薄膜仿真的案例
FLUENT動網格案例之十五：基于FLUENT網格重生成算法的薄膜流固耦合仿真 ￥499
基于FLUENT網格重生成算法的薄膜流固耦合仿真
薄膜變形一直都是ANSYS流固耦合分析的驗證算例，不論是雙向耦合還是單向耦合；是基于workbench還是system coupling模塊。其實，基于FLUENT自帶的網格重生成技術外加UDF函數控制，也能實現薄膜流固耦合仿真的全過程。
UDF函數片段
動網格變形
文件列表
面向光柵薄膜光學性能探究的Rsoft建模與仿真
在本案中由于是2D仿真，所以Y軸方向長度不需要考慮與編輯。設定X軸方向的區域極大值和極小值分別為-period/2和period/2的前提是幾何體的中心x坐標本身設置為0。這樣保證計算區域邊界分布在光柵兩邊。
6. 查看計算結果
本案中仿真求解300~1200nm波段的反射和吸收。仿真計算結束后會自動跳出結果作圖，可在窗口中查看反射率和吸收率。同樣可以將結果進行格式輸出，如圖片或txt等。
后續可根據光譜進行定向光柵結構優化。通常影響光柵減反射效果的因素有材料、光柵常數、薄膜厚度、光柵形貌等。
本案為用戶介紹了利用Rsoft軟件進行簡單的矩形光柵的反射率和吸收率的仿真計算。比起其他數值模擬軟件，Rsoft有著計算速度快，計算結果更加嚴格精確等特點。
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展開 薄膜/基底復合材料刻劃仿真
1.avi
簡介：
（電鍍材料）在工程中被廣泛應用，但由于制得的薄膜涂層材料和基底材料在力學、熱學以及加工穩定性等方面的差異性，導致了涂層材料的失效機理成為了日益研究的重點方向。對于成型后的薄膜和基底材料，兩者之間的結合力和外力作用下表面涂層的脫落是評價薄膜質量的關鍵指標，是保證薄膜滿足機械、物理和化學等使用性能的基本前提。因此，薄膜材料界面結合性能的表征在實際應用中具有非常重要的意義。
由于影響劃痕實驗結果的參數有很多，就其本質的因素來說，不同的材料體系對結果有著很大的影響，因此對材料的本構關系進行研究是必要的。通過研究發現，可把各種不同的材料組合歸結為以下四種：彈性薄膜/彈性基底，彈性薄膜/韌性基底，韌性薄膜/彈性基底和韌性薄膜/韌性基底。通過選取適當的參數，分別建立了以上四種體系的有限元模型，并對劃痕模型進行了分析，如下使用的是彈性薄膜/彈性基底。
仿真：
通過建立變切深刻劃銀膜有限元模型，對薄膜受到外物的劃檫時產生的應力應變情況以及失效行為進行分析，為了減少網格數量，加快計算速度，模型只建立對稱的一半。其中圓錐壓頭錐尖半徑為50微米，銀膜尺寸為1.5×0.6×0.03（mm），基底尺寸為1.5×0.6×0.1（mm）。對于材料屬性方面，由于銀材料塑性模型尚未獲得，因此使用其他接近材料進行替代。為了實現變切深刻劃目的，將銀膜和基底材料進行傾斜0.6°處理，控制圓錐壓頭水平運動實現劃痕深度的逐漸穩定增加。分析步中使用動態顯示分析，在歷史輸出中進行位移和壓頭受力輸出。對于壓頭和銀膜之間的接觸，本例中使用的是通用接觸，防止壓頭劃穿銀膜對基底產生破壞，也可以使用面面接觸設置，同時把壓頭設置成剛體并設置參考點對于 銀膜和基底之間的關系使用綁定命令連接在一起。接觸屬性中對底面進行固定，對稱面中邊界條件設置對稱約束，壓頭運動以速度形式進行加載。
展開 薄膜體聲波諧振器(FBAR)壓電耦合仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一薄膜體聲波諧振器(FBAR)模型，一個硅襯底上挖一個空腔，然后在其上增加隔離層、下電極壓電層和上電極層，結構如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c13a34fa2c6945ebbbe32c149f037a96.png" alt="Untitled1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>幾何模型</strong></p><p>仿真得到結構隨頻率響應的電勢和振幅分布，如下圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/231c13a322424161b8a1b82b2531f400.png" alt="Untitled21.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為 3GHz</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/03fad0bb7730490c907b7b846d5682e0.png" alt="Untitled22.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為3.2 GHz</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/bff03f49559f43818102007de80fedc6.png" alt="Untitled23.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為3.4 GHz</strong></p><p><img src="https
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JCMsuite案例展示：薄膜太陽能電池的一維模型仿真
本案例展示的是一個一維模型的薄膜太陽能電池示例。它包括一個附加銀層和透明邊界條件的兩個設置，而不是完美的電導體邊界條件進行比較。腳本data_analysis / run_comparison_1D.M對這兩種設置執行波長掃描，并將結果可視化，就像薄膜太陽能電池的例子一樣。此外，它在下圖底部所示的半對數圖中顯示了兩種設置的節能誤差。
一維系統的幾何定義和網格劃分
雖然光源、材料和項目設置與2D模型非常相似，但幾何定義和網格參數的layout.jcm(布局文件)略有不同
與2D和3D幾何定義相比，在1D設置中使用關鍵字Layout1D而不是Layout。上面所示的文件使用了完美的電導體邊界條件，通過為邊界類權分配一個域邊界。關于透明邊界設置和Layout1D的更多信息可以在參數參考中找到。
展開 設計仿真 | Actran聲源識別方法連載（二）：薄膜模態表面振動識別
通過對比近場和遠場測量數據與仿真結果，驗證模型準確性，并構建指向性圖評估不同距離下的聲輻射特性。
圖 10 遠場麥克風預測和實驗值對比
圖 11 HVAC單元附近的聲場分布云圖
仿真結果顯示，對于近場點，重建的聲壓數值與實驗值匹配良好；對于遠場位置，特別是在后方、左側、頂部和右側方向上的整體趨勢也得到了良好的再現。
這種方法極大地減少了大規模測試設施的需求，使得在不方便執行測量的情況下預測HVAC單元在所有方向上的聲音成為可能，從而節省成本和時間。利用這種新方法，能夠基于獲取的等效聲源，帶入新的安裝環境，預測實際的噪聲分布，在虛擬環境中測試多種噪音控制解決方案，如吸聲墻或聲屏障。
更詳細的艾默生HVAC案例可查閱2019年Internoise《Hybrid Experimental - Numerical Method to Predict Far Field Noise of HVAC Unit.》文章，當時的聲源逆推過程還需要配合腳本實現。在Actran2023.2版本中，這套方法已經成為一個標準的EQUIVALENT_BC_ANALYSIS分析類型，使得這項技術的工程應用更加簡單。海克斯康工業軟件公眾號上的《基于測試車輛聲學警報系統仿真》文章也采用了這種技術。有興趣的讀者可以點擊查看。
展開 基于Comsol進行薄膜型聲學超材料的低頻降噪仿真分析
研究內容：
基于目前學者所設計的超材料結構設計了一種薄膜型聲學超材料的單元模型，支撐框架、彈性薄膜和空心質量塊。支撐框架是固定并張緊薄膜類似彈簧的作用。
圖1.薄膜型聲學超材料的結構示意圖
技術路線：
在comsol中對薄膜聲學超材料低頻降噪進行仿真分析。
1.添加固體力學和壓力聲學多物理場耦合：
圖2.物理場的選擇
2.建立薄膜聲學超材料的幾何模型并完成網格的劃分：
圖3.幾何模型的構建
圖4.網格的劃分
3.變量定義以及材料屬性的添加：
定義吸聲系數的變量，添加薄膜和質量塊的材料屬性如下圖5.6。
圖5.變量定義
圖6.質量塊和薄膜材料屬性的定義
4.邊界條件的添加：
在入射聲場和透射聲場的端面添加平面波輻射邊界條件，以防止聲波的反射。同時在薄膜的四周添加固定約束邊界條件，用于模擬薄膜被支撐框架固定的邊界條件。
5.添加研究，對吸聲系數的頻率分析：
圖7.薄膜聲學超材料的吸聲系數
圖8.論文中的吸聲曲線
基于以上分析，可改變參數對其參數化掃描，即可得到薄膜型聲學超材料的結構化參數的影響。
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公眾號:320科技工作室
展開 FLUENT多相流案例之二：基于VOF模型的水平薄膜沸騰仿真 ￥499
薄膜沸騰，是指當壁面溫度遠遠高于與壁面接觸的液體的飽和溫度，整個壁面都浸在蒸汽中，由于在汽-液界面發生沸騰質量交換，氣泡周期性地產生并向上流動溢出。本算例采用VOF多相流模型，UDF定義初始邊界溫度分布，壁面溫度變化以及傳熱傳質過程中的源項。
2s時刻的液體體積分數云圖
UDF函數共有5個，DEFINE_ADJUST，DEFINE_INIT，以及3個DEFINE_SOURCE，僅列出一個
收費文件列表
FLUENT多相流算法專題之一：VOF算法發展歷程，原理及應用 ￥299
FLUENT多相流案例之二：基于VOF模型的水平薄膜沸騰仿真
FLUENT多相流案例之三：基于VOF模型的墨水噴嘴液滴形成過程仿真
FLUENT多相流案例之四：基于VOF模型的大壩潰壩仿真
ANSYS流固耦合分析之四：儲液罐液體晃動效應即重力波的兩個特征
VOF算法的浮體入水過程的數值模擬
總的來說，VOF算法重點解決多相流中的邊界運動問題。例如最典型的瑞利-泰勒不穩定問題，即重力作用下，一種流體侵入另一種流體的進程中產生的湍流及隨之發生的界面上的湍流混合過程。FLUENT中的VOF算法可以較為精細的仿真這一物理過程。
Fluent中使用VOF算法的注意事項
盡量選擇四邊形或六面體網格
F函數的插值方法有三種，其中Geo-Reconstruct是目前最精確的界面跟蹤方法，是對大多數瞬態VOF計算所推薦使用的方法。 Donor-Acceptor和Euler-Explicit 則為遇到模型存在大量扭曲網格，Geo- Reconstruct算法失效時的備選插值算法，但他們的計算精度會降低。
VOF模型主相定義不存在特殊要求，但多相流體中存在可壓縮流體，則可壓縮流體只能定義為主相，并且可壓縮流體只能考慮一種。
表面張力和壁面粘性設置是通過Wall Adhesion 選項卡中的wall 邊界條件，需要為每一對相之間的相互作用指定接觸角（即相交界處，氣- 液界面和固- 液界面之間的夾角），并且表面張力的計算，需在Multiphase Model panel 中為Body Force Formulation 打開 Implicit Body Force 。因為壓力梯度和動量方程中表面張力可以部分平衡，提高解的收斂性。
展開 FLUENT動網格案例之十六：基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動的雙向流固耦合仿真分析 ￥499
基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動的雙向流固耦合仿真分析
流體介質中懸臂梁的振動是很多流固耦合問題的抽象模型，類似于ANSYS流固耦合驗證算例，FLUENT動網格案例之十五：基于FLUENT網格重生成算法的薄膜流固耦合仿真，本算例將懸臂梁振動方向垂直于流體流動方向，不同于前面算例，流動方向平行于振動方向。更特殊的是，本算例中懸臂梁的振動是由流體力驅動的，也就是所謂的雙向流固耦合分析。流體力驅動懸臂梁運動，而懸臂梁的振動又反過來影響流場參數導致流體力周期變化。
網格模型如圖所示
速度入口邊界條件為profile定義
仿真計算結果如下圖所示
UDF片段
動網格運動文件列表
展開 Lumerical fdtd和charge聯合仿真電學可調諧的MOS結構吸收器
通過在ITO薄膜上加載流子濃度的監視器，可以得到ITO薄膜中的載流子濃度隨偏置電壓的變化，外加-5V電壓時，左側（ITO和TiO2交界處）形成載流子耗盡層，外加5V電壓時，形成載流子累積層。
圖2 ITO薄膜在外加電壓下的載流子濃度分布
對具有不同載流子濃度分布ITO薄膜的器件進行反射率光譜仿真，外加偏振光斜入射，得到如圖3所示的光譜，可以證明MOS結構可以實現電偏置的吸收調諧器。
圖3 MOS結構在外加電壓下的光譜分布
為了更好地理解MOS器件吸收的性質，我們模擬了TiO2和ITO薄膜的電場分布，如圖4所示，電場大部分局域在ITO和TiO2界面并且靠近ITO薄膜，說明ITO薄膜吸收了大部分的光強，導致在2.23um左右出現一個反射谷。
圖4 MOS結構的電場分布
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Ansys Lumerical | 薄膜鈮酸鋰電光相位調制器
最近在制備技術方面的發展使薄膜鈮酸鋰平臺成為超緊湊和高性能集成光子元件的極佳選擇。
在本文中，我們展示了如何使用我們的有限元集成開發環境（IDE）來仿真鈮酸鋰薄膜光波導中的電光調制。本工作中進行的模擬包括兩個主要階段：電學和光學。下面是所模擬的調制器的示意圖。
步驟1：電學仿真
在步驟1中，我們使用CHARGE求解器來仿真施加電壓偏置后鈮酸鋰（LN）脊波導中的電場分布。通過金電極以地-信號-地的配置施加電壓偏置。信號電極上施加從0V到5V的電壓，間隔為0.5V。地電極上施加的電壓保持固定在0V。所得電場結果將被用于通過Pockels效應計算LN材料中的折射率擾動。
在電學仿真中我們將得到以下結果：
靜電結果：靜電場數據集提供了許多數值，包括CHARGE模擬的重要結果，即電場（E場）在電容板之間的數值。
電光折射率擾動：使用電場（E場）數值，經計算可以得到施加電場后的的空間矢量折射率和所加電場導致的折射率差值，其中折射率的變化dn如下圖所示。這兩個值將用于后續的光學仿真
步驟2：光學模擬
根據步驟1中進行的折射率擾動計算，創建了一個擾動nk材料模型，并將其應用到LN波導結構中。然后，使用FEEM求解器來計算波長為1.55微米時波導中的模式。這些操作在一個for循環內執行，其中每次迭代對應一個電壓點。我們通過掃描TE基模，并繪制有效折射率隨施加電壓的變化。我們還計算相關的損耗（以dB/cm為單位）和不同電壓下的電壓-長度乘積 VπL。
首先，通過FEEM求解器，我們得到了在0-5V電壓下，LN脊波導的TE基模。根據TE基模的模式輪廓，發現在金屬電極下方出現了延伸的耗散尾巴。需要注意的是，x-cut 的鈮酸鋰易于發生模式混合，因為模式平面經歷了兩種不同的折射率[2]。
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