Simulación multifísica
| Física computacional |
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En el modelado computacional , la simulación multifísica (a menudo abreviada simplemente como "multifísica") se define como la simulación simultánea de diferentes aspectos de un sistema físico o sistemas y las interacciones entre ellos. [1] Por ejemplo, la simulación simultánea de la tensión física en un objeto, la distribución de temperatura del objeto y la expansión térmica que conduce a la variación de las distribuciones de tensión y temperatura se consideraría una simulación multifísica. [2] La simulación multifísica está relacionada con la simulación multiescala, que es la simulación simultánea de un solo proceso en múltiples escalas de tiempo o distancia. [3]
Como campo interdisciplinario , la simulación multifísica puede abarcar muchas disciplinas científicas y de ingeniería. Los métodos de simulación incluyen con frecuencia análisis numérico , ecuaciones diferenciales parciales y análisis tensorial . [4]
Proceso de simulación multifísica
La implementación de una simulación multifísica sigue una serie típica de pasos: [1]
- Identificar los aspectos del sistema a simular, incluidos los procesos físicos, las condiciones de inicio y las condiciones de acoplamiento o de límite entre estos procesos.
- Crear un modelo matemático discreto del sistema.
- Resolver numéricamente el modelo.
- Procesar los datos resultantes.
Modelos matemáticos
Los modelos matemáticos utilizados en simulaciones multifísicas son generalmente un conjunto de ecuaciones acopladas. Las ecuaciones se pueden dividir en tres categorías según su naturaleza y función prevista: ecuación rectora , ecuaciones auxiliares y condiciones iniciales/de contorno . Una ecuación rectora describe un mecanismo o proceso físico importante. Las simulaciones multifísicas se implementan numéricamente con métodos de discretización como el método de elementos finitos , el método de diferencias finitas o el método de volúmenes finitos . [5]
Desafíos de la simulación multifísica
En términos generales, la simulación multifísica es mucho más difícil que la de los aspectos individuales de los procesos físicos. El principal problema adicional es cómo integrar los múltiples aspectos de los procesos con el manejo adecuado de las interacciones entre ellos. Este problema se vuelve bastante difícil cuando se utilizan diferentes tipos de métodos numéricos para las simulaciones de aspectos físicos individuales. Por ejemplo, cuando se simula un problema de interacción fluido-estructura con el método típico de volumen finito euleriano para el flujo y el método de elementos finitos lagrangianos para la dinámica de estructuras.
Véase también
Referencias
- ^ ab Liu, Zhen (2018). Multifísica en materiales porosos. Cham, Suiza: Springer. ISBN 978-3-319-93028-2.OCLC 1044733613 .
- ^ "La multifísica lleva el mundo real a las simulaciones". 2015-03-16 . Consultado el 2018-08-19 .
- ^ Groen, Derek; Zasada, Stefan J.; Coveney, Peter V. (marzo de 2014). "Estudio de aplicaciones y comunidades multiescala y multifísica". Computing in Science & Engineering . 16 (2): 34–43. arXiv : 1208.6444 . doi :10.1109/mcse.2013.47. ISSN 1521-9615. S2CID 6301539.
- ^ "Multiphysics Learning & Networking - Home Page" (Página de inicio de aprendizaje y redes multifísicas) www.multiphysics.us . Consultado el 19 de agosto de 2018 .
- ^ Bagwell, Scott; Ledger, Paul D; Gil, Antonio J; Mallett, Mike; Kruip, Marcel (7 de diciembre de 2017). "Un marco de elementos finitos hp linealizado para el acoplamiento acústico-magneto-mecánico en escáneres de resonancia magnética axisimétricos". Revista internacional de métodos numéricos en ingeniería . 112 (10): 1323–1352. doi : 10.1002/nme.5559 . S2CID 125715500.
- Susan L. Graham , Marc Snir y Cynthia A. Patterson (editores), Poniéndose al día: el futuro de la supercomputación, Apéndice D. The National Academies Press, Washington DC, 2004. ISBN 0-309-09502-6 .
- Paul Lethbridge, Multiphysics Analysis , pág. 26, The Industrial Physicist, diciembre de 2004/enero de 2005, [1], archivado en: [2]
