COMSOL結構的案例
comsol三維多孔結構 泡沫材料 孔隙介質模型
孔隙結構
在comsol內生成球體或立方體結構的多孔材料結構：
comsol泡沫結構，泡沫球體顆粒占比80%：
建模方法
采用陣列式隨機分布，生成符合規定比例的隨機孔洞。模型采用CAD隨機孔隙3D插件生成，然后將多孔結構3D模型導入到comsol軟件內。
插件鏈接
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1890691
013 - COMSOL基于范德瓦爾斯結構的雙曲線超材料（僅模型文件） ￥40
013 - COMSOL基于范德瓦爾斯結構的雙曲線超材料（僅包含模型文件，40元）
基本介紹：
主要內容：根據發表在 Science 上的論文《Infrared hyperbolic metasurface based on nanostructured van der Waals materials 作者：Peining Li等》，重復了圖1b、圖1c、圖1f、圖1g；
基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.4 (5.4.0.225)；
計算所需的內存：32 GB；
涉及的內容：各向異性材料、阻抗邊界條件、電偶極子、散射邊界條件、完美匹配層、對數據集的操作 等；
繪制了：電場模、電場z分量的分布、Poynting矢量分布；
注意：本案例僅包含模型文件，沒有講解視頻，不附帶答疑指導。
包含的文件截圖：
詳細描述：
如上圖所示，利用comsol仿真雙曲線超材料上光的傳播。分為兩種情況：一種是純 hBN材料，另一種是將 hBN 做成一維條狀陣列來實現介電常數的各向異性。在偶極子的激發下，第二種情況能實現雙曲線形的波矢分布。
計算的內容和結果：
1、hBN為均勻薄板時的電場分布。上圖：文獻中的圖；下圖：本例的結果 ??
2、hBN為光柵結構（超材料）時的電場分布。上圖：文獻中的圖；下圖：本例的結果 ??
再次提醒：本案例僅包含模型文件，沒有講解視頻，也不附帶答疑指導。
展開 基于comsol結構有限元總結
結構有限元基本原理
靜力學分析：
應力張量：一個點處在笛卡爾座標上三個微分面上有9個應力張量，可以把這個二階張量表示為σij，所以也可以用矩陣表示為
在材料力學中，一個三維物體內總會找到一組截面，其面上只有正應力，并沒有剪應力，這個應力成為主應力，也是應力張量的不變量，按照數值大小排列為：
應變張量：
與應力一樣，需要一個應變張量描述某點的變形，定義應變張量為εij，這個二階張量可以表示為：
正應變：表示微元的相對伸長和縮短
切應變：表示微元夾角的變化
廣義胡克定律：廣義胡克定律描述的是應力張量和應變張量之間的關系，從而間接建立受力和變形之間的關系，如下所示：
這里剪切模量G=E/(1+2*ν)
所以寫成矩陣形式就是
這里構成了線彈性材料本構方程。
這里還需要考慮受力運動方程和變形協調方程，如下：
受力方程
小變形假設方程
基于以上理論，我們就可以在comsol進行基本的結構力學計算，以上是所有復雜計算的理論基礎，例如其他簡化結構梁，桁架和殼體都是基于以上理論簡化過來的。
下面就用comsol進行最基本的結構力學靜力學分析：
如圖設置邊界條件：
彎頭支架左邊是直接固定約束，右端直接設置一個斜向力，只考慮小變形，不考慮幾何非線性，得到如下應力分布和變形：
2.模態分析：
模態計算的目的：
確定機械部件的振動特性，固有頻率和振型，參與系數和有效質量，預防結構共振，確定振動環境的工作可靠，結構動力學修正。
應用方面包含避免或利用共振，模態疊加法計算響應（包含頻域相應，瞬態響應，響應譜和隨機振動），振動和噪聲控制，結構動力學優化目標或者約束條件。
展開 基于COMSOL的三明治復合結構泡沫鋁隔聲性能研究
摘 要：泡沫鋁夾層結構因其優良的物理性能被廣泛應用于汽車工業領域，為研究不同材料組合對三明治復合結構泡沫鋁隔聲性能的影響，利用COMSOL有限元軟件對純泡沫鋁和三種常見三明治復合結構泡沫鋁三維幾何模型進行建模，并對其傳遞損失進行了數值仿真計算。分析了不同材料組合對三明治復合結構泡沫鋁隔聲性能的影響。結果表明：(1)三明治復合結構泡沫鋁的隔聲性能要優于純泡沫鋁，尤其在高頻段(2)三明治復合結構泡沫鋁傳遞損失存在周期性規律，即傳遞損失在低頻段先增后減、中頻段先減后增、高頻段逐漸增大的趨勢。
關鍵詞：COMSOL;復合結構;泡沫鋁;傳遞損失;
泡沫鋁是一種輕質多孔金屬材料，在其鋁基體中含有不計其數的氣泡[1],且同時呈現出金屬相氣泡特征，是一種應用前景十分廣闊的物理功能性材料。由于泡沫鋁具有輕質、高比剛度、高比強度、吸聲隔熱、阻尼減震、電池屏蔽等特點，在航空航天、高速芯片，建筑材料中均有十分重要的應用。由于具有優良的物理性能，近些年泡沫鋁材料又逐漸進入汽車應用領域。泡沫鋁經典應用之一就是泡沫鋁夾層結構[2],由于綜合了泡沫鋁和金屬板件的性能，這種結構強度較好，得到了廣泛的應用。但隨著汽車技術的不斷發展，在整個汽車新產品開發或選購的過程中，人們對于乘坐過程中的舒適性有了更高的要求。徐平等[3]通過有限元仿真方法研究了泡沫鋁復合結構救生艙的隔聲性能；唐振正和崔承勛[4]研究了不同復合板密度和厚度對其復合結構的隔聲性能影響；梁李斯等[5]研究了打孔泡沫鋁和打孔鋁板組成的復合結構的吸聲性能。可見近年來關于分析泡沫鋁三明治復合結構聲學性能方面的研究較少，比如將泡沫鋁和鋁合金或碳纖維復合材料等結合，可以一定程度上加強泡沫鋁和其他材料之間的結合力，強化各材料的性能特點。
展開 
COMSOL多孔結構傳熱模擬
多孔結構傳熱模擬涉及對多孔介質內部復雜的熱量傳遞過程進行建模和分析，這類模擬對于優化材料設計、提高能源效率以及解決環境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內建立全連通多孔結構幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進行多孔結構的傳熱仿真模擬。
多孔結構幾何模型采用AbyssFish單連通周期邊界多孔結構2D軟件隨機生成png格式的圖片。
通過CAD圖像導入插件將模型導入到AutoCAD內建立多孔結構草圖，并另存為dxf格式文件。
將多孔結構草圖模型導入到COMSOL內，建立孔隙部件。
在COMSOL內新建與原模型尺寸一致的矩形，并通過布爾操作和分割中的差集建立多孔結構部件。
再次導入原孔隙模型，并構建聯合體。將孔隙部分材料屬性設置為空氣，完成多孔結構兩相材料模型構建。
添加固體傳熱瞬態研究，模型左側設置熱源，并進行網格劃分。
進行計算查看多孔結構傳熱模擬結果
展開 COMSOL多孔球結構模型
多孔球結構在催化、吸附及能源存儲等領域應用廣泛。通過對多孔球的建模可實現孔隙結構精準調控，揭示傳質-反應耦合機制，優化材料性能。仿真可預測流體動力學行為及反應效率，為實驗設計提供理論指導，推動多孔材料在環境、能源等領域的創新應用。本案例介紹在COMSOL內建立多孔球結構模型。
多孔球體結構模型采用CAD三維Voronoi劃分插件參數化建模生成。
建模的詳細操作步驟為：建立球體后采用插件實現Voronoi劃分，對生成的晶粒進行平滑處理，最后新建球體與平滑處理后的晶粒進行差集，實現多孔球結構模型。
將模型導出為stl格式文件，并導入COMSOL內。
可劃分網格并進行后續多孔球的仿真分析。
展開 COMSOL SMS結構模擬簡要步驟
圖6：SMS結構的透射光譜
親們還可以對幾何參數進行優化，以便得到更好的透射譜。好啦，以上就是我的個人心得，感興趣的伙伴可以與我一起討論。
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COMSOL三維Voronoi晶體結構模型
本案例介紹在COMSOL內建立任意形狀的三維Voronoi晶體結構實體模型。
三維模型需要在AutoCAD內建立，并通過CAD三維模型Voronoi劃分插件進行晶格劃分。
將劃分好的晶體結構導出為iges格式文件，并將其導入到COMSOL內，建立裝配體。
對模型中的Voronoi晶粒設置不同的材料屬性。
可劃分網格，并進行晶體結構有限元仿真分析。
使用 COMSOL 模擬聲-結構的相互作用
本文，我們將討論如何使用 COMSOL Multiphysics? 軟件來模擬和分析 ASI 問題。
可用于聲固耦合分析的物理場接口
不同類型材料中的聲學行為用不同的控制方程來描述。在COMSOL Multiphysics 中，這意味著將不同的物理場添加至包含有不同材料的域中。固體中的彈性波，也稱為固體振動，是屬于結構力學里的一個分支，因此可以使用結構力學中的物理場接口進行建模。在用于結構分析的接口中，最常用于振動分析的接口是固體力學，殼和膜。多體動力學 和轉子動力學 接口也可用于復雜機械系統計算噪聲振動輻射，該復雜機械系統通過鏈接的剛性或柔性組件，或者通過一個可旋轉的機械設備（例如轉子或電動機）對振動進行計算。
可用于結構分析的物理場接口。
在對流體中的聲學問題進行建模時，COMSOL Multiphysics 可以給你提供更多的選擇。COMSOL Multiphysics 中的
聲學模塊中
有大約 20 個物理場接口可用于模擬基于不同假設條件下的流體中的波。
展開 COMSOL多孔顆粒夾雜結構電流計算
在鋰離子電池研究中，利用COMSOL進行多孔顆粒夾雜電流計算模擬多孔顆粒中的電流分布情況，可以深入了解材料內部的電傳輸機制。這對于設計高性能電池、超級電容器等能量存儲設備至關重要。本案例中建立球形多孔結構（或顆粒夾雜）模型，并通過COMSOL研究在包含非導電顆粒夾雜的電解質中電流分布情況。
多孔/顆粒夾雜結構采用CAD球體密堆積3D插件 V2.0生成，插件建立的球體顆粒堆積模型可更好的模擬實際工程中絕緣顆粒在重力作用下在電解質中的分布情況，使得仿真結果更為準確。
在AutoCAD內將模型導出為sat格式后即可導入到COMSOL軟件內。模型向導中選擇三維鋰離子電池模塊瞬態研究。
對模型設置材料并劃分網格，并對模型左右兩側設置電位差。
進行研究計算并查看在絕緣顆粒夾雜電解質溶液中的電流模擬結果。
展開 基于COMSOL計算微納結構中的多級散射
多級散射是量化分析共振模式的一個常用手段，通過計算不同偶極子散射的能量可以很好地研究微納結構的輻射特性，例如Anapole由于ED和TD模式干涉相消表現為非輻射模式，TD環偶極子通常表現出高Q特性等等。通過復現一篇題為“Symmetric metasurface with dual band polarization-independent high-Q resonances governed by symmetry-protected BIC”的文章來展示準BIC的形成機制。
結構是由全介質構成的四聚體超表面，如下圖所示。當打破結構對稱性后會產生一個高Q的準BIC，反射譜上表現為一個尖銳的Fano共振。我們關注第一個共振模式。
圖1：四聚體超表面
圖2：透射譜以及Fano擬合
第一個共振模式是一個磁偶極子模式，簡稱MD，文中進行了多級散射展開，MD的分量占主導，從場分布中也可以看到一個明顯的磁偶極子模式，如下圖所示。
圖3：文中共振模式1的多級展開和場分布
圖3：周期性邊界條件設置
在COMSOL中選擇波長域進行仿真，材料設為硅，折射率為3.42。上下添加完美匹配層，x和y方向采用周期性邊界條件，如下圖所示。并且在上表面添加入射端口，由于文章是TM波入射，因此，電場沿x方向，端口具體設置如下。
圖4：建模以及邊界條件設置
圖5：入射端口設置
在結構上添加積分算子方便進一步計算不同偶極矩對散射能量具體計算公式可參考呢文中補充材料，不同文獻公式會略有不同，但大同小異，不影響定性分析。
展開 
COMSOL三維梯度多孔結構滲流模擬
三維梯度多孔結構（FGM）是一種孔隙率、孔徑等參數在三維空間內呈梯度分布的多孔材料。梯度孔隙結構的研究可優化傳熱傳質效率，調控流動路徑，提升能源存儲與材料性能，為復雜系統設計提供關鍵理論支持。本案例介紹在COMSOL內建立三維球體梯度孔隙結構模型，并進行滲流仿真模擬。
梯度多孔介質FGM模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建立，模型在AutoCAD內建立完成后導出為sat格式文件。通過插件可靈活控制孔隙率、梯度、孔徑分布及最小間距約束，生成符合實際工程需求的梯度孔隙結構。
將建立的三維梯度孔隙模型導入到COMSOL軟件，在COMSOL內定義流體屬性物理域后，需明確流體物性參數（如動力黏度、密度），為后續仿真提供基礎條件。
對模型添加滲流研究，設置邊界條件并劃分網格。網格劃分需兼顧計算效率與精度，并確保流動細節的捕捉能力。
提交計算查看流體在梯度多孔介質中的壓力及流速模擬結果。
展開 基于COMSOL with MATLAB的三維蜂窩網格結構 ￥30
研究目的：利用comsol with MATLAB仿真超彈性材料三維蜂窩網格結構承壓后的穩態效果
模型介紹：利用固體力學和陣列來實現該仿真。
基于comsol計算光柵結構中的古斯漢森位移
BIC 能夠在連續輻射譜中實現能量的局域化而不發生輻射損耗，其本質源于特定結構下光波的干涉效應。近年來，研究發現 BIC 在光與物質相互作用過程中可以起到至關重要的調控作用。
在研究光束偏移現象時，利用 BIC 來增強古斯 - 漢森位移展現出了獨特的魅力。通過巧妙地設計具有 BIC 特性的光學結構，可以對光在界面處的倏逝波進行有效的調制，進而顯著增強古斯 - 漢森位移。這種增強不僅有助于我們更深入地理解光的波動本質和光 - 物質相互作用機制，而且在諸如高靈敏度光學傳感、精密光學測量以及新型光通信器件等諸多應用領域具有廣闊的應用前景。
本文將對一篇題為“Giant Enhancement of the Goos-H?nchen Shift Assisted by Quasibound States in the Continuum”的工作進行復現解析，從理論建模到數值模擬，體會BIC增強光束位移的基本原理。復現工具采用的是Comsol，數據處理采用matlab。
圖一
文章給出的結構如圖一所示，由四部分全介質光柵組成，。上面的光柵結構和下面的襯底采用的是SiO2，中間的波導層是HfO2，我們也建立相同的物理模型。這里采用二維建模，邊界條件選擇周期性端口。激勵我們選擇TE模式。
首先我們計算反射譜，可以觀察到一個高Q的準BIC共振峰。
其次，我們計算固定波長下的反射角譜和反射相位。反射相位會出現劇烈變化，這是實現光束偏移的關鍵。
最后，提取出反射相位利用Matlab進行求導處理得到光束偏移量。
有需要模型的小伙伴歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 基于COMSOL的空間調制電場誘導聚合物微納米結構成型
聚合物微納米結構由于獨特的物理和化學功能而受到越來越多的關注，可以廣泛應用于微流控、有機光電子、生物檢測等方面。在聚合物微納米結構制造方法中，空間調制電場誘導聚合物流變成形技術由于在材料普適性、結構均勻性等方面的獨特優勢，獲得了學術界的關注。“空間調制電場誘導聚合物流變成形”工藝采用結構化導電模板與涂覆有聚合物薄膜的導電襯底作為對電極，形成誘導模板/空氣/聚合物/導電襯底的多層結構。電極對之間施加電壓后，因模板結構的調制，在空氣-聚合物界面處形成隨空間位置變化的電場。這種“空間調制電場”產生的 Maxwell 應力張量驅動聚合物朝向誘導模板運動，形成具有一定形貌或尺寸的聚合物微納米結構。
數值模擬：針對目前線性穩定分析方法在空間調制電場誘導聚合物流變成形方面的不適用性，本章兼顧微納米尺度效應，建立了基于電流體動力學的兩相流動力學模型，并從力學分析角度出發研究了聚合物在空間調制電場作用下的流動成形機理，探討了成形過程中電場與聚合物流場間的耦合關系，深入理解空間調制電場誘導聚合物流變成形的本質原因。
兩相流動力學模型 ：由于聚合物復形過程中誘導模板與導電襯底的固定性，聚合物誘導流變過程的動態演變可歸結于外加電場作用下聚合物氣液界面的動態追蹤，在此，采用兩相流模型描述氣液界面形貌的演變狀態。在描述空間調制電場誘導聚合物流變行為中，需要解決的關鍵問題為：（1）電場與流場的耦合，即電場如何對流場產生作用力，流場如何影響電場分布；（2）準確的追蹤氣液界面，即如何展現電場誘導聚合物流變成形的動態過程。
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