخت‌افزار (پلتفرم رایانه)، سیستم‌های مختصات (فیزیک)، مفروضات ضمنی (ملاحظات ابعاد پایین‌تر)، و تجزیه و تحلیل اصول اولیه (فیزیک).
سه مدل نسبتاً ساده 1 بعدی ارائه شده است که برای مقایسه، ساختارهای پنجره عایق حرارتی تک، دو و سه جداره را می‌سازد و حل می‌کند. نظرات همچنین در مورد منابع رایج خطاهای مدلسازی گنجانده شده است.
فصل 2 خواص مواد
فصل 2 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB منابع مختلف داده‌های خواص مواد، از جمله کتابخانه مواد COMSOL، ماژول پایه و توسعه یافته، و همچنین منابع چاپی و اینترنتی را مورد بحث قرار می‌دهد. یک مدل ساختار پنجره عایق حرارتی چند جداره، سه تکنیک را برای وارد کردن ویژگی‌های مواد نشان می‌دهد: ورود مستقیم تعریف‌شده توسط کاربر، پارامترهای تعریف‌شده توسط کاربر، و تعاریف مواد.
همچنین دستورالعمل‌هایی برای ایجاد یک کتابخانه مواد تعریف شده توسط کاربر برای ذخیره‌سازی در COMSOL 5.x گنجانده شده است.
فصل 3 0D رابط مدار الکتریکی
COMSOL 5.x از مدل‌های صفر بعدی برای ارائه مدلسازی مدارهای الکتریکی استفاده می‌کند. مدل‌های این فصل از کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB تکنیک‌هایی را برای مدلسازی مدارهای پایه مختلف نشان می‌دهند: مدار سری مقاومت-خازن، مدار سری مقاومت سلف، و مقاومت سری، مدار سلف-خازن موازی.
ملاحظات مربوط به راه اندازی مناسب مدارها همراه با اصول فرمول بندی مسئله و فرضیات ضمنی تعبیه شده در COMSOL 5.x نسبت به مدلسازی مدار الکتریکی مورد بحث قرار می‌گیرد.
فصل 4 مدلسازی 1 بعدی
بخش اول از فصل 4 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB معادله 1D KdV را مدلسازی می‌کند. معادله KdV ابزار قدرتمندی است که برای مدلسازی انتشار موج سالیتون در محیط‌های مختلف (مانند امواج فیزیکی در مایعات، امواج الکترومغناطیسی در رسانه‌های شفاف و غیره) استفاده می‌شود.
به راحتی و به سادگی با یک مدل حالت 1 بعدی PDE مدلسازی می‌شود. بخش دوم از فصل 4 معادله تلگراف 1 بعدی را مدلسازی می‌کند. معادله تلگراف ابزار قدرتمندی است که برای مدلسازی انتشار امواج در خطوط انتقال مختلف استفاده می‌شود. معادله تلگراف را می‌توان برای توصیف کامل شرایط انتشار خطوط کواکسیال، خطوط جفت دوقلو، خطوط میکرواستریپ و غیره مورد استفاده قرار داد.
بخش سوم فصل 4 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB یک مدل انتقال متقارن کروی 1 بعدی است که تکنیک ساده‌سازی مدل‌ها با اجزای کروی از 3 بعدی به 1 بعدی را با فرض اینکه اساساً متقارن هستند، نشان می‌دهد.
بخش چهارم از فصل 4 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB، یک مدل لایه وارونگی سیلیکون 1 بعدی پیشرفته با استفاده از روش‌های تئوری DG و SP است. هدف این مدل نشان دادن تکنیک‌های مدلسازی مورد نیاز برای بازتولید چگالی الکترون لایه وارونگی محاسبه‌شده در زیر اکسید دروازه، به عنوان تابعی از منحنی‌های عمق است.
فصل 5 مدلسازی دو بعدی
نیمه اول فصل 5 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB فرآیند صاف کردن سطح را با استفاده از یک مدل پولیش الکتروشیمیایی دو بعدی مدلسازی می‌کند. این مدل ابزار قدرتمندی است که می‌تواند برای پروژه‌های مختلف هموارسازی سطوح (مانند نمونه‌های میکروسکوپ، قطعات فلزی دقیق، تجهیزات و ابزار پزشکی، درام‌های فلزی بزرگ و کوچک، نمونه‌های تحلیلی نازک، محفظه‌های خلاء و غیره) استفاده شود.
نیمه دوم فصل 5 مدل‌های حسگرهای مغناطیسی اثر هال. مدل دوبعدی اثر هال ابزار قدرتمندی است که می‌تواند برای مدلسازی چنین حسگرهایی در صورت استفاده برای سنجش جریان سیال، حرکت چرخشی و/یا خطی، مجاورت، جریان، فشار، جهت‌گیری و غیره استفاده شود.
فصل 6 مدلسازی متقارن محوری دو بعدی
مدلسازی یک دستگاه سه‌بعدی که روی یک محور متقارن است با در نظر گرفتن آن به عنوان یک شی متقارن محوری دو بعدی، مدل را برای نتایج تقریب اولیه سریعتر ساده می‌کند.
نیمه اول فصل 6 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB، یک رسانش حرارتی متقارن محوری دوبعدی در یک مدل استوانه‌ای را مورد بحث قرار می‌دهد و استفاده از نمودار کانتوری نتایج حل کننده را برای نشان دادن توزیع غیرخطی دما در سیلندر نشان می‌دهد. نیمه دوم فصل 6 با استفاده از یک مدل متقارن محوری دوبعدی، انتقال حرارت گذرا را در یک کره نیوبیوم غوطه‌ور در محیطی با دمای ثابت مدل می‌کند.
فصل 7 مدلسازی حالت ترکیبی ساده و پیشرفته دو بعدی
در این فصل از کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB، مدل‌های دو بعدی ترکیبی ساده و پیشرفته ارائه شده است.
چنین مدل‌های دوبعدی معمولاً از نظر مفهومی پیچیده‌تر از مدل‌هایی هستند که در فصل‌های قبلی این متن ارائه شد. مدل‌های حالت مخلوط دوبعدی ساده و پیشرفته ثابت کرده‌اند که برای جوامع علم و مهندسی، چه در گذشته و چه در حال حاضر، به عنوان اولین ارزیابی رفتار فیزیکی سیستمیک تحت تأثیر محرک‌های خارجی مخلوط، بسیار ارزشمند هستند.
پاسخ‌های مدل حالت مخلوط دوبعدی و سایر اطلاعات جانبی از این قبیل را می‌توان در اوایل یک پروژه برای ارزیابی اولیه جمع‌آوری و غربال کرد. این اطلاعات اولیه به طور بالقوه می‌تواند بعداً به عنوان راهنمایی در ساختن مدل‌های مبتنی بر میدان (الکتریکی، مغناطیسی و غیره) با ابعاد بالاتر (3D) استفاده شود.
بخش اول فصل 7 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB از یک مدل سنسور امپدانس الکتریکی دو بعدی برای نشان دادن این تکنیک استفاده می‌کند. مفهوم امپدانس الکتریکی، همانطور که در تئوری جریان متناوب (AC) استفاده می‌شود، بسط مفهوم اصلی مقاومت است که توسط قانون اهم در نظریه جریان مستقیم (DC) نشان داده شده است.
بخش دوم فصل 7 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB، از یک لایه فلزی متقارن محوری دو بعدی بر روی یک مدل بلوک دی الکتریک استفاده می‌کند تا جنبه‌های بیشتری از این تکنیک را نشان دهد.
مدل‌ساز با قوانین فیک برای انتشار (انتقال جرم) یک مورد اول (به عنوان مثال، یک گاز، یک مایع، و غیره) از طریق یک مورد دوم (به عنوان مثال، گاز، مایع و غیره دیگر) آشنا شد. در مورد این مدل، آیتم پخش‌کننده حرارت است.
در بخش اول از فصل 7 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB، که در بالا اجرا شد، یک لایه مس با تابع لایه نازک رسانا در رابط انتقال حرارت در جامدات تقریبی شد. در این مدل پیشرفته، سومین مطالعه اجرا شده در این فصل، لایه مس یک لایه مس هندسی خواهد بود.
مدل‌ساز اکنون می‌تواند نتایج مدل‌های قبلی را با نتایج این محاسبه مدل پیشرفته، در مورد همان مسئله مدلسازی، با استفاده از الماس به عنوان بستر مقایسه کند. مدل‌ساز اکنون می‌تواند هنگام انتخاب مواد مختلف برای مدلسازی یک روش یا روش دیگر، مبادلات نسبی مورد نیاز را تعیین کند.
این مدل‌ها نمونه‌هایی از مدل‌های تقریب اول خوب هستند، زیرا قدرت قابل توجه اصول فیزیکی نسبتاً ساده، مانند قانون اهم، قوانین ژول، و قوانین فیک را هنگام اعمال در محیط مدلسازی چندفیزیکی COMSOL نشان می‌دهند. معادلات را می‌توان البته با افزودن اصطلاحات جدید، مواد عایق، اتلاف حرارت از طریق همرفت و غیره اصلاح کرد.
فصل 8 مدلسازی حالت مختلط 2 بعدی پیچیده
در این فصل از کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB، سه مفهوم تحلیل اولیه جدید به مدل‌ساز معرفی می‌شود: محاسبه امپدانس الکترومغناطیسی دو بعدی برای یک هندسه مسطح، دو سیمه (کنار هم)، برای یک هندسه دو سیم متحدالمرکز (کابل کواکسیال)، و یک مدل متقارن محوری دو بعدی. رفتار گذرا یک هندسه دو سیم متحدالمرکز (کابل کواکسیال).
فصل 9 مدلسازی سه‌بعدی
در این فصل از کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB، مدل‌ساز با سه مفهوم مدلسازی جدید آشنا می‌شود: پارامترهای توده‌ای شرط مرزی و تجزیه و تحلیل چندفیزیکی حرارتی، الکتریکی و ساختاری. شرایط مرزی ترمینال و مفاهیم پارامتر یکپارچه در حل مدل ریز سلف سیم پیچ مارپیچی سه‌بعدی استفاده شده است.
راه حل چندفیزیکی کاملاً جفت شده در مدل سه‌بعدی پرتو ریزمقاومتی خطی به کار گرفته شده است. رویکرد مدلسازی پارامتر توده‌ای (عنصر توده‌ای) مجموعه‌ای از عناصر فیزیکی متنوع توزیع‌شده فضایی را توسط مجموعه‌ای از عناصر گسسته متصل به صورت توپولوژیکی (سری و/یا موازی) تقریب می‌زند. این تکنیک معمولاً برای اولین مدل‌های تقریب در سیستم‌های الکتریکی، الکترونیکی، مکانیکی، انتقال حرارت، صوتی و سایر سیستم‌های فیزیکی استفاده می‌شود.
فصل 10 مدل‌های لایه‌ای کاملاً منطبق
یکی از مشکلات اساسی در محاسبات معادله امواج الکترومغناطیسی، برخورد با یک موج منتشر شده پس از تعامل موج با یک مرز (بازتاب) است. اگر مرز یک دامنه مدل به طور ناگهانی خاتمه یابد، بازتاب‌های ناخواسته معمولاً در راه حل گنجانده می‌شوند و به طور بالقوه مقادیر راه حل مدل نامطلوب و احتمالاً اشتباه را ایجاد می‌کنند.
خوشبختانه، برای مدل‌ساز امروزی، روشی وجود دارد که به اندازه کافی خوب کار می‌کند که اساساً مشکلات بازتاب را در مرز دامنه حذف می‌کند. آن متدولوژی لایه کاملاً منطبق است.
فصل 10 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB، شامل دو مدل، مدل PML آینه فلزی مقعر دوبعدی و مدل PML متمرکز کننده انرژی دو بعدی است تا استفاده از روش لایه کاملاً منطبق را نشان دهد.
فصل 11 مدل‌های گرمایش زیستی
معادله Bioheat نقش مهمی در توسعه و تجزیه و تحلیل تکنیک‌های پزشکی درمانی جدید (به عنوان مثال، کشتن تومورها) ایفا می‌کند. اگر روش فرضی دمای موضعی سلول‌های تومور را بدون افزایش بیش از حد دمای سلول‌های طبیعی افزایش دهد، احتمالاً روش پیشنهادی موفقیت‌آمیز خواهد بود.
نتایج (مقادیر زمان تخمینی) از محاسبات مدل به طور قابل توجهی تلاش لازم برای تعیین یک مقدار آزمایشی دقیق را کاهش می‌دهد. اصل راهنما باید این باشد که سلول‌های تومور در دماهای بالا می‌میرند. ادبیات دمایی را بین 42 درجه سانتی‌گراد (15/315 کلوین) تا 60 درجه سانتی‌گراد (15/333 کلوین) ذکر می‌کند. نیمه اول فصل 11 معادله Bioheat را با استفاده از یک منبع گرمای فوتونیک (لیزر) مدل می‌کند.
نیمه دوم فصل 11 کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB، معادله Bioheat را با استفاده از منبع حرارت مایکروویو مدلسازی می‌کند.
بیشتر بخوانید: کتاب Linear Programming Using MATLAB
سرفصل‌های کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB:
- Preface
- Introduction
- Chapter 1: Modeling Methodology Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Chapter 2: Materials Properties Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Chapter 3: 0D Electrical Circuit Interface Modeling Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Chapter 4: 1D Modeling Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Chapter 5: 2D Modeling Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Chapter 6: 2D Axisymmetric Modeling Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Chapter 7: 2D Simple and Advanced Mixed Mode Modeling Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Chapter 8: 2D Complex Mixed Mode Modeling Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Chapter 9: 3D Modeling Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Chapter 10: Perfectly Matched Layer Models Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Chapter 11: Bioheat Models Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Appendix: A Brief Introduction to LiveLinkTM for MATLAB® Using COMSOL Multiphysics 5.x
- Index
فایل کتاب Multiphysics Modeling Using COMSOL 5 and MATLAB را می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.
نقد و بررسی‌ها
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.