مولتی فیزیک: تفاوت میان نسخه‌ها
Poya-P صفحهٔ مولتی فیزیک را به مولتی‌فیزیک منتقل کرد برچسب: تغییر مسیر جدید |
ایجاد شده توسط ترجمهٔ صفحهٔ «Multiphysics» برچسب‌ها: تغییرمسیر حذف شد تبدیل تغییرمسیر به مقاله ترجمهٔ محتوا |
||
| خط ۱: | خط ۱: | ||
'''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.<ref name=":0">{{Cite book|url=https://www.springer.com/us/book/9783319930275|title=Multiphysics in Porous Materials {{!}} Zhen (Leo) Liu {{!}} Springer|language=en}}</ref> 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.<ref>{{Cite web|url=https://www.multiphysics.us|title=Multiphysics Learning & Networking - Home Page|website=www.multiphysics.us|access-date=2018-08-19}}</ref> |
|||
| ⚫ | |||
{{R from move}} |
|||
== تعریف == |
|||
There are multiple definitions for multiphysics. In a broad sense, multiphysics refers to simulations that involve multiple physical models or multiple simultaneous physical phenomena. The inclusion of “multiple physical models” makes this definition a very broad and general concept, but this definition is a little bit self-contradictory as the implication of physical models may include that of physical phenomena. COMSOL defines multiphysics in a relatively narrow sense: multiphysics includes 1. coupled physical phenomena in computer simulation and 2. the study of multiple interacting physical properties. In another definition, a multiphysics system consists of more than one component governed by its own principle(s) for evolution or equilibrium, typically conservation or constitutive laws.<ref name=":1">{{Citation|last=Krzhizhanovskaya|first=Valeria V.|title=Simulation of Multiphysics Multiscale Systems: Introduction to the ICCS'2007 Workshop|date=2007|last2=Sun|first2=Shuyu|work=Computational Science – ICCS 2007|pages=755–761|publisher=Springer Berlin Heidelberg|language=en|doi=10.1007/978-3-540-72584-8_100|isbn=9783540725831}}</ref><ref name=":2">{{cite arxiv|last=Groen|first=Derek|last2=Zasada|first2=Stefan J.|last3=Coveney|first3=Peter V.|date=2012-08-31|title=Survey of Multiscale and Multiphysics Applications and Communities|eprint=1208.6444|class=cs.OH}}</ref> This definition is very close to the previous one except for that it does not emphasize physical properties. In a more strict way, multiphysics can be defined as those processes including closely coupled interactions among separate continuum physics phenomena.<ref>{{Cite web|url=https://nafems.org/downloads/FENet.../St...2005/fenet_malta_may2005_mpa.pdf|title=NAFEMS downloads engineering analysis and simulation - FEA, Finite Element Analysis, CFD, Computational Fluid Dynamics, and Simulation|accessdate=2018-08-19|website=nafems.org|last=www.duodesign.co.uk}}</ref> In this definition, two-way exchange of information between physical fields, which could involve implicit convergence within a time step is the essential feature. Based on the above definitions, multiphysics is defined as the coupled processes or systems involving more than one simultaneously occurring physical fields and also the studies of and knowledge about these processes and systems. |
|||
== 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.<ref>{{Cite news|url=https://eandt.theiet.org/content/articles/2015/03/multiphysics-brings-the-real-world-into-simulations/|title=Multiphysics brings the real world into simulations|date=2015-03-16|language=en-US|access-date=2018-08-19}}</ref> 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،<ref>{{Cite journal|last=Thilmany|first=Jean|date=2010-02-01|title=Multiphysics: All at Once|journal=Mechanical Engineering Magazine Select Articles|volume=132|issue=2|pages=39–41|doi=10.1115/1.2010-Feb-5|issn=0025-6501}}</ref> "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." |
|||
| ⚫ | |||
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 مطابق روند زیر انجام می‌شود: شناسایی یک فرایند / سیستم مولتی‌فیزیکی،تعریف ریاضی از این فرآیند / سیستم، گسسته سازی |
|||
این مدل ریاضی به یک سیستم جبری، حل این سیستم معادله جبری و پس‌پردازش داده ها. انتزاع یک مسئله مولتی‌فیزیکی از یک پدیده پیچیده و توصیف چنین مشکلی معمولا تاکید نمی شود، اما برای آنالیز موفقیت آمیز مولتی‌فیزیک بسیار مهم است. برای این کار، نیاز به شناسایی سیستمی که قرار است مورد آنالیز قرار بگیرد، 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 حاکم تفسیر می شود. گسسته سازی، راه حل و پس‌پردازش با استفاده از کامپیوتر انجام می‌شود. بنابراین، روش فوق تفاوت اساسی با آنچه در شبیه سازی عددی کلی بر اساس گسسته سازی معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی ندارد. |
|||
=== مدل ریاضی === |
|||
یک مدل ریاضی اساسا مجموعه ای از معادلات است. معادلات را می توان به سه دسته با توجه به طبیعت و نقش مورد نظر آنها تقسیم کرد. دسته اول معادلات حاکم است. یک معادله حاکم، مکانیسم های فیزیکی مهم و فرایندشان را بدون نمایش بیشتر تغییرات و غیر خطی بودن خواص مواد توصیف می‌کند. 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، انتقال ، تابش و منابع گرمای داخلی یا هر ترکیبی از این چهار مکانیسم انتقال حرارت به صورت زیر است: |
|||
<math />. |
|||
اتصالات بین زمینه ها را می توان در هر دسته به دست آورد. |
|||
== روش گسسته‌سازی == |
|||
مولتی‌فیزیک معمولا به صورت عددی با استفاده از روشهای گسسته‌سازی مانند روش اجزا محدود، روش تفاضل محدود و روش حجم محدود پیاده می شود. بسیاری از بسته های نرم افزاری عمدتا مبتنی بر روش اجزا محدود یا روش های عددی مشابه معمولی برای شبیه سازی زمینه‌های فیزیکی مرتبط مانند تنش حرارتی، فعل و انفعال الکترو- و آکستو- مگنتومکانیکی هستند.<ref>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</ref> |
|||
== منابع == |
|||
{{reflist}} |
|||
* Susan L. Graham, Marc Snir, and Cynthia A. Patterson (Editors), ''Getting Up to Speed: The Future of Supercomputing,'' [http://books.nap.edu/html/up_to_speed/appD.html Appendix D]. The National Academies Press, Washington DC, 2004. {{ISBN|0-309-09502-6}}0-309-09502-6. |
|||
* Paul Lethbridge, ''Multiphysics Analysis'', p26, The Industrial Physicist, Dec 2004/Jan 2005, [http://www.aip.org/tip/INPHFA/vol-10/iss-6/p26.html], Archived at: [https://web.archive.org/web/20041204052110/http://www.aip.org:80/tip/INPHFA/vol-10/iss-6/p26.html] |
|||
[[رده:فیزیک محاسباتی]] |
|||
[[رده:محاسبات عددی]] |
|||
نسخهٔ ۱۰ اکتبر ۲۰۱۸، ساعت ۲۳:۴۱
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
There are multiple definitions for multiphysics. In a broad sense, multiphysics refers to simulations that involve multiple physical models or multiple simultaneous physical phenomena. The inclusion of “multiple physical models” makes this definition a very broad and general concept, but this definition is a little bit self-contradictory as the implication of physical models may include that of physical phenomena. COMSOL defines multiphysics in a relatively narrow sense: multiphysics includes 1. coupled physical phenomena in computer simulation and 2. the study of multiple interacting physical properties. In another definition, a multiphysics system consists of more than one component governed by its own principle(s) for evolution or equilibrium, typically conservation or constitutive laws.[۳][۴] This definition is very close to the previous one except for that it does not emphasize physical properties. In a more strict way, multiphysics can be defined as those processes including closely coupled interactions among separate continuum physics phenomena.[۵] In this definition, two-way exchange of information between physical fields, which could involve implicit convergence within a time step is the essential feature. Based on the above definitions, multiphysics is defined as the coupled processes or systems involving more than one simultaneously occurring physical fields and also the studies of and knowledge about these processes and systems.
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 مطابق روند زیر انجام می‌شود: شناسایی یک فرایند / سیستم مولتی‌فیزیکی،تعریف ریاضی از این فرآیند / سیستم، گسسته سازی این مدل ریاضی به یک سیستم جبری، حل این سیستم معادله جبری و پس‌پردازش داده ها. انتزاع یک مسئله مولتی‌فیزیکی از یک پدیده پیچیده و توصیف چنین مشکلی معمولا تاکید نمی شود، اما برای آنالیز موفقیت آمیز مولتی‌فیزیک بسیار مهم است. برای این کار، نیاز به شناسایی سیستمی که قرار است مورد آنالیز قرار بگیرد، 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 حاکم تفسیر می شود. گسسته سازی، راه حل و پس‌پردازش با استفاده از کامپیوتر انجام می‌شود. بنابراین، روش فوق تفاوت اساسی با آنچه در شبیه سازی عددی کلی بر اساس گسسته سازی معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی ندارد.
مدل ریاضی
یک مدل ریاضی اساسا مجموعه ای از معادلات است. معادلات را می توان به سه دسته با توجه به طبیعت و نقش مورد نظر آنها تقسیم کرد. دسته اول معادلات حاکم است. یک معادله حاکم، مکانیسم های فیزیکی مهم و فرایندشان را بدون نمایش بیشتر تغییرات و غیر خطی بودن خواص مواد توصیف می‌کند. 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، انتقال ، 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.
روش گسسته‌سازی
مولتی‌فیزیک معمولا به صورت عددی با استفاده از روشهای گسسته‌سازی مانند روش اجزا محدود، روش تفاضل محدود و روش حجم محدود پیاده می شود. بسیاری از بسته های نرم افزاری عمدتا مبتنی بر روش اجزا محدود یا روش های عددی مشابه معمولی برای شبیه سازی زمینه‌های فیزیکی مرتبط مانند تنش حرارتی، فعل و انفعال الکترو- و آکستو- مگنتومکانیکی هستند.[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. Graham, Marc Snir, and Cynthia A. Patterson (Editors), Getting Up to Speed: The Future of Supercomputing, Appendix D. The National Academies Press, Washington DC, 2004. شابک ۰−۳۰۹−۰۹۵۰۲−۶0-309-09502-6.
- Paul Lethbridge, Multiphysics Analysis, p26, The Industrial Physicist, Dec 2004/Jan 2005, [۱], Archived at: [۲]