COMSOL邊界網格的案例
COMSOL黏彈性動力邊界及地震動輸入
一、前言
粘彈性動力邊界是工程仿真中比較常用，效果也不錯的局部時域人工動力邊界條件，目前已經在ANASYS、ABAQUS和Fssicas等通用有限元軟件中有了較為通用的使用方法，但是在COMSOL這款以多物理場和PDE建模為特色的通用軟件中卻比較少見。因此本帖展示的是本人在COMSOL有限元平臺實現的粘彈性邊界的施加以及地震動輸入的介紹。
本貼采用的驗證算例引用于文獻《黏彈性人工邊界在ABAQUS中的實現及地震動輸入方法的比較研究》-巖土力學與工程學報-馬笙杰等。
下面是建模介紹和模擬結果與文獻結果的對比驗證。
二、模型建立
通過場外垂直入射sv波算例來驗證黏彈性邊界設置和地震動輸入的準確性。在二維無限彈性空間中截取長50m，高50m的有限元區域作為計算區域，設置模型的頂部中點和底部中點作為監測點，如圖1所示，模型材料參數如下：密度為2000kg/m^3,彈性模量：2e8[Pa],泊松比0.25，剪切波速為200m/s，采用四邊形網格單元，網格尺寸為0.5m×0.5m，在模型底部垂直輸入sv波，波形和速度圖像如圖2、3所示。持續時間為0.2s，計算時長為1s，計算時間步為0.001s，瞬態隱式求解，時間進步方法為向后差分。
圖1 二維土體計算模型
圖2 入射波位移時程曲線圖
圖3 入射波速度時程曲線圖
計算結果如圖4、5所示，入射波在經過0.25s之后到達自由表面與反射波疊加，變成入射波位移的2倍，0.4s之后自由地表停止振動（圖中藍色部分為數值震蕩），說明入射波在底部黏彈性邊界處被吸收，沒有二次反射。
展開 壁面邊界處理方法：貼體網格 VS 浸入邊界法
貼體網格就是緊挨著壁面畫出流體區域的網格，一般畫幾層六面體結構網格。由于靠近壁面區域的流場梯度較大，所以這些網格厚度要畫的適當小些。這種方法處理的時候，計算精度較高；但是網格處理相對麻煩。
采用浸入邊界法進行網格劃分時，不對流固邊界附近的網格做特殊處理，而是用六面體網格進行劃分。當然對于局部流場梯度較大的區域（例如流固邊界處），也可進行局部的網格加密處理。這種方法下網格處理及其簡單，而且計算精度也能得到一定的保障。
浸入邊界法最早由Peskin提出, 用于模擬血液在可收縮心臟瓣膜中的運動。
浸入邊界法通過分布力源項到N-S方程中來處理復雜邊界, 求解過程可以直接在笛卡爾網格上進行。因此, 網格生成簡單，無需生成貼體網格和處理網格運動與重生。與傳統的貼體網格算法相比, 采用浸入邊界法處理復雜邊界更加簡單, 并且具有較高的計算效率，近年來受到了廣泛關注。
下面采用上述兩種方法對Munk M3型機翼前緣的流場進行計算，并對結果進行對比。
展開 COMSOL邊界元表面電場強度如何提取？
1m間距的導體，一邊接地，一邊單位電壓1v，邊界元分析兩個導體表面場強。
現在得到的結果邊界與域中的值不一致，空氣域中1和理論解一致，導體表面只有0.5？
如何讓導體表面與空氣域中的結果一致呢？
comsol中壓電陶瓷仿真學習-邊界設置篇
在兩個面的情況下，需要傳遞力或者位移，在組件-定義選項中定義一致邊界對或者接觸對。接觸對：兩表面之間可以遠離、緊貼，但不能穿透，每個表面包含區域相對獨立；一致對：兩表面之間貼緊，經過表面的場或量具有連續性。定義對時，需要有源面和目標面，他的選取原則是：
1、源一般選擇剛度（硬度）大，曲率大的物體（剛體的硬度無窮大、直線的曲率為零）；
2、目標一般選擇剛度小，曲率小的物體；
3、選擇優先級：剛度>曲率；
4、目標邊界需要更密的網格，建議：目標的網格單元大小為源的一半（目標比源網格加密一倍）。
螺栓處一致對的設置：
壓電材料添加兩個，域的選擇彼此錯開就行，在材料的本構關系中選擇應力-電荷型，第一個壓電材料設置中坐標系就默認全局坐標系，因為默認情況下材料與空間的Z方向重合；而第二個壓電材料需要一個坐標系與材料的x3軸重合，材料x3軸現在是向下的，因此將坐標系的Z軸轉到下面就行，這里用到的是旋轉坐標系，這個坐標系的運轉方式是Z-X-Z，Euler 角 α、β 和 γ 的圖像，其中 xyz 表示原始坐標系，XYZ 表示旋轉坐標系。按右手定則，先繞Z軸旋轉α角，然后基于新坐標系繞X軸旋轉β角，再基于新坐標系繞Z軸旋轉γ角，即可得到最終的坐標系，這里僅需要輸入β角為pi即可。這里也可以使用基失坐標系，X3軸填-1即可。
展開 
COMSOL光器件仿真，掌握這些控制方程和邊界條件就夠了
COMSOL中的邊界模式分析功能可以分析出光波導入射邊界上的模場分布，為模型添加正確的激勵波源。
三維脊型光波導
光子晶體是周期性排列的不同折射率介質組成的規則光學結構。某個頻率范圍的光波不能在該結構中傳播，也就是說，光子晶體存在帶隙，可以控制光子的運動。一維、二維、三維光子晶體都可以利用COMSOL進行仿真。
三維光子晶體的 Bloch-Floquet 本征模式
四、光器件案例實戰
了解了光器件的發展歷史后，當然要在COMSOL軟件中實戰了。我們以常見的介質波導為例，來看看如何在COMSOL中完成仿真。假設波導的厚度是1mm，芯層折射率為1.5，包層折射率為1。入射光波的波長1550nm，光的偏振方向與仿真平面垂直（TE波）。
對于這類介質波導，可以使用“數值端口”邊界條件來施加激勵，該邊界條件設置為“開”的時候是激勵源，設置為“關”的時候可以模擬電磁波無反射地離開（開邊界）。
1、首先，選擇二維幾何，并使用“電磁波，頻域”接口來仿真，研究類型選擇“頻域”。
2、輸入仿真所需的參數，包括芯層和包層的折射率、波導的幾何尺寸、入射波長、頻率、波數等。
3、將幾何長度單位設置為mm，并創建兩個“矩形”，分別代表芯層和包層。
4、設置第一個“端口”邊界條件，端口類型選擇“數值”，輸入功率保留默認的1[W]
5、設置第二個“端口”邊界條件，端口類型選擇“數值”，此端口的波激勵保留默認的“關”。
如軟件界面所示，以上兩個數值端口邊界都需要“邊界模式分析”研究步驟。
展開 使用 COMSOL 變形網格接口實現網格位移
來源：COMSOL
Comsol-測試案例3-彌散-定濃度邊界-線性吸附-衰變-多孔介質稀物質運移模塊 ￥1
Comsol-測試案例3-彌散-定濃度邊界-線性吸附-衰變-多孔介質稀物質運移模塊
comsol中施加周期性邊界條件計算任意橫截面介質的導波頻散曲線 ￥1
<p>計算結果</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202010/9150fe93517a46adb4170dd665759fc5.png" alt="mmexport146300ec987f46a175e2841788c25b20.png"></p><p>紅色為本方法結果，黑色為半解析有限元法結果。</p><p>本方法建模速度快，計算精確，能實現任意橫截面介質的頻散曲線計算。</p><p>個人wx29996883 注明來意</p><p><br></p><p><br></p>
展開 流體網格為什么有邊界層劃分
求解高雷諾數繞流問題時，可把流動分為邊界層內的粘性流動和邊界層外的理想流動兩部分，分別迭代求解。邊界層有層流、湍流、混合流 ，低速（不可壓縮）、高速（可壓縮）以及二維、三維之分。由于粘性與熱傳導緊密相關，高速流動中除速度邊界層外，還有溫度邊界層。
三、邊界層厚度
邊界層內從物面 （當地速度為零）開始，沿法線方向至速度與當地自由流速度U 相等（嚴格地說是等于0.990或0.995U）的位置之間的距離，記為δ 。
邊界層厚度與流動的雷諾數、自由流的狀態、物面粗糙度、物面形狀和延展范圍都有關系。由繞流物體頭部（前緣）起，邊界層厚度從零開始沿流動方向逐漸增厚。當空氣流的雷諾數為Rex=10時，在距前緣1米處，平板上層流邊界層的厚度為3.5毫米。在平滑平板上，層流邊界層的厚度。
四、層流邊界層
流體繞物體流動時，在物體的前端或上游部分的邊界層，一般是層流邊界層。沿曲面的層流邊界層。由于外流速度有變化，與平板有所不同，但速度分布大致類似。緊貼物面的速度梯度較大，因而剪應力也較大。物面上的剪應力為：
式中， 為流體動力粘性系數。算出了τ0，就可求出物面的摩擦阻力系數和摩擦阻力。
展開 多晶塑性任意復雜網格周期性邊界的施加
這會引入額外的幾何誤差與數值誤差：邊界附近應力集中被人為放大、局部剛度出現非物理變化，甚至影響裂紋萌生與剪切帶路徑判斷。對于包含第二相、孔洞、夾雜或復雜晶界網絡的模型，這類局限更突出。
“非匹配網格下的周期性邊界”要解決的關鍵就是：相對兩面不再要求節點一一對應。其基本做法是將對邊位移連續性從“節點對節點”提升為“點對面/面到面”的映射關系：對邊某一點的位移可以由另一側面上相鄰單元的插值來表示，從而建立周期性約束，這帶來的價值非常直接：
不犧牲網格質量：可以在需要的區域加密、在晶界處優化單元形狀，而無需為了配對去遷就對邊節點；
適配真實復雜幾何：晶粒邊界、第二相形狀、孔洞等可以更自然地離散，減少“鋸齒邊界”帶來的假象；
提升建模效率：無需反復調網格去滿足周期配對，顯著降低前處理成本；
更穩健的多物理耦合：對相場裂紋、擴散–力學耦合、損傷演化等，邊界幾何與網格質量常是結果可靠性的前提，非匹配 PBC 能提供更通用的邊界框架。
簡言之：它把周期性邊界從“依賴網格結構的技巧”變成“適用于任意網格的通用約束能力”，讓多晶模擬在復雜微結構問題上更可擴展、更可復用。
這里展示使用“非匹配網格下的周期性邊界”的二維和三維復雜模型的非體素網格的周期性模擬結果：
二維模型：
拉伸變形結束后的模擬結果：
等效應力分布：
累計剪切滑移：
三維模型：
拉伸變形結束后的模擬結果：
等效應力分布：
累計剪切滑移：
周期性位移確認：
位移U2：
位移U3：
可以看到，位移分布特征（鏡像）具有完美的周期性特征
展開 [教程]hypermesh CFD邊界層網格劃分CFD-1200: CFD Meshing with
Open the Model File
安裝目錄下的： manifold_inner_cylinder.hm 網格文件。
3. Check That the Surface Elements Define a Closed Volume
4. Generate a BL Distributed Thickness Loading to Prevent Boundary Layer Interference
5. Generate the Boundary Layer and Tetrahedral Core Mesh
點Mesh生成邊界層體網格。
合理控制修改層數、第一層厚度、增長率等參數，使得邊界層不超出壁面
6. Mask Elements to Inspect the Boundary Layers’ Thickness on Thinner Areas
7. Arrange Volume and Surface Components Before Exporting the Mesh for CFD Solvers
展開 
Hypermesh聯合Fluent仿真：教你創建CFD邊界層網格 ￥2.9
Hypermesh聯合Fluent仿真：教你創建CFD邊界層網格
導言：本教程適合采用Hypermesh作為CFD前處理軟件的新手，主要解決做流體仿真分析時，邊界層網格如何創建，以及內部的四面體網格如何創建的問題，不包含求解器分析部分。
目錄：數據導入、數據清理、網格劃分、網格導出
1、 數據導入
在數據導入hypermesh之前確保一些大的清理步驟，比如塊的創建、切割、面的縫合等已經過專業的三維數模軟件處理（Hypermesh做這些操作不是很方便）。打開Hypermesh，User Profiles先選擇默認，按圖1的步驟點擊導入數據。
圖1 數據導入
展開 FLUENT網格必須做邊界層加密嗎？
我們在FLUENT中采用兩種網格來計算，一個是不做邊界層加密的（圖6），另一個是做邊界層加密的（圖7），所用的湍流模型是k-ω SST。
圖6 計算孔板流量系數所用的網格。不做邊界層加密。我們采用二維軸對稱模型來計算，上圖是整個計算域，下圖是孔板附近的局部放大。網格尺寸為3.5mm。
圖7 計算孔板流量系數所用的網格。做邊界層加密。上圖是整個計算域，下圖是孔板附近的局部放大。壁面第一層網格的高度為0.1mm。在遠離壁面的區域，網格尺寸和圖6的一樣（3.5mm）。
圖8 用圖7的網格算出的結果的速度云圖。根據對稱軸進行了鏡像處理。
用不做邊界層加密的網格算出的流量系數為0.6154，用做了邊界層加密的網格算出的流量系數為0.6282。根據實驗結果，直徑比d/D=0.5、雷諾數Re=106時。流量系數為0.6236。所以，用不做邊界層加密的網格算出的結果的誤差為1.3%左右，而用做了邊界層加密的網格算出的結果的誤差為0.74%左右。雖然做了邊界層加密的網格算出的結果比不做邊界層加密的網格稍好一點，但是必須承認，兩個網格算出的結果都是非常好的。而就網格生成的工作量來說，顯然生成圖7的網格所需的工作量要遠遠大于生成圖6的網格所需的工作量。
為什么在第一個例子“平板湍流邊界層摩擦阻力的計算”中，邊界層網格對計算結果的影響很大，而在第二個例子“孔板流量系數的計算”中，邊界層網格對計算結果的影響很小呢？
在第一個例子中，我們計算的是壁面摩擦力，而壁面摩擦力是導致邊界層內部的流體產生動量虧損的原因，要準確地計算壁面摩擦力，必須知道邊界層速度剖面的演化規律。相信了解卡門動量積分定理的讀者都知道，要用這個定理求出符合實際的壁面摩擦力，必須給定一個合乎實際的邊界層速度剖面。
展開 Moldex3D模流分析之邊界條件網格和疊層排向
?鋪覆檔案 (Draping File) : 點擊邊界條件頁簽中的迭層排向來激活向導工具。在設定中選擇匯入鋪覆檔案 (*.ls)，以使用 LS DYNA 的現有數據將纖維方向信息指定給預浸料嵌件。
-選取塑件嵌入件來設定其迭層排向，并在嵌件上選取鋪覆的面(使用旁邊的擴散選項來幫助選取)。
-點擊下一步，開始排向的設定。匯入準備好的鋪覆檔案 (*.ls)。
-單擊 查看/編輯 以設定映像，以便將數據傳輸到目前的網格。在下一個對話框中，選擇映射方法： 原始（不移動）、自動移動、3 點映射。
-通常會建議使用 3 點映射 ，其映射有更好的可靠性。接著兩個窗口將會顯示原始模型和數據映像模型。選擇模型上的 3 個點和另一個模型上的 3 個對應點，然后單擊確定以匯入纖維排向。
RTM制程 (For RTM Process)
點擊邊界條件頁簽中的迭層排向來激活向導工具。確保測量和迭層鋪覆過程之間的數據兼容。
? 匯入檔案(*kpt)：在Moldex3D 網格 and RTM 精靈 (Rhino) 中完成排向設定及網格匯出后，會產生KPT檔案，其中的網格檔案(MFE) 記錄迭層排向的信息。 當我們將MFE網格導入Studio 時，如果 KPT 檔案與 MFE位于相同位置且名稱相同，則迭層排向將被一起讀取并顯示在模型樹狀表中。
?手動 (Manual):
-選取嵌件嵌入件來設定其迭層排向，并在嵌件上選取鋪覆的面(使用旁邊的擴散選項來幫助選取),再點擊下一步開始排向的設定。
-提供描述鋪覆方向、參考方向、纖維方向的主軸和副軸的預設投射平面、基礎向量、R1與R2(deg.)
-依據需要修改設定，然后單擊確定以確認并將目前的BC及其設置指定到目標的嵌件上。
展開 【教程】如何查看邊界元網格上的聲場結果
半圓柱形網格是聲學邊界元網格，如果想要查看邊界元網格上的聲壓響應，可以進行如下操作：
1，把邊界元網格導出到bdf文件；
2，將bdf文件導入VL，
3，定義成場點網格（可以根據需要進行網格粗化）
這樣就可以得到邊界元網格表面的聲壓響應了。
4，結果保存成Vector形式，供查看聲壓云圖用。
5，雙擊結構樹上的云圖，彈出窗口中Selections頁面選擇需要的場點網格。
6，通過Vector to Function功能，轉換成Function，查看二維曲線。
PDF 文件下載地址：
http://pan.baidu.com/share/link?shareid=13450469&uk=3477273681
展開 