مولتی‌فیزیک: تفاوت میان نسخه‌ها
ایجاد شده توسط ترجمهٔ صفحهٔ «Multiphysics» |
(بدون تفاوت)
|
نسخهٔ ۱۰ اکتبر ۲۰۱۸، ساعت ۰۲:۴۰
مولتی‌فیزیک به عنوان فرایندها یا سیستم های مرتبط که شامل بیش از یک میدان فیزیکی همزمان می شود و همچنین مطالعات و دانش در مورد این فرایندها و سیستم ها تعریف می شود.[۱] مولتی‌فیزیک به عنوان یک رشته تحصیلی بین رشته ای، بسیاری از رشته های علمی و مهندسی را در بر گرفته است. مولتی فیزیک مبنی بر ریاضیات، فیزیک، کاربرد و آنالیز عددی بنا شده است. ریاضیات آن، معمولا شامل معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزیی و آنالیز تانسور می باشد. فیزیک به انواع متداول فرآیندهای فیزیکی به عنوان مثال انتقال حرارت (حرارتی)، حرکت آب (هیدرولیکی)، میدان تمرکز، تنش و کشش (مکانیکی)، دینامیکی، واکنش های شیمیایی ، الکترواستاتیک و مغناطیسی اشاره دارد.[۲]
تعریف
تعاریف چندگانه ای برای مولتی‌فیزیک وجود دارد. به طور کلی، مولتی فیزیک به شبیه‌سازی‌هایی اشاره دارد که شامل چندین مدل فیزیکی یا چندین پدیده فیزیکی همزمان هستند. دامنه "چندین مدل فیزیکی" این تعریف را یک مفهوم بسیار وسیع و کلی می سازد، اما این تعریف به نوعی خود متضاد است؛ از آنجا که مدل های فیزیکی ممکن است شامل پدیده های فیزیکی نیز باشد. COMSOL مولتی‌فیزیک را به صورت جزیی بدین گونه تعریف می کند: مولتی‌فیزیک شامل 1) پدیده‌های فیزیکی مرتبط با شبیه سازی کامپیوتری و 2) مطالعه خواص فیزیکی چندگانه. در یک تعریف دیگر، یک سیستم مولتی‌فیزیک شامل بیش از یک جزء است که توسط اصل (های) خود برای تکامل یا تعادل، به طور معمول حفاظت یا قوانین اساسی اداره می شود. [۳][۴] این تعریف خیلی نزدیک به تعریف قبلی است، با این تفاوت که تعریف کلی بر خواص فیزیکی تأکید ندارد. در نگاهی دقیق تر، مولتی‌فیزیک می تواند به عنوان فرآیندهای متشکل از همبستگی نزدیک میان پدیده های مجزای فیزیک کوانتوم تعریف شود.[۵] در این تعریف، انتقال اطلاعات دو طرفه بین زمینه های فیزیکی، که می تواند شامل همگرایی ضمنی در یک گام زمانی باشد، یکی از ویژگی های اساسی است. بر اساس تعاریف فوق، مولتی‌فیزیک به عنوان فرآیندهای به هم پیوسته یا سیستم هایی که شامل بیش از یک میدان فیزیکی همزمان و همچنین مطالعات و دانش در مورد این فرایندها و سیستم ها تعریف می شود.
تاریخچه و آینده
مولتی‌فیزیک نه یک موضوع تحقیق دور از زندگی روزمره و نه یک تئوری یا تکنیک اخیرا توسعه یافته است. در واقع ما در جهان مولتی‌فیزیک زندگی می کنیم. سیستم‌های طبیعی و مصنوعی با انواع مختلف پدیده های فیزیکی در مقیاس های فضایی و زمانی مختلف در حال اجرا هستند: از اتم‌ها تا کهکشان‌ها و از پیکو-ثانیه‌ها تا قرن‌ها. چند مثال متناظر در علوم بنیادی و کاربردی، نیروها و تغییر شکل‌ها در مواد جامد، جریان های پیچیده، برهم کنش میان سیال و سازه، فرآیندهای پلاسما و شیمیایی، سیستم های حرارتی مکانیکی و الکترومغناطیسی می‌باشند.
مولتی‌فیزیک به سرعت در رشته‌های علوم و مهندسی به یک زمینه تحقیقاتی و کاربردی تبدیل شده است. یک روند واضح این است که مشکلات خیلی چالش برانگیزتر که ما با آنها مواجه می‌شویم شامل فرایندهای فیزیکی است که نمی توان آنها را فقط با یک رشته مرسوم پوشش داد. این روند نیاز ما را به گسترش ظرفیت آنالیز برای حل مشکلات پیچیده تر و چند رشته‌ای‌تر بیشتر کرده است. جوامع مدرن دانشگاهی با مشکلاتی روبرو هستند که که به سرعت به پیچیدگی آنها افزوده می‌شود و در مرز رشته‌های مرسوم بین فیزیک، شیمی، علم مواد و زیست شناسی قرار دارند. مولتی‌فیزیک همچنین در عرصه صنعتی نیز پیشرو شده است. برنامه های شبیه سازی به یک ابزار در طراحی، توسعه محصول و کنترل کیفیت تبدیل شده است. در طول این فرآیندهای تولید، مهندسان مجبور هستند حتی با کمک ابزارهای شبیه سازی در زمینه های خارج از آموزش خود فکر کنند. بیش از پیش ضروری است که مهندسین مدرن مفهوم عمیق " مولتی فیزیک " در دنیای مهندسی شناخته و درک کند.[۶] صنعت خودرو مثال خوبی را نشان می دهد. به طور سنتی، گروه های مختلف افراد بر ساختار، مایعات، الکترومغناطیس و سایر جنبه های دیگر به صورت جداگانه تمرکز می کنند. از طرف دیگر، اثر متقابل جنبه‌ها، که ممکن است دو مبحث فیزیک را نشان دهد و یکی از آنها یک حوزه ناشناخته باشد، می تواند پیوند ضروری در چرخه حیات محصول باشد. همانطور که ذکر شده است،[۷] "مهندسان طراح، روز به روز شبیه سازی های مولتی‌فیزیک بیشتری را اجرا می کنند، زیرا آنها نیاز به در نظر گرفتن واقعیت در مدل های خود دارند."
انواع مولتی‌فیزیک
قسمت "فیزیک" در " مولتی‌فیزیک " نشان دهنده "میدان فیزیکی" است. در آنجا، مولتی‌فیزیک به معنی همزیستی چندین میدان فیزیکی در یک فرایند یا یک سیستم است. در فیزیک، یک میدان یک کمیت فیزیکی است که برای هر نقطه در فضا و زمان یک مقدار دارد. به عنوان مثال، در یک نقشه آب و هوایی، یک بردار در هر نقطه از نقشه می تواند برای نشان دادن سطح سرعت باد که شامل سرعت و جهت است، برای حرکت هوا در آن نقطه مورد استفاده قرار گیرد.
چگونه مولتی‌فیزیک را اعمال کنیم ؟
پیاده سازی مولتی‌فیزیک معمولا روند زیر را پیروی می‌کند: شناسایی یک فرایند / سیستم مولتی‌فیزیکی، ایجاد یک توصیف ریاضی از این فرآیند / سیستم، اختیاری کردن این مدل ریاضی به یک سیستم جبری و حل این معادله جبری و پردازش پس از پردازش داده ها. انتزاع یک مسئله چند فیزیکی از یک پدیده پیچیده و توصیف چنین مشکل معمولا تاکید نمی شود، اما برای موفقیت تجزیه و تحلیل چند فیزیک بسیار مهم است. این نیاز به شناسایی سیستم مورد تجزیه و تحلیل، از جمله هندسه، مواد و مکانیزم غالب است. سیستم شناسایی با استفاده از زبان های ریاضی (تابع، تانسور، معادلات دیفرانسیل) به عنوان محدوده محاسباتی، شرایط مرزی، معادلات کمکی و معادلات حاکمه تفسیر می شود. Discretization، راه حل و postprocessing با استفاده از کامپیوتر انجام می شود. بنابراین، روش فوق بسیار متفاوت از آنچه در شبیه سازی عددی به طور کلی بر اساس تقسیم بندی معادلات دیفرانسیل جزئی است.
ریاضیات مدل
یک مدل ریاضی اساسا مجموعه ای از معادلات است. معادلات را می توان به سه دسته با توجه به طبیعت و نقش مورد نظر تقسیم کرد. رده اول معادلات حاکم است. یک معادله حاکم، مکانیسم های فیزیکی و فیزیکی مهم را بدون تغییر بیشتر و غیر خطی خواص مواد توضیح می دهد. به عنوان مثال، در یک مسئله انتقال حرارت، معادله حاکم میتواند یک فرایند را توصیف کند که در آن انرژی حرارتی (با استفاده از دما یا آنتالپی) در نقطه بی نهایت یا حجم عنصر نماینده به دلیل انرژی منتقل شده از نقاط اطراف از طریق هدایت، ، تابش و منابع گرمای داخلی یا هر ترکیبی از این چهار مکانیسم انتقال حرارت به صورت زیر است:
.
اتصالات بین زمینه ها را می توان در هر دسته به دست آورد.
گسسته روش
چند فیزیک معمولا با استفاده از روشهای تقسیم بندی مانند عددی محدود، روش اختلاط محدود و روش حجم محدود اجرا می شود. بسیاری از بسته های نرم افزاری عمدتا به روش عددی محدود یا روش های مشابه عددی معمولی برای شبیه سازی فیزیک متصل شده اند: استرس حرارتی، تعامل الکتریکی و acoustomagnetomechanical [8]M[۸]
منابع
- ↑ Multiphysics in Porous Materials | Zhen (Leo) Liu | Springer (به انگلیسی).
- ↑ "Multiphysics Learning & Networking - Home Page". www.multiphysics.us. Retrieved 2018-08-19.
- ↑ Krzhizhanovskaya, Valeria V.; Sun, Shuyu (2007), "Simulation of Multiphysics Multiscale Systems: Introduction to the ICCS'2007 Workshop", Computational Science – ICCS 2007 (به انگلیسی), Springer Berlin Heidelberg, pp. 755–761, doi:10.1007/978-3-540-72584-8_100, ISBN 9783540725831
- ↑ Groen, Derek; Zasada, Stefan J.; Coveney, Peter V. (2012-08-31). "Survey of Multiscale and Multiphysics Applications and Communities". arXiv:1208.6444 [cs.OH].
- ↑ www.duodesign.co.uk. "NAFEMS downloads engineering analysis and simulation - FEA, Finite Element Analysis, CFD, Computational Fluid Dynamics, and Simulation" (PDF). nafems.org. Retrieved 2018-08-19.
- ↑ "Multiphysics brings the real world into simulations" (به انگلیسی). 2015-03-16. Retrieved 2018-08-19.
- ↑ Thilmany, Jean (2010-02-01). "Multiphysics: All at Once". Mechanical Engineering Magazine Select Articles. 132 (2): 39–41. doi:10.1115/1.2010-Feb-5. ISSN 0025-6501.
- ↑ S. Bagwell, P.D. Ledger, A.J. Gil, M. Mallett, M. Kruip, A linearised hp–finite element framework for acousto-magneto-mechanical coupling in axisymmetric MRI scanners, DOI: 10.1002/nme.5559
- Susan L. گراهاممارک Snir و Cynthia A. Patterson (نويسنده) تا سرعت: آینده از ابر های ضمیمه D. The National Academies Press, Washington, DC, 2004. شابک ۰−۳۰۹−۰۹۵۰۲−۶0-309-09502-6.
- پل Lethbridge های Multiphysics تحلیلهای p26 صنعتی فیزیکدان Dec 2004/Jan 2005, [۱]های بایگانی شده در: [۲]