COMSOL接觸的案例
在 COMSOL 中模擬接觸問題
COMSOL Multiphysics? 中結(jié)構(gòu)力學(xué)接觸建模功能可以幫助模擬那些相互接觸后就粘在一起的物體（粘附），以及受力后分開的物體（剝離），同時還包括全內(nèi)聚力的模擬。讓我們一起學(xué)習(xí)如何使用 COMSOL Multiphysics 來處理上述情況。
使物體相互粘結(jié)：如何模擬粘附
當(dāng)對分離的固體施加壓縮力，將其緊壓在一起時，邊界上的機(jī)械接觸會使固體產(chǎn)生形變，以使接觸邊界互相契合。而如果用拉力將域分開，接觸便會隨即消失。這一效應(yīng)可使用 COMSOL Multiphysics 中傳統(tǒng)的接觸建模進(jìn)行模擬。如果物體沒有分離，而是保持粘結(jié)狀態(tài)，說明它們可維持拉伸力或粘附力。
事實表明，在模擬與接觸和粘附現(xiàn)象有關(guān)的力時，我們需要格外注意切向上的力。當(dāng)物體接觸時，可能出現(xiàn)三種“相切狀態(tài)”：無摩擦滑動、有摩擦滑動和摩擦粘著。除此之外還有其他的復(fù)雜因素，在許多接觸過程中，只有滿足某些物理條件時，兩個邊界才會開始粘著。例如，某種粘附材料只有在超過特定溫度的環(huán)境中進(jìn)行加工處理，才能有效發(fā)揮粘附作用。不過，借助 COMSOL “結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊”中的粘附與剝離功能，便能實現(xiàn)對上述所有現(xiàn)象的準(zhǔn)確表征。
現(xiàn)在我們來探討由膠水（真實的膠水或者具有相似功能的物質(zhì)）粘結(jié)起來的兩個固體零件。COMSOL Multiphysics 中的“粘附”節(jié)點是連接兩個邊界的關(guān)鍵，您可以在“模型開發(fā)器”模型樹中的“接觸”節(jié)點下找到這個子節(jié)點。
想要在接觸建模中使用“粘附”子節(jié)點，必須先勾選“罰函數(shù)”選項。罰函數(shù)的作用可被視為使用了一個剛性的單向彈簧對來模擬接觸。當(dāng)兩個邊界相互擠壓時，它們之間會形成一個虛擬的彈性薄層。在激活“粘附”模式后，彈簧切換為雙向，并具有了切向剛度。如果兩個邊界之間存在真正的粘附層，您可以參考真實的材料數(shù)據(jù)來確定剛度。
展開 如何在 COMSOL 中模擬接觸疲勞
在 COMSOL Multiphysics? 中對接觸疲勞進(jìn)行建模
我們可以用兩種方法在 COMSOL Multiphysics 中建立接觸疲勞模型。一種方法是在兩個物體的界面上創(chuàng)建一個接觸對。必須對兩個物體都進(jìn)行建模，并且必須沿著兩個接觸界面應(yīng)用精細(xì)的網(wǎng)格。這種類型的接觸模擬往往計算量很大。
模擬接觸疲勞的另一種方法是使用與赫茲有關(guān)的經(jīng)典解，用于兩個具有彎曲表面的彈性體之間的接觸，這在接觸力學(xué)的研究中有所描述。接觸中的一個物體被接觸壓力的分析解所取代，該壓力在另一個物體的表面上被指定。我們可以通過以下方式來實現(xiàn)。
在參數(shù)節(jié)點中指定接觸特性，如最大壓力和接觸軸，作為參數(shù)。
在變量節(jié)點中，將表面上某一特定位置的接觸壓力表示為變量
將接觸壓力指定為另一物體表面的邊界載荷
這樣做以后，我們就不需要對其中一個物體進(jìn)行建模，這就減小了模型的大小。由于對所產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)的準(zhǔn)確解析需要一個精細(xì)的網(wǎng)格，任何減小模型大小的技術(shù)在接觸疲勞建模中都很重要。
為接觸物體的接觸壓力指定一個分析解的設(shè)置。
第二種技術(shù)是 COMSOL 疲勞模塊的案例庫中的兩個教程模型中所采用的：長期接觸疲勞和線性導(dǎo)軌中的滾動接觸疲勞。在第一個例子中，一個球形壓頭在被測材料上被反復(fù)壓緊和釋放。在第二個例子中，一個球形滾動元件沿著一個滾道槽移動。
兩個模型中的特征幾何長度都是幾毫米，這相當(dāng)于球形物體的接觸半徑。接觸區(qū)的特征長度約為該測量值的十分之一。在長期接觸疲勞的例子中，壓頭的半徑為 7 mm ，接觸半徑為 260 μm。對于滾動接觸疲勞示例，滾動元件的半徑是 2 mm，兩個接觸橢圓軸分別是 161 μm 和 36 μm 。
展開 使用 COMSOL 分析涉及粘滑摩擦的瞬態(tài)接觸問題
解決瞬態(tài)接觸問題中的粘滑摩擦轉(zhuǎn)換
在許多接觸問題中，我們必須解決粘滑摩擦轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。如本例所示，COMSOL 軟件為我們提供了專用于處理此類分析的功能，全新的能量值變量可用于驗證解的準(zhǔn)確性。基于這些研究結(jié)果，工程師可以設(shè)計出更加安全、節(jié)能的系統(tǒng)。
來源：COMSOL
COMSOL學(xué)習(xí)干貨來了！
COMSOL軟件是一款功能強(qiáng)大的多物理場仿真軟件，尤其適合學(xué)術(shù)科研以及仿真教學(xué)。本人接觸COMSOL軟件也已有六年有余，在此期間，積累了豐富的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用經(jīng)驗，特別是Comsol激光先進(jìn)制造數(shù)值模擬方面，因此，我整理了一個模型合集，涉及兩相流水平集（相場），流固耦合，熱流耦合，熱力耦合、光學(xué)，固體力學(xué)、多體動力學(xué)等模塊，詳細(xì)視頻可以關(guān)注我的B站：“一嶼而已”
COMSOL Multiphysics電磁場與多物理場耦合仿真
COMSOLMultiphysics可以求解多場問題，完全開放的架構(gòu)，任意獨立函數(shù)控制的求解參數(shù)，專業(yè)的計算模型庫，全面的第三方CAD導(dǎo)入功能，強(qiáng)大的網(wǎng)格剖分能力，大規(guī)模計算能力，豐富的后處理功能，專業(yè)的在線幫助文檔，多國語言操作界面，因此被應(yīng)用于各個相關(guān)科研和產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域
適合參加培訓(xùn)學(xué)員對象：
（1）剛接觸comsol還未安裝軟件 （2） 用了一段時間但是基礎(chǔ)較差
（3.） 基礎(chǔ)的都會想解決自己的模型問題 （4）想系統(tǒng)性培訓(xùn)學(xué)習(xí)comsol軟件
內(nèi)容：
一，多物理場耦合仿真及COMSOL軟件介紹
二，COMSOL軟件基礎(chǔ)操作
三、低頻電磁場（ACDC）物理場技術(shù)詳解
四、實際案例模型操作
案例一、電磁探測（1）人體頭顱腫瘤MIT電磁探測（2）人體頭顱幾何畫法。（3）正向問題求解探討（4）發(fā)射角與接收角相位差計算。
展開 COMSOL Multiphysics電磁場與多物理場耦合仿真專題線上培訓(xùn)班
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前沿資訊
COMSOLMultiphysics可以求解多場問題，完全開放的架構(gòu)，任意獨立函數(shù)控制的求解參數(shù)，專業(yè)的計算模型庫，全面的第三方CAD導(dǎo)入功能，強(qiáng)大的網(wǎng)格剖分能力，大規(guī)模計算能力，豐富的后處理功能，專業(yè)的在線幫助文檔，多國語言操作界面，因此被應(yīng)用于各個相關(guān)科研和產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域
一、培訓(xùn)背景
由于很多初學(xué)者對于comsol電磁場及多物理場耦合仿真建模上手慢，更多的是無從下手，再加上學(xué)習(xí)視頻資料稀缺，以及各大交流解疑平臺咨詢的問題遲遲無人協(xié)助解疑，想通過仿真來完成自己的科研項目或者論文更是困難重重，應(yīng)廣大comsol使用者要求，本單位特此舉辦 “COMSOL Multiphysics電磁場與多物理場耦合仿真”專題線上培訓(xùn)班
二、培訓(xùn)目標(biāo)
通過本次培訓(xùn)讓學(xué)員建立一種基本的數(shù)值模擬的思維，了解數(shù)值模擬的本質(zhì)原理；不僅能熟練掌握COMSOL軟件操作運(yùn)用和操作細(xì)節(jié)以及在仿真中常遇到的操作問題，還能夠通過所學(xué)進(jìn)行類似工程問題的應(yīng)用研究，達(dá)到更深入的科研理論研究
三、培訓(xùn)對象
全國各大高校，科研院所，公司等從事物理場建模仿真的老師同學(xué)
適合參加培訓(xùn)學(xué)員對象：
（1）剛接觸comsol還未安裝軟件 （2） 用了一段時間但是基礎(chǔ)較差
（3.）
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一、培訓(xùn)背景
由于很多初學(xué)者對于comsol電磁場及多物理場耦合仿真建模上手慢，更多的是無從下手，再加上學(xué)習(xí)視頻資料稀缺，以及各大交流解疑平臺咨詢的問題遲遲無人協(xié)助解疑，想通過仿真來完成自己的科研項目或者論文更是困難重重，應(yīng)廣大comsol使用者要求，本單位特此舉辦 “COMSOL Multiphysics電磁場與多物理場耦合仿真”專題線上培訓(xùn)班
二、培訓(xùn)目標(biāo)
通過本次培訓(xùn)讓學(xué)員建立一種基本的數(shù)值模擬的思維，了解數(shù)值模擬的本質(zhì)原理；不僅能熟練掌握COMSOL軟件操作運(yùn)用和操作細(xì)節(jié)以及在仿真中常遇到的操作問題，還能夠通過所學(xué)進(jìn)行類似工程問題的應(yīng)用研究，達(dá)到更深入的科研理論研究
三、培訓(xùn)對象
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一、培訓(xùn)背景
由于很多初學(xué)者對于comsol電磁場及多物理場耦合仿真建模上手慢，更多的是無從下手，再加上學(xué)習(xí)視頻資料稀缺，以及各大交流解疑平臺咨詢的問題遲遲無人協(xié)助解疑，想通過仿真來完成自己的科研項目或者論文更是困難重重，應(yīng)廣大comsol使用者要求，本單位特此舉辦 “COMSOL Multiphysics電磁場與多物理場耦合仿真”專題線上培訓(xùn)班
二、培訓(xùn)目標(biāo)
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三、培訓(xùn)對象
全國各大高校，科研院所，公司等從事物理場建模仿真的老師同學(xué)
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展開 聽力設(shè)備基于模擬的設(shè)計
根據(jù)Kennes 所說，“最初的概念可以追溯到七年前，我們在設(shè)計過程中的每一個階段都廣泛使用COMSOL。最初的想法是要建立一個用來產(chǎn)生振動的小型驅(qū)動器，但是我們并不知道一些關(guān)鍵元件的最小尺寸。因此第一個COMSOL 模型單純是用來幫助我們比較不同概念的可行性研究。”
一旦這個概念被選中，研究人員便進(jìn)入原型定做階段， 在這個階段他們會確定部件的精確尺寸與形狀。設(shè)計師必須記住幾個要素，特別是由于乳突腔的空間有限，所以物體的直徑必須<4 毫米，長度必須<15 毫米。驅(qū)動器必須提供一個與人耳相似的頻率特性（共振頻率接近1kHz）。設(shè)計師還要把功耗考慮在其中，還有驅(qū)動器與人體組織接觸的部分必須是生物相容或者密封封裝的。
關(guān)鍵的組件
其中一個關(guān)鍵的組件是結(jié)合了多種功能的鈦金屬隔膜。它作為連接桿的徑向軸承和電樞運(yùn)動的復(fù)位彈簧起著重要的作用。然而，同時它也必須密封這個設(shè)備里面以及必須是生物相容的。由于它能夠幫助建立驅(qū)動器的彈簧剛度，它的厚度是一個重要的調(diào)整參數(shù)。這個隔膜的厚度（實際上小于50μm）不宜過薄， 因為過薄會導(dǎo)致驅(qū)動器非常脆弱從而失去了密封性。另一方面，隔膜也不能太厚以致使驅(qū)動器的剛度太大。對于穩(wěn)健性與剛度之間的折衷來自于不同剛度值的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。在這個設(shè)計階段，研究人員對驅(qū)動器內(nèi)的材料應(yīng)力進(jìn)行了驗證。一張馮米思應(yīng)力的繪圖（圖2 右手邊的圖像）展示了當(dāng)桿軸軸向移動的時候（即當(dāng)驅(qū)動器在運(yùn)作的時候）隔膜是如何被施加壓力的；別處的應(yīng)力則是在驅(qū)動器組裝過程中所應(yīng)用到部分的預(yù)裝入所導(dǎo)致的。例如，上方磁鐵組件的彩色環(huán)形區(qū)域指明了磁鐵組件頂著管子的接觸面積（于COMSOL 建模成接觸對）。
一旦隔膜厚度固定了，驅(qū)動器的相對機(jī)械剛度也就知道了。為了降低驅(qū)動器的整體軸向剛度，電磁組件的磁剛度必須調(diào)整到正確值。這里關(guān)鍵的參數(shù)是磁強(qiáng)與氣隙的大小。
展開 橡樹嶺國家實驗室的中子核反應(yīng)堆設(shè)計
Freels博士利用COMSOL Multiphysics來判斷當(dāng)HFIR停止工作后，增壓器中是否有足夠多的低溫氫組織問題的發(fā)生。他的模型耦合了非等溫流以及對流傳導(dǎo)模塊來對氫進(jìn)行模擬，增壓器器壁采用薄傳導(dǎo)殼應(yīng)用模式。他利用COMSOL Multiphysics中的自動插值特性將實驗數(shù)據(jù)插入模型中來處理氫參數(shù)的非線性改變問題。利用三次樣條函數(shù)或者線形插值方法將實驗數(shù)據(jù)以文本文件的形式讀入模型中。這樣COMSOL Multiphysics在每一次迭代過程中就能找到匹配的材料參數(shù)值。Freels博士說：“簡單的利用這些的插值函數(shù)，在提供的表單里就可以很容易的設(shè)置這些非線性材料參數(shù)。”
計算效率的提升主要來自于在增壓器薄器壁上使用殼單元。用3D的薄層描述增壓器器壁需要大量的網(wǎng)格單元。COMSOL Multiphysics的殼單元對沿著邊界的物理場進(jìn)行模擬而不穿過邊界。Freels博士的模型中的器壁就變成了用相對粗分的網(wǎng)格來表示的2D表面。
Freels博士也通過將求解腳本與參數(shù)求解器聯(lián)合起來實現(xiàn)超松弛迭代方法。通過自動的對下閘室內(nèi)氣體密度的積分，來決定在起冷卻作用的下閘室是否有足量的氫氣確保HFIR的安全運(yùn)行。
靈活易用
當(dāng)Freels開始使用COMSOL Multiphysics之前，他已經(jīng)建立了HFIR的熱傳導(dǎo)模型，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要模擬慢化劑腔中的非等溫流動。他開始接觸到COMSOL Multiphysics時先學(xué)習(xí)了一些模型庫中的例子，然后再開始處理他的問題：HFIR增壓器熱傳導(dǎo)模型（圖3b）。他滿腔熱情的說，“利用COMSOL Multiphysics建立模型非常的簡單。首先，我在用戶界面里利用內(nèi)建的CAD工具創(chuàng)建了3D增壓器幾何模型，然后利用輸入表達(dá)式定義參數(shù)。
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