Atualizações nos Estudos e Solvers

A versão 5.3a do COMSOL Multiphysics® inclui um novo recurso para redução de modelo, mais flexibilidade ao combinar soluções e uma opção para reutilizar dados já calculados. Abaixo, leia mais sobre todas as atualizações relacionadas aos estudos e solvers.

Redução de Modelo

Uma nova estrutura para redução de modelos, que separa os processos de geração e uso dos modelos reduzidos, está disponível na versão 5.3a do COMSOL Multiphysics®. Redução de modelo é o nome de um conjunto de técnicas numéricas usadas para gerar modelos mais eficientes através da redução do número de graus de liberdade que estão sendo resolvidos. Um modelo reduzido é uma aproximação do modelo original, usada para acelerar o processo de solução. Um exemplo seria os casos nos quais cálculos similares precisariam ser realizados várias vezes, usando diferentes parâmetros de entrada. Antes de criar um modelo reduzido, o usuário define um conjunto de parâmetros de entrada e saída, bem como o método de redução (Modal ou AWE no COMSOL Multiphysics®). Então, um modelo reduzido é gerado, reproduzindo o modelo original o mais próximo possível, baseado no conjunto de relações entrada-saída e em uma medida de fidelidade definida pelo usuário.

Como parte da nova estrutura, foi introduzido um estudo separado para redução de modelo, com suporte ao uso do solver modal bem como do solver "asymptotic waveform evaluation" (AWE). É possível realizar uma simulação transiente, ou uma varredura de frequência, diretamente no estudo de redução de modelo e produzir um modelo reduzido em um contexto diferente, se desejado. Os modelos reduzidos podem definir saídas em variáveis globais e reconstruir partes selecionadas do modelo não reduzido. Ao usar o solver modal, pode-se usar parâmetros globais para definir controles de entrada do modelo reduzido, a serem substituídos por expressões globais, tornando possível alimentar os modelos reduzidos quase que livremente. Os modelos reduzidos produzidos pelo solver modal também podem ser usados para obtenção das matrizes do sistema linear reduzido, incluindo matrizes na forma estado-espaço, através da API Java®, ou do LiveLink™ for MATLAB®.

Note que o estudo Model Reduction é disponibilizado no menu contextual Study apenas quando a opção Advanced Study Options está ativada.


O processo para construção de um modelo reduzido é basicamente este:

  1. Selecione o método de redução de modelo a aplicar: Modal ou AWE
    a. No caso do método Modal, selecione o estudo de treino: Etapa de estudo Eigenvalue ou Eigenfrequency
  2. Defina o modelo não reduzido selecionando uma etapa de estudo separada compatível
    a. No caso do método Modal, defina os controles de entrada do modelo reduzido
  3. Defina as saídas do modelo reduzido
  4. Rode o estudo para produzir um modelo reduzido de acordo com as configurações definidas
    a. O modelo reduzido é então encontrado sob o nó Global Definitions

Novo Modelo-Tutorial: Thermal Controller, Reduced-Order Model

Este tutorial demonstra como criar um modelo de ordem reduzida usando o estudo Model Reduction e como o modelo reduzido resultante pode ser usado para investigar diferentes estratégias para o controle térmico. O sistema de controle térmico inclui um termostato que liga e desliga o aquecedor quando a temperatura está muito baixa ou muito alta. Um bloco de metal age como o aquecedor que troca calor com o domínio externo. Os resultados incluem uma comparação com o modelo FEM associado, que usa probes para medir a temperatura.

Comparação de resultados entre modelos completos e de ordem reduzida na versão 5.3a do COMSOL Multiphysics. Os resultados do modelo de ordem reduzida (linhas azul e verde) são próximos aos resultados da simulação usando MEF (linhas vermelha e ciano). Os resultados do modelo de ordem reduzida (linhas azul e verde) são próximos aos resultados da simulação usando MEF (linhas vermelha e ciano).

Application Library path:

COMSOL_Multiphysics/Tutorials/thermal_controller_rom

Smoothed Aggregation Algebraic Multigrid (SA-AMG) Paralelizado

A configuração do SA-AMG está paralelizada. O solver SA-AMG é primariamente usado em simulações envolvendo CFD e a fase de configuração do SA-AMG agora tira proveito dos múltiplos núcleos e memória distribuída. Isso leva a uma configuração mais rápida nos processadores com vários núcleos e a picos de memória reduzidos em clusters.

Remoção de Seleções ao Combinar Soluções

O recurso Combine Solutions agora permite manter apenas partes selecionadas de uma solução em relação aos tempos de solução, às frequências naturais e aos parâmetros. Isso é útil para reduzir a quantidade de dados armazenados no caso de grandes modelos, bem como para filtrar soluções indesejadas no pós-processamento.

Cálculo da Soma Ponderada das Soluções

Uma nova opção no recurso Combine Solutions permite calcular uma soma ponderada das soluções, por exemplo: tempo, frequências naturais e parâmetros.

Eigenfrequency Parametric Solver

The Eigenfrequency and Eigenvalue study steps have been extended with support for auxiliary parameter sweeps, similar to the functionality in the Time Dependent study. The Auxiliary sweep uses a more efficient algorithm for varying the parameters, as compared to the Parametric Sweep, and reduces solution time and storage when applicable. On clusters, you can use the Distribute parametric solver option, which is very efficient for problems that fit into a single node for each parameter value.

Reuse Already Computed Data

There are new options that allow you to reuse data in the linear solvers, which can give significant performance improvements in many cases. The performance in several linear solvers is improved by reusing data from previous steps in the nonlinear, time-dependent, and parametric solvers. For large models, the performance improvement can be up to 30% when a direct linear solver is used in nonlinear iterations.

The new options to reuse data are enabled by default and can increase memory usage compared to when the options are disabled. The new options are in some cases weakly dependent on the system matrix, meaning that they can give another convergence rate in some cases. When the reused data is utilized and there are convergence issues, the related solver data is updated.

New Options to Control Iterative Solver Termination

You can now control the relative residual with a separate tolerance when using left preconditioning in the iterative solver. The new requirement on the residual ensures that the iterative solver does not terminate too early when left preconditioning is used, improving the robustness of the iterative solver.

There is also a new option that allows you to terminate on fewer iterations in the intermediate nonlinear solver steps. This option allows you to control the work done by the linear solver in each nonlinear step. The number of iterations in the last nonlinear solver step is still controlled by the Maximum number of iterations setting.

Automatic Scales Supported in the Matrix-Free Format

The matrix-free format now estimates scales of its field components automatically. This can lead to significant improvements in convergence rate for the boundary element method (BEM) where the matrix-free format is used by the fast solver.

New Batch and Cluster Options When Running in Batch Mode

COMSOL Multiphysics® supports several different types of parametric sweeps including Distributed Parametric Sweep, Batch Sweep, and Cluster Sweep. On one hand, a Distributed Parametric Sweep handles different parameters in parallel within an MPI-based job, where different processes are used for computations corresponding to different parameters. On the other hand, a Batch Sweep or Cluster Sweep starts several processes in parallel, runs them independently, and then collects the result into the main user-interface-based process. In previous versions of the COMSOL® software, you could not start a Batch Sweep or Cluster Sweep from a batch command, but this functionality is now available with the new command-line options -mode batch and -mode desktop. This functionality may be useful if you run the software on a system where, for some reason, there is no user interface access.

In most cases, a Distributed Parametric Sweep is easier to work with since you simply select the check box Distributed parametric sweep and start in distributed mode. The Batch Sweep and Cluster Sweep require that you set up a number of paths and other configurations. Batch Sweep and Cluster Sweep are preferred if you want robustness with respect to potential convergence issues and the possibility for individual parameter restarts. Note that Distributed Parametric Sweep and Cluster Sweep are only available for the Floating Network License (FNL), but that Batch Sweep is available for single-user licenses.

There are several new command-line options when running in batch mode from the operating system command line. The options -clearmesh and -clearsolution clear the meshes and solutions, respectively, before the model is saved to a file. This is useful when you only want to keep scalar outputs such as probe data in the output file. The options -cancel and -stop cancel and stop a batch job that is already running. The option -jobfile <filename> reads a file containing a list of input files and runs a batch job for each input file. You can also run method calls from batch with the option -methodcall <method name> where method name is the tag of the Method Call feature.

Updates to Cluster Computing and Remote Computing

There is now support for PBS-based schedulers in cluster computing. In the Remote Computing settings, there are now options to save the batch command lines used by COMSOL Multiphysics® to a file and to save a list of all files that should be transferred to a remote computer and a list of files that should be transferred back. This allows you to run batch jobs remotely in cases when the remote computer cannot be accessed from the computer creating the batch jobs. When the batch jobs are finished and the resulting files are copied from the remote computer, the results will be updated.

A screenshot showing the Remote Computing settings in COMSOL Multiphysics.

New settings for Remote Computing in the Preferences window.

New settings for Remote Computing in the Preferences window.