COMSOL查看位移
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-12
COMSOL查看位移的實例教程
其中，古斯 - 漢森位移（Goos - H?nchen shift）作為光束在界面反射或折射時產生的一種橫向偏移現象，具有重要的理論研究價值和潛在的應用前景。
從經典的電磁理論角度出發，當光在介質界面處發生全反射時，依據菲涅耳公式可以對光的反射和折射行為進行初步的描述。然而，古斯 - 漢森位移揭示了光在這種看似簡單的反射過程中，并非按照傳統幾何光學所預期的那樣直接反射，而是存在著一個橫向的微小偏移。這種偏移是光波的波動性所導致的結果，與光在界面附近的倏逝波（evanescent wave）特性緊密相關。
連續譜中的束縛態（BIC）作為一種特殊的物理態，在光學系統中表現出獨特的性質。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，。
展開 但我們首先需要快速查看 COMSOL Multiphysics 中將求解的方程組。
正在求解哪些方程組？
對象在域內的運動問題其實是一個邊界值問題。所有邊界的位移已知，并能用于定義網格在兩個域內的變形。
針對網格在每個域內的變形，我們有四種計算方法：Laplace、Winslow、超彈性和 Yeoh 平滑類型。這里，我們將僅分析最簡單的情況——Laplace平滑，并將說明為何這種方法能解決大部分問題。Laplace 平滑方法在域內求解了以下偏微分方程：
其中，小寫的 x、y 及 z 是網格的變形位置，大寫的 指未變形前的初始位置。
由于所有邊界的位移已知，所以這是一個適定問題，而且從理論上講，方程的解將給出網格的變形。但在實際操作中，我們會碰到一些計算得到的變形場并沒有多大用處的情況。如下圖所示，其中顯示了原始域中的原始網格，以及當固體沿對角線運動時的變形網格。請仔細觀察我們突出顯示的區域，您將發現移動固體邊處的網格發生了嚴重變形，特別是在尖角處。變形超過某個程度后，嚴重變形會使模型無法再求解上述方程。
原始及變形網格，突出了網格變得嚴重扭曲的區域。
在上圖中，可以通過邊界完整描述及指定藍色域內的變形。另一方面，紅色域內的變形則需要求解上述偏微分方程，這會造成一些困難。我們所需要的是一種能模擬更大的變形、但同時能最小化網格變形的方法。
如何幫助網格變形？
如果您有相關數學背景，就會發現上述控制方程實際就是 Laplace 方程，您甚至還可能知道它在一些簡單情況下的解。其中較簡單的一個情況是，Laplace 方程在包含狄氏邊界條件的笛卡爾坐標域中的解與每條邊界呈高度線性，且沿周長連續。在此例中，域內的解等于四個角處邊界條件間的雙線性內插。事實證明，您可以使用雙線性內插求出含直邊的所有凸四邊形域中 Laplace 方程的解。
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6、運行仿真并查看結果：請求頂面的 X 向位移頻響曲線。從圖 2 可見，當載荷頻率在 1000Hz 至 1250Hz 區間時，變形范圍為 4×10?3mm 至 8×10?3mm。
圖 2 頂面的 X 向位移頻響曲線
7、采用粘彈性阻尼器重復上述分析。復制諧響應分析系統。
（圖6：大圓柱體的位移）
（圖7：作用在小圓柱體上的力）
總結
本文介紹了液壓千斤頂的仿真。流體靜壓單元能夠在結構分析中模擬流體行為，但需要使用命令行方法。
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邊界條件
7、運行仿真并查看結果。該仿真基于二維軸對稱模型進行求解，在查看結果時，通過對稱擴展功能繞Y軸旋轉擴展顯示為三維效果。O 型圈變形后的總位移云圖如圖 3 所示。
圖3. 總位移云圖
總結
本仿真展示了O型圈密封的過程原理。仿真中使用了超彈性材料和大變形設置。此示例還演示了如何應用軸對稱分析來簡化仿真過程。
科普時刻 | 什么是跌落測試？18天前
仿真的另一個優勢是，工程師可以看到包裝或產品內部，并查看沖擊事件中隨時間變化的內部行為，從而提供比物理測試更深入的洞察。使用仿真進行跌落測試的工程師，可以獲得裝配體中任何位置的加速度、應力、變形、接觸力、塑性變形和位移信息。
03 方法與 COMSOL 的對比分析
維度
COMSOL 案例方法
本教程 Ansys 方法
備注
核心邏輯
全局方程（未知力F作為自由度，強制位移=2cm）
位移約束
固定底板的底面，并對頂板頂面施加位移。使其向下移動 6mm，并在平移方向移動1mm。
11、運行仿真并查看結果。圓柱柱體的變形形狀如圖4所示。最大穩定化能量隨時間的值為1.9×1041.9×104mJ，僅占最大應變能6.1×1056.1×105 mJ的2.9%。反力-時間曲線（圖 5）顯示了峰值力的大小，該峰值對應于屈曲載荷。
圖 4.
查看k域設計
在一些CAE軟件中，「命令終端」是用戶與軟件最直接的交互方式，尤其是在一些高級仿真軟件（如ANSYS、Abaqus、COMSOL等）中，它作為一種補充圖形界面（GUI）的工具，為用戶提供更高的靈活性和控制能力。
而SimForge?的「命令終端」功能，意味著用戶可以通過命令行操作和調用所有軟件及資源。
現在，兩個CB之間的z位移總共為2 mm，因此使第二個CB之前的表面厚度-2，并使第二個CB的厚度+2。此虛擬傳播將兩個 CB 放置在空間中的同一點，因此直到操作不會引入分散。
虛擬表面沒有光學效應，因為我們在空氣中跟蹤-2 mm，然后在空氣中跟蹤+2 mm，因此沒有光線彎曲，沒有添加光程長度。
Speos軟件可以評估機械組件反射的雜散光、光機組件阻擋光線，或漸暈效應（即光束路徑周邊的飽和度或亮度變暗），其系統級驗證功能，還可以查看探測器上焦點的質量和形狀以及光斑尺寸。
光學機械的未來
近年來，隨著光學系統在眾多行業中被廣泛應用，光學機械也在迅速發展。
