在眾多材料和工藝仿真方面的軟件中，COMSOL Multiphysics以其多物理場耦合方面的優勢和靈活的外部應用程序接口(API)，使得COMSOL Multiphysics在多物理場求解方面展現出非凡的解決問題的能力。中山大學黃智恒教授一直致力于集成材料與工藝模擬與仿真方面的研究，最近黃教授巧妙地將材料熱力學計算軟件MTDATA以及科學計算軟件MATLAB，成功的應用到了COMSOL Multiphysics多物理場耦合計算中，解決了一系列材料動力學問題，在此基礎上構建了以COMSOL Multiphysics為核心的集成材料與工藝仿真平臺。

　　COMSOL Multiphysics與MATLAB的接口

　　COMSOL Multiphysics提供了與MATLAB的完美接口LiveLink for MATLAB。在這種整體環境下，用戶可以像在MATLAB中那樣保存和運行文件，這樣就給用戶提供了一種可以使用別的建模方法自由地對基于模型的偏微分方程、模擬運算和結果分析進行整合的方便。

　　圖1 運行COMSOL with MALTAB模式，不但可以讓COMSOL Multiphysics調用

　　MALTAB內核及其包含的所有工具箱，更能夠使用命令行的形式操作物理模型。

　　COMSOL Multiphysics與MTDATA的接口

　　由于COMSOL Multiphysics與MATLAB的無縫連接，任何一個COMSOL Multiphysics創建的模型(.mph文件)都可以保存為MATLAB m文件，并在MATLAB環境中運行。所以MATLAB與MTDATA的接口可以應用于COMSOL Multiphysics中。需要注意的是COMSOL Multiphysics模型在調用MTDATA DLL中的函數和子程序時，只需要被載入(load)一次。如果MTDATA DLL已經被載入內存中，而再次重復載入的話就會提示鏈接錯誤【1】。

　　圖2 COMSOL Multiphysics與MTDATA、MATLAB三種軟件之間的鏈接機制示意圖【1】

　　集成材料與工藝仿真平臺的典型應用

　　以Cu-Sn兩元素四相(Sn、Cu6Sn5、Cu3Sn、Cu)系統為例，首先在COMSOL Multiphysics中創建有限元幾何模型和劃分網格(如圖3)。

　　圖3 在MATLAB與COMSOL Multiphysics中創建的幾何模型和網格【1】

　　擴散方程通過COMSOL Multiphysics中的PDE模式的一般形式(General From)進行定義和求解。化學勢與摩爾體積利用MATLAB與MTDATA的接口進行計算，從而求解動力學過程圖。

　　圖4 浸焊過程中，銅溶解動力學過程仿真結果【2】

　　圖5 焊料組分和尺寸效應對銅焊點溶解的影響【2】

　　圖6 利用COMSOL Multiphysics模擬的材料晶體生長過程【3】

　　圖7 界面微結構仿真結果【3】

　　圖8 相場晶體模型模擬結果【3】

　　COMSOL Multiphysics靈活的API

　　COMSOL Multiphysics提供了靈活應用程序外部接口，能與多種第三方軟件的進行對接，可以應用于從幾何模型創建到多物理場求解等多個過程。在與其他軟件的交互方面，COMSOL Multiphysics的API為用戶提供了豐富的函數和方法。在此基礎上，用戶可以靈活創建自己幾何模型、自定義方程等。用戶通過COMSOL Multiphysics提供的API可以使用軟件中全部特性和參數的接口，黃教授說，“COMSOL提供一個靈活的、通用的模擬與仿真平臺，如果用戶加以適當的開發，COMSOL Multiphysics可以應用于材料科學的很多計算領域中”。

　　COMSOL Multiphysics是一款業界領先的科學仿真軟件，主要是利用偏微分方程來對系統建模和仿真。它的特別之處在于它的多物理場耦合處理能力。從事專業科學研究的科研人員也可以開發具有專業用戶界面和方程設置的附加模塊;現在已經有的模塊有化工、地球科學、電磁場、熱傳導、微機電系統、結構力學等模塊。軟件可以在多種操作系統上使用，包括Windows、Linux、Solaris、HP-UX等系統。其他可選軟件包有CAD輸入模塊、以及COMSOL化學反應工程實驗室等。