Simulieren und Modellieren[Advertorial]

Mehr als nur Simulation: Entwicklung auf höchstem Niveau mit COMSOL

| Redakteur: Nadja Schüßler

Neben den Basis-Physikinterfaces sind weitere Physikinterfaces für elektrische, mechanische, strömungsmechanische und chemische Anwendungen erhältlich.
Neben den Basis-Physikinterfaces sind weitere Physikinterfaces für elektrische, mechanische, strömungsmechanische und chemische Anwendungen erhältlich. (Bild: COMSOL Multiphysics GmbH)

Eine leistungsstarke Software zur Simulation physikalischer Effekte und zum Erstellen von Modellen in den unterschiedlichsten Bereichen der Natur- und Ingenieurwissenschaften ist ein unerlässliches Werkzeug für viele Forscher und Entwickler. Ein Tool, das alle diese Bereiche abdeckt, leistungsstark und flexibel ist und auch den Datenaustausch mit anderen Systemen ermöglicht, stellen wir hier vor.

Die Simulation und Modellierung physikalischer Vorgänge spielt eine wichtige Rolle in der Forschung und Entwicklung. Das gilt für alle Bereiche der Naturwissenschaften, aber auch für die Produktentwicklung, beispielsweise im Maschinenbau und in der Elektronik. Ein System, mit dem sich unzählige Simulationen aus nahezu allen Bereichen der Wissenschaft und Technik modellieren und simulieren lassen, bietet COMSOL mit COMSOL Multiphysics. Die Software umfasst eine Reihe von Interfaces und Modellierwerkzeugen, welche allesamt über die grafische Benutzeroberfläche COMSOL Desktop bedient werden.

Je nach Einsatzbereich sind Zusatzprodukte in Form von Modulen erhältlich, die die Simulationsplattform um Modellierungsmöglichkeiten für spezielle Anwendungsgebiete sowie um Schnittstellen zu Fremd-Software erweitern. Neben den Basis-Physikanwendungen sind so umfangreiche elektrische, mechanische, strömungsmechanische und chemische Fragestellungen lösbar. Dabei sind beliebig viele Module und Wechselwirkungen frei miteinander kombinierbar.

Mit COMSOL erstellte Simulationsmodelle lassen sich mit wenigen Mausklicks in Apps mit eigener Benutzeroberfläche verwandeln, welche auch über Webbrowser bedient werden können. Über COMSOL Server lassen sich Simulationen so unternehmensweit, beispielsweise von mehreren Entwicklergruppen nutzen. Dies macht COMSOL zu einem universellen Werkzeug für Wissenschaftler, Ingenieure, Entwickler und Planer.

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Anwendungen in der Elektronik

Einige Anwendungsbeispiele aus der Elektronik verdeutlichen die Möglichkeiten: Bei der Simulation elektronischer Bauteile wie beispielsweise MOSFETs, Schottky-Dioden oder P-N-Übergängen, müssen die Drift-Diffusionsgleichungen für den Elektronen- und Löchertransport gelöst werden. Dabei müssen physikalische Effekte wie die Ladungsverteilung oder die Wärmeentwicklung innerhalb des Halbleiters berücksichtigt werden. Mit COMSOL lässt sich dies bewerkstelligen und damit unter anderem die Schwellenspannung eines MOSFET bestimmen.

Ein weiteres Beispiel ist die Bestimmung der optimalen Betriebsbedingungen einer LED aufgrund der Berechnung ihres Spektrums, Leuchtstärke und Effizienz in Abhängigkeit vom Strom. Auch hierfür ist COMSOL Multiphysics das perfekte Werkzeug.

Egal, ob in den Bereichen Elektronik, Mechanik, Chemie oder Strömungssimulation – der Arbeitsablauf ist in allen Fällen der gleiche. Somit müssen sich interdisziplinär arbeitende Entwickler nicht umstellen und finden sich immer in der gewohnten Entwicklungsumgebung zurecht. Es ist auch möglich, eigene Gleichungen, die z.B. eine Materialeigenschaft oder eine Randbedingung beschreiben können, zu implementieren. Es lassen sich sogar eigene partielle Differentialgleichungen lösen und aus den eingegebenen Gleichungen dann neue Physikinterfaces erstellen – welche dann wiederum frei mit allen bereits vorhandenen Interfaces kombinierbar sind.

Nahezu unbegrenzte Anwendungsgebiete

Wie bereits erwähnt, kennt der Einsatz von COMSOL Multiphysics praktisch keine Grenzen. Ob die Simulation von Transformatoren und ihr magnetisches Verhalten, das Design von Transformatoren mithilfe der Finite-Elemente-Analyse oder gar der Entwurf einer Stealth-Antenne – dies sind nur einige Beispiele für Anwendungen in der Elektronik. Hinzu kommen Anwendungen aus der Optik, wie beispielsweise die Ausbreitung von Licht in optisch nicht-linearen Medien oder das Verhalten von Plasma in elektromagnetischen Feldern.

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