随着计算机应用技术的发展，材料计算技术有了长足的进步。科研人员开发出各式各样的材料热动力学数据库，通过选择合适的数据库，就可以计算得到需要的材料设计信息。在集成材料和工艺仿真中，仅有热力学信息是不够的，体系的动力学信息也非常的重要。常见的典型问题包括相变、固化、界面反应以及微结构演化等复杂物理过程，这些物理问题都涉及到复杂的热力学和动力学过程。一般情况下，研究这一类物理问题需要创建动力学模型，而动力学模型中往往涉及热力学参数。因此，对于集成材料与工艺仿真来说，热动力学软件与动力学模型的耦合计算至关重要。

在众多材料和工艺仿真方面的软件中，COMSOL Multiphysics以其多物理场耦合方面的优势和灵活的外部应用程序接口（API），使得COMSOL Multiphysics在多物理场求解方面展现出非凡的解决问题的能力。中山大学黄智恒教授一直致力于集成材料与工艺模拟与仿真方面的研究，最近黄教授巧妙地将材料热力学计算软件MTDATA以及科学计算软件MATLAB，成功的应用到了COMSOL Multiphysics多物理场耦合计算中，解决了一系列材料动力学问题，在此基础上构建了以COMSOL Multiphysics为核心的集成材料与工艺仿真平台。

COMSOL Multiphysics与MATLAB的接口

COMSOL Multiphysics提供了与MATLAB的完美接口LiveLink for MATLAB。在这种整体环境下，用户可以像在MATLAB中那样保存和运行文件，这样就给用户提供了一种可以使用别的建模方法自由地对基于模型的偏微分方程、模拟运算和结果分析进行整合的方便。

图1 运行COMSOL with MALTAB模式，不但可以让COMSOL Multiphysics调用MALTAB

内核及其包含的所有工具箱，更能够使用命令行的形式操作物理模型。

COMSOL Multiphysics与MTDATA的接口

由于COMSOL Multiphysics与MATLAB的无缝连接，任何一个COMSOL Multiphysics创建的模型（.mph文件）都可以保存为MATLAB m文件，并在MATLAB环境中运行。所以MATLAB与MTDATA的接口可以应用于COMSOL Multiphysics中。需要注意的是COMSOL Multiphysics模型在调用MTDATA DLL中的函数和子程序时，只需要被载入（load）一次。如果MTDATA DLL已经被载入内存中，而再次重复载入的话就会提示链接错误【1】。

图2 COMSOL Multiphysics与MTDATA、MATLAB三种软件之间的链接机制示意图【1】

集成材料与工艺仿真平台的典型应用

以Cu-Sn两元素四相(Sn、Cu6Sn5、Cu3Sn、Cu)系统为例，首先在COMSOL Multiphysics中创建有限元几何模型和划分网格（如图3）。

图3 在MATLAB与COMSOL Multiphysics中创建的几何模型和网格【1】