Simulación multifísica

En modelado computacional , la simulación multifísica (a menudo abreviada como simplemente "multifísica") se define como la simulación simultánea de diferentes aspectos de un sistema o sistemas físicos 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 frecuentemente incluyen análisis numérico , ecuaciones diferenciales parciales y análisis tensorial . ^{[ 4 ]}

La implementación de una simulación multifísica sigue una serie típica de pasos: ^{[ 1 ]}

• Identifique los aspectos del sistema que se va a simular, incluidos los procesos físicos, las condiciones iniciales y el acoplamiento o las condiciones límite entre estos procesos.
• Cree un modelo matemático discreto del sistema.
• Resuelva numéricamente el modelo.
• Procese los datos resultantes.

Los modelos matemáticos utilizados en simulaciones multifísicas son generalmente un conjunto de ecuaciones acopladas. Estas ecuaciones se pueden dividir en tres categorías según su naturaleza y función: ecuación principal , ecuaciones auxiliares y condiciones iniciales/de contorno . Una ecuación principal describe un mecanismo o proceso físico importante. Las simulaciones multifísicas se implementan numéricamente mediante métodos de discretización como el método de elementos finitos , el método de diferencias finitas o el método de volúmenes finitos . ^{[ 5 ]}

Las simulaciones multifísicas pueden realizarse dentro de un único marco de código ( aplicación de enfoque monolítico a nivel de software ) o acoplando códigos independientes, cada uno de los cuales calcula una parte de la solución de un problema multifísico (enfoque particionado a nivel de software).

Algunos ejemplos de software de simulación orientado a simulaciones multifísicas son OpenFOAM , COMSOL Multiphysics , el marco MOOSE, entre otros. Ejemplos de herramientas de acoplamiento incluyen preCICE , la Interfaz Universal Multiescala (MUI), OpenPALM (CWIPI) y MpCCI.

En términos generales, la simulación multifísica es mucho más compleja que la simulación de aspectos individuales de los procesos físicos. El principal problema adicional radica en cómo integrar los múltiples aspectos de los procesos, gestionando adecuadamente las interacciones entre ellos. Estos problemas se vuelven bastante difíciles cuando se utilizan diferentes tipos de métodos numéricos para simular los aspectos físicos individuales. Por ejemplo, al simular un problema de interacción fluido-estructura con el método típico de volumen finito euleriano para el flujo y el método de elementos finitos lagrangiano para la dinámica de la estructura.

• Método de diferencias finitas en el dominio del tiempo
• Lista de software de ingeniería asistida por ordenador

• Susan L. Graham , Marc Snir y Cynthia A. Patterson (editores), Getting Up to Speed: The Future of Supercomputing, Apéndice D. The National Academies Press, Washington D. C., 2004. ISBN 0-309-09502-6.
• Paul Lethbridge, Análisis multifísico , pág. 26, The Industrial Physicist, diciembre de 2004/enero de 2005,Archivado en: