comsol5.3的案例
COMSOL5.3
COMSOL5.3馬上發(fā)布
COMSOL MULTIPHYSICS 5.3a版和揚(yáng)聲器仿真相關(guān)的更新
01
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Comsol 5.3a
COMSOL MULTIPHYSICS最近12月份剛剛發(fā)布了5.3a版，談?wù)労蛽P(yáng)聲器仿真相關(guān)的更新。
總感覺Comsol最近這些年每一個(gè)版本的更新都能給我不少驚喜。好多是期盼已久的新功能。下面一個(gè)個(gè)來說。
02
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電磁場更新
用于磁場分析的混合邊界元-有限元法 (BEM-FEM)
混合 FEM-BEM 模型可基于 FEM 方法模擬非線性各向異性磁材料，并使用磁場，無電流，邊界元 接口來模擬周圍空間。
非線性永磁鐵定義
我很早在文章和群里都吐槽過，終于增加這個(gè)功能了。
非線性磁鐵仿真參數(shù)定義
03
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結(jié)構(gòu)力學(xué)更新
集總機(jī)械系統(tǒng)
通過集總參數(shù)模擬來表示電子和機(jī)械揚(yáng)聲器分量的特性，其中使用 Thiele-Small 參數(shù)（小信號參數(shù)）作為集總模型的輸入。移動(dòng)質(zhì)量、懸掛系統(tǒng)的柔性和機(jī)械損耗等機(jī)械揚(yáng)聲器分量可以通過集總機(jī)械系統(tǒng)接口進(jìn)行建模。
04
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聲場更新
用于聲學(xué)和聲-結(jié)構(gòu)相互作用的混合邊界元-有限元法 (BEM-FEM)
可以將邊界元接口與基于有限元法 (FEM) 的物理場接口無縫耦合，例如通過聲-結(jié)構(gòu)邊界 多物理場耦合與振動(dòng)結(jié)構(gòu)相互耦合，以及通過新的“聲學(xué) BEM-FEM 邊界”多物理場耦合與 FEM 聲學(xué)域相結(jié)合。
采用這種混合方法，可以根據(jù)建模需要，采取最適合的 FEM 或 BEM 方法。
展開 COMSOL MULTIPHYSICS 5.3版和揚(yáng)聲器仿真相關(guān)的更新
COMSOL MULTIPHYSICS 5.3版和揚(yáng)聲器仿真相關(guān)的更新
COMSOL MULTIPHYSICS最近剛剛發(fā)布了5.3版，談?wù)労蛽P(yáng)聲器仿真相關(guān)的更新。除了求解器的改進(jìn)，計(jì)算速度有所提高之外，也提供了不少更方便的功能。
1. 遠(yuǎn)場圖和方向性圖的預(yù)覽計(jì)算平面功能
可以在遠(yuǎn)場圖和方向性圖中使用預(yù)覽計(jì)算平面 特征，在進(jìn)行遠(yuǎn)場計(jì)算的位置繪制圓（已縮放），并繪制計(jì)算平面法矢和參考方向矢量（在極坐標(biāo)圖中表示 0 度的方向）。當(dāng)輸入或修改計(jì)算設(shè)置后在正確位置處執(zhí)行計(jì)算時(shí)，此特征對于可視化處理及驗(yàn)證都起到了極大的幫助作用。
2.波束寬度計(jì)算
可以在遠(yuǎn)場繪圖類型中自動(dòng)計(jì)算空間輻射圖的波束寬度和零點(diǎn)到零點(diǎn)波束寬度，當(dāng)使用一維遠(yuǎn)場圖在極坐標(biāo)圖 組中繪制空間響應(yīng)時(shí)，可以使用計(jì)算波束寬度 功能。在分析揚(yáng)聲器的指向性時(shí)，這個(gè)功能非常有用。之前還需要自己另外進(jìn)行后處理。
3.壓力聲學(xué)的時(shí)域仿真瞬態(tài) 接口中新增了完美匹配層 (PML)
完美匹配層常用于默認(rèn)的可能會產(chǎn)生不希望的偽數(shù)值反射的一階非反射邊界條件的情況，通過使用完美匹配層，您可以用模仿波移動(dòng)至無限域的外部層來截?cái)嘤?jì)算域。
在 COMSOL Multiphysics? 5.3 版本中，壓力聲學(xué)，瞬態(tài) 物理場接口現(xiàn)在對基于有限元法的瞬態(tài)聲學(xué)仿真包含了時(shí)域完美匹配層功能。這一功能在前幾版本中僅適用于壓力聲學(xué)，頻域 接口和對流波動(dòng)方程，時(shí)域顯式 接口。用戶可以從定義 節(jié)點(diǎn)添加完美匹配層，然后可以對笛卡爾坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系及球坐標(biāo)系中的三維、二維軸對稱、二維和一維幾何模型選擇多項(xiàng)式或有理數(shù)縮放選項(xiàng)。
4. 新增時(shí)域中的熱粘性聲學(xué)瞬態(tài)接口
熱粘性聲學(xué) 節(jié)點(diǎn)已擴(kuò)展為包含一個(gè)用于瞬態(tài)線性熱粘性聲學(xué)仿真的接口，其中包含由高斯脈沖等任意時(shí)變信號表示的源項(xiàng)。
展開 COMSOL3.5重要案例——網(wǎng)格的掃掠
要了解更多的關(guān)于網(wǎng)格單元和網(wǎng)格剖分選項(xiàng)，請參考 COMSOL Multiphysics用戶指南 的 “網(wǎng)格剖分”。 本例中通過使用磚形和棱柱網(wǎng)格，而不是使用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格，可以極大地減少自由度數(shù)（DOF），從而節(jié)省計(jì)算時(shí)間。使用這種方法，本例中的DOF只有2300左右。而使用缺省的四面體網(wǎng)格則需要大約18,000左右的DOF
COMSOL3.5重要案例——網(wǎng)格的掃掠.pdf
基于COMSOL Multiphysics的管線用鋼在3.5%NaCI溶液中的腐蝕行為研究
其中，最大單元尺寸為0.02，最小單元尺寸為4.0E-5，曲率解析度為0.2，預(yù)定義大小為極細(xì)化。
1.3 邊界條件設(shè)定
在整個(gè)腐蝕反應(yīng)過程及模擬過程中，金屬表面與電解質(zhì)溶液接觸的部分是發(fā)生反應(yīng)的區(qū)域。由于電極表面的電流密度是不斷變化的，因此構(gòu)建金屬與電解質(zhì)接觸表面的邊界條件是研究腐蝕速率的重要部分。在COMSOL的模擬中，我們可以通過電極動(dòng)力學(xué)方程來表達(dá)金屬發(fā)生電極反應(yīng)時(shí)的邊界條件。
Q235鋼的密度為7850Kg/m3,304L鋼的密度為7930Kg/m3。
溶液密度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)、絕對溫度間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：
對于模型參數(shù)設(shè)置，電導(dǎo)率：5.6S/m,NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.035，溫度：298.15K，溶液密度：1008kg/m3,NaCl摩爾質(zhì)量：58.5g/mol,Na+濃度：611.93mol/m3,Cl-濃度：611.93mol/m3。
在動(dòng)電位極化條件下，描述電極動(dòng)力學(xué)過程，符合Butler-Volmer方程式：
Q235與304L的腐蝕性數(shù)據(jù)等相關(guān)參數(shù)設(shè)定參照覃明等人[5]在3.5%NaCl溶液中進(jìn)行測量的動(dòng)電位極化曲線結(jié)果。通過對兩種鋼材的極化曲線進(jìn)行分析，將所得到的動(dòng)力學(xué)參數(shù)運(yùn)用到仿真中。為了模擬的準(zhǔn)確性與減小誤差，實(shí)驗(yàn)參數(shù)與COMSOL中輸入的參數(shù)條件，兩者條件完全一致。
2 模擬結(jié)果分析
2.1 浸泡腐蝕結(jié)果分析
利用COMSOL建立的三維模型，可研究Q235和304L鋼在溫度為22℃下的3.5%NaCl溶液中浸泡30天后的腐蝕情況。通過三維圖像可以清晰地觀察和比較兩種鋼材的腐蝕形貌和腐蝕深度。由圖2可知，隨著時(shí)間的推移，腐蝕在鋼材邊緣比較嚴(yán)重，由于邊緣位置與電解質(zhì)溶液的接觸面積最大，因此Q235鋼表面的最大腐蝕深度為13.364μm，最小腐蝕深度為12.987μm。
展開 礦井巖體破壞突水非線性滲流模型的實(shí)現(xiàn) ￥40
需要comsol 5.3
磁路拓?fù)鋬?yōu)化示例
Comsol 5.3版本中增加了揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)單元中磁路的拓?fù)鋬?yōu)化示例。使用拓?fù)鋬?yōu)化，用于確定非線性鐵軛的形狀。
確保性能最優(yōu)的同時(shí)盡量減小重量，實(shí)現(xiàn)更小、更輕的設(shè)計(jì)。
BL值的求解方式
其中， Br 是磁通密度的 r 分量， N0 是線圈匝數(shù)， A 是線圈的截面面積。
原設(shè)計(jì)方案磁力線分布：
繪制的優(yōu)化后二維軸對稱磁路幾何中的磁通密度。
可以將優(yōu)化的形狀導(dǎo)出為文本文件中的插值函數(shù)，并將其作為幾何導(dǎo)入。
以上提到的示例在Comsol中“案例庫”路徑：
AC/DC_Module/Other_Industrial_Applications/magnetic_circuit_topology_optimization
展開 016 - COMSOL光纖-銀納米線波導(dǎo)之間高效耦合（僅包含模型文件） ￥26
016 - COMSOL光纖-銀納米線波導(dǎo)之間高效耦合（僅包含模型文件，26元）
基本介紹：
主要內(nèi)容：根據(jù)發(fā)表在Nano Letters上的論文《Highly Efficient Interfacing of Guided Plasmons and Photons in Nanowires 作者：Xuewen Chen等》，重復(fù)了圖1；
基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.3 (5.3.0.223)；
計(jì)算所需的內(nèi)存：8 GB；
涉及的內(nèi)容：全局參數(shù)、端口、完美匹配層、自定義網(wǎng)格、邊界模式分析、對數(shù)據(jù)集操作-旋轉(zhuǎn)、派生值-積分 等；
繪制了：軸向剖面上的瞬時(shí)磁場分布、橫截面上的磁場模式分布；
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(dǎo)。
包含的文件截圖：
詳細(xì)描述：
如上圖所示，將銀納米線（MW）和光纖（DF）端對端接觸在一起，模擬兩種情況下的耦合效率：（1）銀納米線上的表面等離激元波導(dǎo)耦合到光纖中；（2）光纖中的波導(dǎo)耦合到銀納米線上的等離激元
銀納米線和硅介質(zhì)波導(dǎo)的半徑分別為164nm和342nm。波長為633nm。
在軟件中采用二維軸對稱進(jìn)行模擬。
計(jì)算的內(nèi)容和結(jié)果：
1、銀納米線→光纖的耦合。上圖：文獻(xiàn)中的結(jié)果；下圖：本案例的結(jié)果 ??
2、光纖→銀納米線的耦合。上圖：文獻(xiàn)中的結(jié)果；下圖：本案例的結(jié)果 ??
3、光纖中的模式(k)和銀納米線波導(dǎo)的模式(l)。左圖：文獻(xiàn)中的結(jié)果；右圖：本案例的結(jié)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(dǎo)。
展開 009 – COMSOL含Kerr材料的二維光子晶體波導(dǎo)（僅模型文件） ￥40
009 - COMSOL含Kerr材料的二維光子晶體波導(dǎo)（僅包含模型文件，40元）
基本介紹：
主要內(nèi)容：根據(jù)發(fā)表在Journal of Modern Optics上的文獻(xiàn)《A novel proposal for all-optical compact and fast XOR/XNOR gate based on photonic crystal 作者：Golnaz Tavakoli等》，用COMSOL重復(fù)其中的圖2；
計(jì)算所需的內(nèi)存：8 GB；
基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.3 (5.3.0.223)；
涉及的內(nèi)容：組件耦合-最大最小值、組件耦合-積分、自定義變量、非線性材料（Kerr材料）、完美匹配層、散射邊界條件、參數(shù)化掃描 等；
繪制了：電場模、電場z分量、光強(qiáng)分布、折射率分布；
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(dǎo)。
包含的文件截圖：
詳細(xì)描述：
如上圖所示，基本結(jié)構(gòu)是三角晶格二維光子晶體波導(dǎo)。在兩個(gè)平行波導(dǎo)之間制造一個(gè)“><”形狀的耦合區(qū)域，耦合區(qū)域內(nèi)部的介質(zhì)柱替換為一種 Kerr 非線性材料。
Kerr 非線性材料的折射率與所處位置的光強(qiáng)有關(guān)，可表示為：
其中
光從 A 端口入射，由于 Kerr 非線性材料的折射率與光強(qiáng)有關(guān)，所以光經(jīng)過“><”形耦合區(qū)域后，入射光強(qiáng)較大時(shí)光主要從 B 端口輸出，而入射光強(qiáng)較小時(shí)光主要從 D 端口輸出。
計(jì)算的內(nèi)容和結(jié)果：
1、當(dāng)入射光強(qiáng)較小時(shí)，電場z分量分布。左：論文中的結(jié)果；右：本案例的結(jié)果
2、當(dāng)入射光強(qiáng)較大時(shí)，電場z分量分布。左：論文中的結(jié)果；右：本案例的結(jié)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(dǎo)。
展開 025 – COMSOL案例：周期性結(jié)構(gòu)的吸收率（僅模型文件，40元） ￥40
025 – COMSOL案例：周期性結(jié)構(gòu)的吸收率（僅模型文件，40元）
基本介紹：
主要內(nèi)容：根據(jù)發(fā)表在Scientific Reports上的論文《Strong and highly asymmetrical optical absorption in conformal metal-semiconductor-metal grating system for plasmonic hot-electron photodetection application，作者：Kai Wu等》，用COMSOL重復(fù)了其中的Fig.3(1)、Fig.4(b)、Fig.4(d)、Fig.4(f) ；
基于COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.3 (5.3.0.223)；
計(jì)算所需的內(nèi)存：4 GB；
涉及的內(nèi)容：全局參數(shù)、組件耦合-積分、變量、自定義材料、端口、周期性條件、自定義網(wǎng)格、對波長的掃描 等；
繪制了：上層金屬和下層金屬的吸收率、吸收功率密度分布；
本案例僅包含模型文件，購買后不附帶答疑指導(dǎo)。
包含的文件截圖：
詳細(xì)描述：
如上圖所示，由 Au/ZnO/Au 三層材料構(gòu)成的光柵放置在 SiO2 襯底上。圖中 Λ = 600 nm、d1 = 60 nm 、d2 = 4 nm、d3 = 40 nm、w = 400 nm。在波長為 600 ~ 800 nm 的 TM 光照射下，計(jì)算上下兩層金對入射光的吸收率。
對特定區(qū)域計(jì)算吸收率需要在軟件中對該區(qū)域內(nèi)的吸收功率密度（單位 W/m3）進(jìn)行積分，得到該區(qū)域的吸收功率（單位 W），然后除以入射光功率得到吸收率。
計(jì)算的內(nèi)容和結(jié)果：
1、上層和下層金中的吸收率。
展開 Ventuz.Technology.Ventuz.v5.3.1.150.Win64 1CD
UG v1.0.38.0 Win64 1CD
Dlubal RFEM 5.09.01 Win64 1DVD
FunctionBay.Multi-Body.Dynamics(MBD).for.Ansys.18.Win64 1DVD
Geometric GeomCaliper 2.4 SP9 for ProE Win32_64 2CD
Gibbscam.2016.11.3.32.0.Win64 1DVD
PTC.Creo.Schematics.4.0.M010.Win64 1DVD
TMG Solvers for NX 9.0-11.0 Win64 & Linux64 6CD
Zeataline.PipeData.Pro.v12.1.09 1CD
FunctionBay.RecurDyn.V8R5.SP1.2.Update.Only.Win64 1DVD
Mastercam 2018 v20.0.14713.0 Eng Win64 1DVD
Mastercam 2018 v20.0.14713.10 for SolidWorks 2010-2017 Eng Win64 1DVD
Comsol Multiphysics 5.3.0.248 Full Win64 & Linux64 1DVD
solidThinking Embed 2017.1.28 Win64 1CD
Masechinenbau
VectorDraw Developer Framework 7.7009.1.0 1CD
Ventuz Technology Ventuz 5.3.0.112 Win64 1CD hyriw
展開 
CATIA Composer R2018 build 7.5.0.1279 Win64 1DVD
.Win64 1CD
DLUBAL RSTAB 8.08.02 Win64 1DVD
IMSPost.v8.2d.Suite.Win64 1CD
Cadence Design Systems Sigrity 2017 HF003 2DVD
CAE Datamine Studio UG v1.0.38.0 Win64 1CD
Dlubal RFEM 5.09.01 Win64 1DVD
FunctionBay.Multi-Body.Dynamics(MBD).for.Ansys.18.Win64 1DVD
Geometric GeomCaliper 2.4 SP9 for ProE Win32_64 2CD
Gibbscam.2016.11.3.32.0.Win64 1DVD
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Zeataline.PipeData.Pro.v12.1.09 1CD
FunctionBay.RecurDyn.V8R5.SP1.2.Update.Only.Win64 1DVD
Mastercam 2018 v20.0.14713.0 Eng Win64 1DVD
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Comsol Multiphysics 5.3.0.248 Full Win64 & Linux64 1DVD
展開 Integrand EMX 5.4 Linux64 1CD
1CD
Autodesk PowerMill 2018.0.3 (Build 1212121) Update 1CD
Geometric DFMPro v4.4.0.4444 for NX 8.0-11.0 Win32_64 2CD
Tableau Desktop Pro 10.3.0 Win64 1CD
Antenna Magus Professional 2017.2 v7.20 1DVD
FIDES DV-Partner Suite 2017 1DVD
V-Ray for SketchUp 2017 3.40.04 1CD
CSI ETABS 2016 v16.2.0 build 1645 Win32_64 2CD
Lindo Lingo v17.0.60 Win64 1CD
DipTrace 3.1 with 3D Library 1DVD
Cadam.Drafting.V5-6R2017.SP2.Windows 1CD
Pumplinx v4.0 Win64 1DVD
CATIA.P3.V5-6R2017.GA.Win64 1DVD
COMSOL.Multiphysics.5.3.0.260.Full.Win64.&.Linux64 1DVD
Delmia.V5-6R2017.GA.Win64 1DVD
IDEA StatiCa 8.0.22 Win32_64 2CD
Konekt Electra v6.07 1CD
Lindo.WhatsBest!
展開 使用 COMSOL 軟件分析裝配中螺紋管件的應(yīng)力
COMSOL? 軟件提供了這項(xiàng)專業(yè)功能。
螺紋結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性
假設(shè)你剛剛為上文提及的螺紋鋼管創(chuàng)建了管件 CAD 裝配。現(xiàn)在為了更好地了解管件在管道系統(tǒng)中的性能表現(xiàn)，你需要對裝配進(jìn)行應(yīng)力分析。利用 LiveLink? 接口產(chǎn)品，你可以將 COMSOL Multiphysics? 軟件集成到自己設(shè)計(jì)流程中，從而實(shí)現(xiàn)類似的分析。
螺紋管在噴水滅火器系統(tǒng)中很常見。圖片處于公有領(lǐng)域，通過 Wikimedia Commons 共享。
螺紋結(jié)構(gòu)包含了大量的細(xì)節(jié)。這些 CAD 裝配極其復(fù)雜，迫使我們進(jìn)行大量的預(yù)處理工作，而且其分析過程也會占用更多的計(jì)算資源。一種解決方案是假定螺紋為對稱圖形，然后從三維實(shí)體中截取二維截面以進(jìn)行求解。
在 COMSOL? 軟件之前的版本中，同步后，我們不得不重新手動(dòng)定義原始幾何中的選擇，這是一個(gè)耗時(shí)的過程。5.3 版對此進(jìn)行了改進(jìn)，提高了創(chuàng)建 CAD 裝配選擇的效率。所有相關(guān)的選擇均可自動(dòng)加載，然后在 COMSOL Multiphysics 環(huán)境中被指派到合適的地方。這使得運(yùn)行參數(shù)化研究、基于二維分析改進(jìn)三維設(shè)計(jì)成為可能。
想要參考第一手案例嗎？好消息：“案例下載”的最新教學(xué)模型重點(diǎn)演示了這項(xiàng)功能。
注意：今天的示例使用的是 LiveLink? for SOLIDWORKS?，在 LiveLink? for Inventor? 也擁有此功能。更多細(xì)節(jié)請參見 COMSOL Multiphysics 5.3 版發(fā)布亮點(diǎn)。
對螺紋管裝置進(jìn)行降階應(yīng)力分析
在本例中，你可以通過 LiveLink? for SOLIDWORKS? 將 SOLIDWORKS? 軟件中的完整螺紋管裝置模型同步到 COMSOL Desktop? 環(huán)境中。為了計(jì)算降階應(yīng)力分析，你需要利用橫截面 節(jié)點(diǎn)從三維模型中截取二維截面。
展開 在 COMSOL 中簡化地下水流建模
在用于產(chǎn)生熱量后，水再以相同的速率重新注入，此時(shí)水溫為 5°C。在外部邊界施加 2 mm/m 的水平水力梯度。
地?zé)峄毓嗄Ｐ偷哪Ｐ驮O(shè)置(左)和網(wǎng)格(右)。
在 COMSOL Multiphysics 5.3 之前，生產(chǎn)井和注入井被繪制為嵌入地質(zhì)構(gòu)造中的圓柱體，并使用達(dá)西定律的入口和出口 邊界條件以及傳熱 的溫度和流出邊界條件在圓柱體表面定義質(zhì)量和熱通量。
現(xiàn)在，井由單邊定義，新的井 特征和線熱源特征用于定義質(zhì)量和熱通量。這兩個(gè)功能的設(shè)置如下圖所示。
井特征(左)和 線熱源特征(右)的設(shè)置。
在井特征中，通過設(shè)置 M0= 150 l/s ρwater。在材料節(jié)點(diǎn)中指定水的密度，該節(jié)點(diǎn)可通過表達(dá)式 mat5.def.rho 訪問。對于線熱源，我們根據(jù)以下公式定義每單位長度的源項(xiàng) Ql = MlCpΔT。這里 Ml 是每單位長度的質(zhì)量流量，由井 特征 （dl.well1.Ml)計(jì)算; Cp 是水的比熱容（mat5.def.Cp）; ΔT = Tinj – T 是注入溫度與實(shí)際溫度之間的溫差。
使用井特征，與使用圓柱體作為鉆孔的模型相比，網(wǎng)格單元(118,000 vs. 126,000)減少了約 8%；模擬運(yùn)行速度提高了大約 10%(31 min vs. 26 min)。下面的動(dòng)畫顯示了 5 年內(nèi)的溫度演變。
五年來地?zé)醿訙囟鹊难葑儭? 為了證明井特征給出的結(jié)果與圓柱表面上的相應(yīng)邊界條件相同，我們比較了生產(chǎn)溫度的結(jié)果。可以看到，兩個(gè)結(jié)果具有很好的一致性。
兩種建模選項(xiàng)的生產(chǎn)溫度比較。
結(jié)束語
在這篇文章中，我們看到新的井邊界條件可以提高模型性能，并使井建模變得更加容易。我們還了解了相關(guān)的仿真背景以及如何設(shè)置與傳熱的耦合。
本文來自： COMSOL 博客
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