COMSOL求解常微分方程
COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件也提供了求救常微分方程(ODE)和偏微分方程(PDE)的接口,下面详细介绍一下。
(1)建立模型,选择模型向导–>零维–>数学–>全局常微分和微分代数方程(ge),选择研究,选择瞬态,点击完成
(2)在组件下面可以看到刚刚添加的全局常微分和微分代数方程(ge),在右边栏,全局方程那里输入需要求解的函数。
以上图电路实例来说,现有RLC串联电路,假设R、L、C的参数都为1,电容电压:uC(t)uC(t),电容电流:i(t)i(t),电感电压:uL(t)uL(t),电阻电压:uR(t)uR(t),输入电压uin=sin(2πft)uin=sin(2πft)则有下面的关系式:
uC(t)i(t)uL(t)uR(t)uin=uC(t)=CduC(t)dt=Ldi(t)dt=LCdu2C(t)dt2=Ri(t)=RCduC(t)dt=uC(t)+uL(t)+uR(t)
uC(t)=uC(t)i(t)=CduC(t)dtuL(t)=Ldi(t)dt=LCduC2(t)dt2uR(t)=Ri(t)=RCduC(t)dtuin=uC(t)+uL(t)+uR(t)
化简上式可得:
du2C(t)dt2+duC(t)dt+uC(t)=uin
duC2(t)dt2+duC(t)dt+uC(t)=uin
,换成常见的数学形式为
f′′+f′+f=sin(2πft)
f″+f′+f=sin(2πft)
要想在COMSOL求解该二阶微分方程,可以先用之前的方法在python里面求解,python代码如下
输出结果如下:
输入电源参数设置为2πf=1002πf=100,初值设定为y(0)=0y(0)=0,y′(0)=0y′(0)=0,由结果可知是一个衰减震荡的过程。
(3)步骤(2)得到的COMSOL设置结果如下:
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