背景链接：中仿科技公司(CnTech)拥有一支充满活力、不断进取、富于创新的优秀团队，近几年业务增长迅速。由CnTech和COMSOL公司共同举办的“COMSOL 2010中国区用户年会”分别于2010年10月26日和10月28日在上海交通大学和清华科技园举办，将近500位从事仿真技术的同行出席大会。年会上介绍最近发布的COMSOL Multiphysics V 4.1以及应用COMSOL Multiphysics软件进行多物理场耦合分析的案例，还邀请COMSOL资深专家与COMSOL Multiphysics用户分享软件的使用经验。《计算机辅助工程》（简称《计辅》）作为支持媒体参加了年会，并为参会人员赠阅杂志。在上海交通大学浩然大厦会场上，《计辅》与原复旦大学副校长周鲁卫教授交流了电流变液的研究、应用以及CAE仿真所发挥的作用等情况。

计算机辅助工程采访复旦大学副校长周鲁卫教授

《计辅》：周教授，您好，请您介绍一下电流变液的概念？

周鲁卫：电流变液属于软物质。软物质是指处于固体与理想流体之间的复杂流体，其基本特性是对外界微小作用非常敏感，并呈现非线性响应、自组织行为、空间缩放对称性。

        凝聚态物质有水、塑料、钢铁等，软物质有胶体（如油漆、牛奶、泡沫等）、悬浮液、微乳液、乳液、高分子、液晶等，它们一般由大分子或基团（固、液、气）组成，在自然界、生命体、日常生活和生产中广泛存在。

        我所在的复旦大学软物质物理实验室主要研究电流变液机理。电流变液在施加电场时，当电场超过临界电场 ，其黏度会突然增大，表现出类似固体的特征；当去掉外加电场时，它又由固态恢复到液态。与之相类似的还有磁流变液、电磁流变液等。
 

《计辅》：人们为何称电流变液是种智能材料？其应用情况如何？

周鲁卫：人们可以通过控制电场来控制电流变液的固液转换，而且可以通过控制电流强度来控制其黏度等特性，所以电流变液又被称为智能材料。

        目前电流变液没有磁流变液的应用情况好，原因是电流变液元器件外层往往包裹一些材料，这些材料被磨损下来后，容易在两个电极之间产生短路，导致无法施加电场，而磁流变液不存在此问题。但是，电流变液也有明显的优点：

（1）电流变液设备较轻，原因是磁流变液需要磁场控制，而产生磁场需要线圈等附加材料。

（2）响应速度快，对电的控制实时性比对磁场控制好，加电后很短的时间电流变液就会改变形态。

（3）电流变液设备比较节能。

        电流变液是种应用范围很广的材料，例如可用在车辆的减震、刹车、启动、变速等方面，还在直升机机翼振动控制，没有活动部件的电流变阀门，以及建筑、桥梁抗风、抗震等方面有相当大的应用前景。某些救护车中，为避免病人二次受伤，也可采用电流变液制造相应的设备保持车辆的抗震性；传统减震器只能针对某种路况使用，但利用电流变液减震器可以通过对电场的控制来调节其性能，适用于多种路况，可以根据路况实时地调节减震性能。

《计辅》：软物质研究方面，有哪些研究难点？我国与发达国家的研究差距在哪里？

周鲁卫：目前难点主要集中于两方面：

（1）电流变液黏度随电场变化的机理，目前的材料加了很大的电场却得不到足够的黏度，需要从变化机理上发现规律。

（2）耐久性，目前电流变液材料的持久性较差，寿命较短。这两点是制约电流变液材料广泛应用的短板。

       相对于国外电流变液的研究，我国的电流变液材料研究走到了世界前列，但是我们往往难以在工程的大规模应用上做出创新性工作，在这方面反倒落到别人后面；其次即便做出了创新性工作，或者赶上了国外先进水平，也往往难以保持。这其中的原因是比较复杂的，但是归结起来：第一，基础教育不够深入，学生的数学物理基础不扎实，在遇到原理性的分析时，不能高屋建瓴；第二，科研与工程脱节，研究都进行在理想状况下，和真实环境相差较多。我们将COMSOL Multiphysics引入我们的研究工作，也就是为了强化我们在电流变液机理研究上的分析能力。

《计辅》：在软物质研究领域，CAE技术发挥了什么样的积极作用？这种作用会扩大吗？

周鲁卫：理论、仿真和实验是软物质研究领域的3个重要手段。以前的科研工作者重点放在实验方面，认为实验的结果是最可信的。我们研究组以前的除了理论之外，大部分精力都放在了实验上面。但我们逐渐认识到在软物质研究中，工况复杂，实验难度大，只能针对某些特定的参数去做，大批量的、针对诸多工况做实验，不论从精力、时间还是经费方面而而言，那是不可能的。所以我们引入了CAE软件——主要是COMSOL Multiphysics来对多种工况进行高效仿真，从而有针对性地指导实验的开展。如，极化分子电流变液斑图和剪切应力关系的初始研究中，我们面临诸多未知参数，如果不通过仿真，无从开展实验研究。这时，我们通过软件计算，确定最可能的参数范围，并对结构做出优化，然后按照仿真结果进行实验，就取得了比较好的成果。也就是说，CAE发挥了指导、验证、补充等方面的作用，CAE架起了理论与实验之间的桥梁，科研人员在理论基础上进行仿真，通过仿真结果指导实验，再通过实验结果验证理论的正确性。在最近几年SCI检索期刊的文章来看，越是高水平的文章越是能较多地融合理论、仿真与实验，因为仅有实验结果往往不能证明理论的正确性，脱离仿真的实验往往具有偶然性、不具有典型性。

        目前的科研领域中，CAE仍是一种辅助手段，但它的作用会不断加大。我们的研究正向深度发展，并注重开展交叉学科的研究。研究的物理现象越来越复杂，仿真也应该向多场耦合的方向发展，以适应科学研究领域的变化。

《计辅》：目前CAE领域有很多软件，不乏面向行业的专业软件，您为何选择COMSOL Multiphysics这款通用型软件作为科研工具？它有哪些优点？

周鲁卫：COMSOL Multiphysics是款通用型软件，可以适用于大部分的理工科科研工作。我们主要看重它的这几个特点：

1、以偏微分方程为基础，我们可以非常明确计算的控制方程，甚至可以修改他们。越顶尖的研究者越会看中这点，因为你是用的往往是自己推导的方程。

2、多物理场耦合功能强大，对于软物质仿真而言，往往涉及到多个物理场，例如电磁场、流场、浓度场等。各个物理场之间存在很复杂的相互作用，控制方程包含各种耦合项，是典型的强耦合问题。COMSOL Multiphysic中可以很方便地定义各类耦合关系，从而真实地仿真出软物质体系的非平衡态行为，这是其他CAE软件所不具备的功能。

3、易学易用，参数修改方便，并且在仿真的中间步骤中就能随时看到计算结果，从而使得仿真及时得到修正。另外COMSOL Multiphysics和MATLAB有实时接口，我们可以进行二次开发，进行更为深入的研究分析。

        自从几年前我们开始接触这个在国际上也是非常先进的软件，当时仅仅是一个硕士生来做某个课题的仿真工作，但现在我们已经要求课题组所有的硕士、博士研究生学会使用COMSOL Multiphysics软件，这是毕业的前提条件。

关于COMSOL Multiphysics

    COMSOL Multiphysics是全球第一款真正的多物理场耦合分析软件。它使工程师和科学家们可以通过模拟，赋予设计理念以生命。它有无与伦比的能力，使所有的物理现象可以在计算机上完美重现。COMSOL的用户利用它提高了手机的接收性能，利用它改进医疗设备的性能并提供更准确的诊断，利用它使汽车和飞机变得更加安全和节能，利用它寻找新能源，利用它探索宇宙，甚至利用它去培养下一代的科学家。中仿科技公司是集团在中国的唯一合作伙伴，负责产品在中国区包括香港、澳门特别行政区的技术支持和销售活动。了解COMSOL更多详细介绍，请访问：http://www.comsol.com

关于中仿科技

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