靜電力仿真的案例
浙江大學Advanced Materials: 靜電力驅動的氧化物異質外延與界面調控
【小結】
本論文以鈣鈦礦鐵電氧化物及其異質結的生長、微結構及性能表征為核心，提出了通過鐵電極化表面靜電力驅動外延異質結生長的方法，開展了鈣鈦礦鐵電氧化物的微結構、鐵電極化、極化屏蔽與性能之間的關聯性的研究。以單晶PTO納米片為基體系統研究了鐵電極化表面靜電力對于TiO2晶體生長的影響，并闡明了生長機制。并將此方法應用到STO/PTO以及BFO/PTO體系中。這一發現將對鐵電氧化物異質結的設計與制備起到重要的指導意義。任召輝副教授為該論文第一作者，韓高榮教授、田鶴研究員為論文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、973項目、青年千人項目、“111計劃”和硅材料國家重點實驗室的大力支持！
文獻鏈接：Electrostatic Force–Driven Oxide Heteroepitaxy for Interface Control（Advanced Materials，2018；DOI: 10.1002/adma.201707017）
本文由材料人編輯部自由人編譯成稿，材料牛整理編輯。
展開 靜電除塵數值仿真
靜電除塵是氣體除塵方法的一種。含塵氣體經過高壓靜電場時被電分離，塵粒與負離子結合帶上負電后，趨向陽極表面放電而沉積。在冶金、化學等工業中用以凈化氣體或回收有用塵粒。利用靜電場使氣體電離從而使塵粒帶電吸附到電極上的收塵方法。在強電場中空氣分子被電離為正離子和電子，電子奔向正極過程中遇到塵粒，使塵粒帶負電吸附到正極被收集。
本案例基于COMSOL軟件仿真了靜電除塵的過程，模型如圖1所示，仿真結果如圖2所示。
圖1 幾何模型
速度場
電勢場
顆粒1除塵運動效果
顆粒2除塵運動效果
圖2 數值仿真結果
感興趣的朋友，歡迎交流
展開 Altair軟件陣營新增電場仿真——FieldscaleCharge靜電仿真求解器現已可通過Altair合作伙伴聯盟獲取
2015年10月21日，Troy（美國密歇根）–Altair今日宣布FieldscalePC已攜其電磁仿真軟件Charge加入Altair合作伙伴聯盟(APA)。該軟件專用于靜電仿真，也稱為電場仿真。
“能夠加入Altair合作伙伴聯盟，我們感到十分驕傲。”Fieldscale首席執行官YiorgosBontzios說道，“Fieldscale的下一代仿真軟件將助力工程師以更快速度設計出更為高效的產品，成為廣大結果導向型電氣硬件企業的必備工具。Altair將是這條發展路線上的強有力盟友，我們會幫助工程師實現本以為無法完成的仿真作業。”
工程師可借助Charge分析整個模型的電場情況，而無需進行不實際的簡化。這讓他們可以完成以前無法解決的仿真問題。Charge采用穩定可靠的邊界元法，能夠準確計算復雜結構中的電勢和場強分布。它將仿真過程細化為五個步驟并在一個簡單易用的環境中完成，從而提高生產力和效率。其并行算法可在數分鐘內完成以往需要進行一整夜計算的結果。
“我們熱烈歡迎Fieldscale攜Charge軟件加入APA。”Altair電磁解決方案副總裁UlrichJakobus博士說道，“該工具是一款精確高效、高度并行的求解器，適合用于靜電應用。它使Altair高頻電磁產品FEKO更加完備。”
在能源行業中，工程師可利用Charge設計包括電極、開關、軸襯和絕緣體在內的高壓設備。還可以利用該軟件測試電擊穿和火花放電，從而滿足安全標準，避免設備受損。此外，Charge能夠幫助工程師設計出更高效、更優質的避雷系統，保護建筑、飛機和風力渦輪機農場等。
欲了解有關Fieldscale和Charge的更多信息，請注冊參加將于2015年11月2日上午9點(EST)和下午1點(EST)舉行的產品推介研討會，或訪問Fieldscale的解決方案頁面。
展開 通過仿真降低航天器上的靜電放電風險
電場的強度可能超過空氣、塑料或電介質的擊穿極限并導致靜電放電 (ESD)。放電造成的損害可能導致任務完全失敗。
ADEOS-II——一項耗資 5.67 億美元的任務——于 2003 年 10 月因太陽能電池陣列中的電弧危害而失敗。而這次失敗并非孤立事件。大約50%的空間環境航天器異常是由航天器充電效應引起的。1
圖 2：航天器充電中涉及的物理過程的概念圖。
NASA 和 ESA 制定了設計標準，以先發制人地緩解這些航天器充電問題。對于私營部門而言，滿足這些標準可能既昂貴又耗時。突破設計極限需要精確的充電仿真工具，例如 Ansys EMA3D Charge。
表面充電
圖 4：上圖是人類太空艙表面充電模擬的結果。在航天器周圍的 3D 時域中監測電場。下面是太陽光照對月球著陸器高分辨率網格的影響。
表面充電來自材料對外部輻射的反應，例如環境帶電粒子、光照明和摩擦起電。材料對充電效應的響應取決于材料的特性。產生的光電子、二次電子、背散射電子和質子誘導電子與電場相互作用形成等離子體鞘層。在某些航天器軌道環境中，等離子體的表面電勢可能超過 10 kV。通過求解電荷平衡，EMA3D Charge 提供了分析航天器表面電荷的方法。
在前往月球的途中，航天器將根據其轉移軌道遇到不同規模的表面充電效應。地球靜止軌道 (GEO)、低地球軌道 (LEO)、極地軌道、極光軌道和月球軌道都將具有設計規范標準中定義的不同等離子體環境。幾何形狀、陰影和材料特性，以及等離子體特性或摩擦起電振幅，都會對航天器表面積累的電荷產生影響。使用高保真網格，您不必從模型中遺漏重要細節。月球著陸器和人類太空艙的圓形窗口、傳感器、天線和推進器都可以足夠保真地嚙合，以精確隔離 ESD 關注的區域。
展開 
泰勒錐靜電紡絲過程仿真
所謂靜電紡絲，是在靜電場作用下，從極細（微米級）的毛細管噴出聚合物熔體（或溶液），生產出亞微米級聚合物纖維的一種加工工藝，是目前最常用的無紡布的生產方法。
在這個過程中，電荷從電極通過聚合物分子的極化以及電解質電離等方式進入流體，形成電流體。在外加電場作用下，流體將受到電場力、內部慣性力、粘性力，而且由于是相當小的直徑，所以表面張力也是不可忽視的力。通過分析這些力，我們會發現毛細管的管口處的帶電液滴在電場力作用下掙脫表面張力發生變形，隨著電場強度的增強，管口處的帶電液體將由半球形逐漸變為錐形，這就是題主關心的泰勒錐。顯然，整個研究對象就是一個復雜的多物理場過程，涉及電學、流體流動（包括多相流）等物理現象，對其進行仿真需要使用多物理場耦合建模。
本篇文檔基于COMSOL軟件模擬了靜電紡絲的過程。如有興趣的朋友，可聯系我，交流模型
展開 基于comsol的電流體動力噴印泰勒錐仿真分析-靜電紡絲 ￥1560
此段時期，靜電紡絲技術的發展大致經歷了四個階段：第一階段主要研究不同聚合物的可紡性和紡絲過程中工藝參數對纖維直徑及性能的影響以及工藝參數的優化等；第二階段主要研究靜電紡納米纖維成分的多樣化及結構的精細調控；第三個階段主要研究靜電紡纖維在能源、環境、生物醫學、光電等領域的應用；第四階段主要研究靜電紡纖維的批量化制造問題。上述四個階段相互交融，并沒有明顯的界線。</p><p> 電流體動力噴墨打印的原理是利用電場力將帶電液滴拉到基板上去，當在打印液體溶液時，首先會在針尖口處形成一個半月面，施加電壓后，當液體表面張力與施加的電場力處于平衡狀態時，便會形成泰勒錐。當繼續施加電壓突破臨界值時，泰勒錐前端會發生斷裂，從而射出液滴。</p><p>泰勒錐的形成主要分為兩個階段，儲能階段和噴射階段。</p><p>儲能階段是影響周期長短的主要因素。當液滴處于儲能階段時，泰勒錐前端會不停的上下擺動，當電場力與表面張力平衡打破時就會進入噴射階段。儲能階段是影響周期長短的主要因素，電壓強度、液體粘度及液體與針尖產生表面張力大小都會影響儲能階段的時間。</p><p>當處于噴射階段時，第一滴液滴噴射后會帶走部分電荷，泰勒錐因電荷變少重新回到儲能階段，泰勒錐底端再次上下擺動直到再次進入噴射階段，如此周而復始便會形成錐射流。</p><p>（轉載至：百度百科）</p><p> </p><p>以下動圖是 單顆水滴在電場中被拉伸并發生射流的過程。
展開 Abaqus螺栓連接（考慮螺栓預緊力）工字梁受力仿真案例講解
Abaqus螺栓連接（考慮螺栓預緊力）工字梁受力仿真案例講解
【數值仿真】海上浮式風力機動力響應分析與數值仿真關鍵技術研究
基于三維勢流理論計算浮式基礎的水動力系數,包括靜水恢復力系數、附加質量和阻尼系數以及一階和二階波浪載荷傳遞函數,其中0°入射方向下一階波浪載荷傳遞函數的計算結果如圖4所示。
圖3 浮式基礎水動力模型
圖4 波浪入射方向為0°時的一階波浪載荷傳遞函數
動力響應分析
建立海上浮式風力機數值仿真模型,計算極端停機工況下浮式風力機的運動響應。環境載荷方向的定義如圖5所示。環境參數具體數值為:50年一遇風速60m/s;有義波高12m,譜峰周期14.4s,譜峰因子2.2;表面流速2.18m/s。風浪方向均為0°,表面流向為-180°,模擬時間為3600s。計算結果如圖6所示。
圖5 環境載荷方向定義坐標系
圖6 極端停機工況下浮式風力機運動響應
參考文獻：曲曉奇,李紅濤,唐廣銀等.海上浮式風力機動力響應分析與數值仿真關鍵技術研究[J].海洋工程裝備與技術,2023,10(02):72-78.
！！文章內容轉自微信公眾號“云數仿真”，更多精彩內容，請關注公眾號。
展開 基于hyperworks+Lsdyna擠壓模擬分析（電池包擠壓仿真可參考）并輸出螺栓剪切力及軸向力 ￥20
以一個簡單的擠壓仿真分析為例，介紹如何在hyperworks的lsdyna界面實現整個擠壓仿真的前處理，在lsdyna中提交計算，hypergraph中進行后處理。
幾個關鍵點：如何定義彈塑性材料MAT24（材料曲線）、剛性體材料MAT20，如何定義壓頭與箱體的接觸，如何定義箱體與剛性墻的自接觸，如何定義壓頭的約束及加載尤其是創建壓頭的位移加載，如何定義控制輸出等。
還是那句話，我們不玩虛的，玩虛的沒意思！
Beam單元創建焊點單元或作為螺栓單元，通過控制輸出其受到的軸向力及剪切力。至于壓頭擠壓力輸出可學習空間內另一個案例《基于hyperworks+Lsdyna擠壓模擬分析-2》。
擠壓動圖
有限元模型
軸向力
軸向力（濾波處理）
剪切力
剪切力（濾波處理）
本案例僅提供模型文件及結果文件及其它相關教程，更加詳細的內容見收費部分，針對本案例在實現上有什么疑問可私信。
展開 第一篇梁單元的軸力圖 （理論計算、ABAQUS仿真、ANSYS仿真方法） ￥10
第一篇梁單元的軸力圖
（理論計算、ABAQUS仿真、ANSYS仿真方法）
篇幅內容僅針對自我學習總結展示，并希望給軟件初學者帶來一定啟發。
結構有限元仿真中有兩種一維單元：桁架與梁
桁架單元：僅承受軸力作用；如二力桿。由于只在軸向承受拉/壓載荷，所以只需要定義截面面積；應力和變形均與截面形狀無關。ABAQUS 6.14-4中對應單元為truss T2D2；ANSYS 18.0中對應單元為link180。
梁單元：可承受軸向拉/壓載荷，具有承受扭轉和彎曲的能力。由于可承受扭轉、彎曲等組合變形，梁單元需要定義截面形狀。ABAQUS與ANSYS對應均為beam單元。
孫訓芳先生的《材料力學》例題2-1：一等直桿及其受力情況如下圖，試作桿的軸力圖。
由于桁架單元僅能承受拉/壓載荷；而梁單元可承受拉、壓、彎曲、扭轉的組合變形，梁單元可承受的載荷類型更為復雜，故此篇通篇采用梁單元作為分析。
展開 GPU引領CAE仿真算力革命
2024年，COMSOL Multiphysics發布了GPU版本的聲學仿真求解器。
截至目前，已有來自10多個ISV的120多個CAE應用通過GPU實現了加速。隨著GPU自身的持續升級和優化，CAE仿真獲得了更高的性能和更好的擴展性。
當前，云道智造也在積極探索GPU加速技術，通過引入更高的算力提升仿真效率，助力客戶降低硬件成本，縮短研發周期，加速產品上市進程，增強市場競爭力。
在今年即將發布的伏圖（Simdroid）6.0中，我們將正式推出GPU版本的求解器。該版本采用純原生GPU方案，摒棄了傳統的異構加速方案，所有內存分配和計算均在GPU上進行，避免了CPU和GPU之間數據交換造成的性能損失，從而充分發揮GPU的計算能力，加速仿真求解，顯著提升軟件性能，降低硬件成本與功耗。此外，該原生GPU求解器采用雙精度計算，確保與傳統CPU求解器相同的計算精度，為用戶帶來高效且可靠的仿真體驗。
例如，在伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC）中，針對強迫對流散熱、液冷散熱等場景，與傳統CPU計算（Intel i7，8核并行）相比，使用單塊NVIDIA A4000顯卡（其價格和Intel i7相當），計算時長可顯著縮短一半以上，極大提升了仿真效率。對于商業用戶而言，若采用更新一代的顯卡，計算時間將進一步縮短。與此同時，我們的工程師仍在持續進行深度優化，預期后續性能有望實現數倍提升，為電子散熱仿真帶來革命性的改變。
強迫對流散熱、液冷散熱案例結果圖
Intel i7 8核并行與NVIDIA A4000單顯卡案例運行時間及加速比結果對比
申請試用Simdroid-EC
更多創新功能，敬請期待伏圖6.0！
展開 
汽車轉向節的受力及疲勞分析仿真 ￥500
汽車轉向節是指汽車轉向系統中的重要組成部分，用于轉換駕駛員的轉向輸入，并將轉向力傳遞給車輛的輪胎。它通常包括轉向柱、轉向連接桿和轉向齒輪機構。汽車轉向節的疲勞分析是為了評估和預測轉向節的使用壽命和可靠性，以確保轉向系統安全穩定地運行。通過對汽車轉向節的疲勞分析，可以提前發現可能存在的問題，并采取相應的措施來改進設計、選擇更強度的材料或優化結構，以確保轉向系統的安全性和可靠性。
本案例基于一汽車轉向節結構，基于COMSOL軟件中的固體力學模塊和疲勞分析模塊對其進行了仿真計算，仿真結果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
通過仿真快速評估血管支架的徑向支撐力 ￥6
徑向支撐力是評價自擴張血管植入支架的固定有效性的重要項目之一，如果僅通過打樣測試的方法則費時費力費銀子，采用有限元的方法可以快速評估不同支架結構（波數、波高、絲徑、波峰谷弧度等）的徑向支撐力。
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Maxwell 仿真--海爾貝克陣列磁懸浮受力結果
仿真分析上面兩組磁體的受力情況
1.磁場分布如圖所示，可以看到中間有三個渦，磁場最小，而磁體的邊界位置磁場最大
2.磁鐵的磁力線如果所示，明顯能夠看到中間位置的磁場較大
3.提取受力結果如圖所示，結果受力為10000N
4.而采用常規的5個磁體統一的方向，提取結果如下圖所示
磁場分布情況
磁力線分布情況
受力結果數值
總結：
海爾貝克陣列對于一側的磁場有明顯的加強，其受力結果有明顯的加強，從2908N到10000N，其數值約增大3倍，所以該方法對于磁懸浮類型的產品有較好的應用價值
展開 圓柱形頭螺旋尾的三維結構的電磁力耦合仿真 ￥1000
幾何模型已由SOLIDWORKS建模，材料已在COMSOL中配置。 如下圖所示，幾何模型是一個圓柱形頭螺旋尾的三維結構(材料是柔性橡膠)，以及倆塊NdFeB永磁鐵。其中，倆塊磁鐵緊嵌在圓柱形頭部。
該三維結構置于背景磁場B0中，背景磁場大小和磁感應方向均不變。倆個磁體的磁極方向如藍色箭頭所示，由南極指向北極(已在COMSOL中配置)。在背景磁場作用下，倆個磁體受到磁轉矩作用，磁極會趨向于背景磁場方向，并傳遞給彈性結構頭部一個變形(變形趨勢如綠色箭頭所示)。模擬結果如圖所示：
