多物理是什麼？
在現實生活中，物理學並非單一發生。流體、結構、熱能和電磁力會持續相互作用動。這些場域會碰撞，並發生如熱轉移、變形和質量傳輸遞等現象。
多物理是透過電腦模擬來分析物理力之間的複雜互動。藉由多物理工作流程，將個別物理求解器整合到單一運算架構中，可協助工程師根據真實世界中的物理現象，一次性準確地為整個系統行為建模。
多物理模型可以填補單一物理分析不足的差距。
可以使用多物理工作流程解決的小型應用範例。
多物理範例
當多個物理場互動時 (例如流體和結構，或結構和電磁場) 時，它們會被稱為「耦合」。這些互動隨時發生在我們身邊，從輕觸手機上的螢幕，到在顛簸的道路上駕駛車輛。多物理耦合的常見範例包括：
流體結構相互作用(流固耦合) (FSI)：
飛機安全：針對氣流 (流體動力學) 如何影響起落架的變形與衝擊吸收 (結構力學) 建模
熱光學耦合：
抬頭顯示器 (HUD)：針對室外溫度 (熱效應) 如何影響車輛中投影影像清晰度 (光學) 建模
結構聲學耦合：
道路噪音：針對車輛中如何由輪胎與表面摩擦力 (結構力學) 造成聽覺回饋 (聲學) 建模
電磁熱耦合：
發電：針對馬達的能量場 (電磁) 如何產生熱能 (熱動力)，以最佳化熱交換器及風扇建模
不同程度的耦合可以用來解決需要多物理分析的工程問題。
如果物理問題涉及物理上的弱耦合，例如當流體力產生結構壓力，但不會使結構嚴重變形時，我們可以透過單向耦合分析來解決此問題。
若有強耦合，例如結構具有高度變形且影響流量，則我們需要 雙向耦合解決方案。
多物理應用
在各產業中，工程師都會運用多物理解決方案，以協助在設計過程中及早發現問題，針對最佳化做出明智決策，並確保最終產品的安全性與效能。企業必須能夠準確預測，在多物理耦合的真實環境中，產品運作情形的複雜度。
航空航天：藉由流體結構相互作用分析決定飛機機翼的最佳重量、形狀和結構
汽車：模擬頭燈的熱膨脹和變形，以預測光學效能
醫療保健：建立人體組織與醫療裝置結構 (如植入物與支架) 之間的互動模型
工業：透過磁性、結構和聲音分析來識別震動源，以減少馬達磨損與損耗
多重物理量模擬
多物理模擬可針對多個物理領域之間的複雜、同時為相互作用建模，這些交相作用由於成本、時間或安全限制，無法在實驗中輕易研究。這些模擬透過跨工程領域溝通及傳遞資料，讓您更深入瞭解產品效能。
近期電腦容量的提升、更快速更強大的求解器，以及更完善的工作流程建構方法，都在加快從單一物理模擬到全面多物理模擬的轉換。這樣的演進讓工程師們更能預測其設計在現實世界中的運作方式。
多物理模擬的優點
逼真建模：精確擷取多種物理領域同時相互作用的真實情境
系統層級分析：深入瞭解物理耦合如何影響整體系統效能
時間效率：同時分析整個系統，而非僅在單領域孤島中執行
多物理模擬的挑戰
資料一致性：不同的物理領域有不同的時序表、空間尺度和網格解析度
使用者專業知識：解讀多物理模擬，需要來自各領域專家的知識
計算成本：多物理模擬的處理強度需要大量的資源與時間
多物理分析工具
一般而言，單一求解器著重於特定物理領域，例如結構力學、流體動力學或電磁學。但其中有些包括自有的多物理模型。舉例來說，除了解決流體動力學問題外，Ansys Fluent® 液體模擬軟體還能針對聲學、運動、固態熱傳遞和熱壓應力建模。當模型共用幾何、網狀架構和設定時，具有多物理功能的單一求解器對於分析耦合非常有用。
但是隨著產品複雜度增加，單一物理模擬就可能不再足夠。
這就是共同模擬的重要性所在。透過連接特定求解器，就能更精準地擷取不同物理現象之間的複雜互動。諸如 Ansys System Coupling™ 物理求解器連結軟體等工具，會將所有主要求解器整合在單一介面中。這代表工程師可以在單一、統一的工程環境中，輕鬆建立高保真度的跨領域模型。
單一求解器多物理：針對一組特定的耦合物理學方程式，在單一解析器內執行跨領域分析。提供相互作用緊密耦合的簡易設定。
多物理量系統耦合：在運算架構中協調並交換特定求解器之間的資料。，在為需要協調各獨立求解器的複雜情況建模時，提供更大的彈性，並擷取物理模型之間的相互作用。
多物理的未來
有幾種產品開發趨勢刺激了進階多物理模擬應用的需求，包括晶片以及三維積體電路 (3D-IC) 的永續性與更高的功率密度。隨著各家公司持續創新增加功率同時減少浪費，多物理分析將提供更全面、深入的見解，以完全瞭解設計中的物理現象之間的相互作用。
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