Форматы файлов для топологий печатных плат

На заре проектирования печатных плат нам бы пришлось вручную создавать фотошаблон для медных слоёв, рисуя на его поверхности элементы схемы. Для этого можно было использовать самоклеющиеся ленты или переводные формы. В настоящее время слои для фотошаблонов создаются в т.н. ECAD программном обеспечении, а данные для изготовления передаются в цифровом виде производителю.

До появления программного обеспечения ECAD фотошаблоны для проектирования печатных плат приходилось создавать в ручную. Изображение предоставлено Peellden — собственное произведение. Доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 из Wikimedia Commons.

Существует несколько форматов файлов для создания современных фотошаблонов. Модуль ECAD Import (Импорт данных из ECAD) поддерживает один из самых распространённых форматов — ODB+®. Формат ODB+® представляет собой сжатый архив различных файловых данных по изготовлению печатных плат. Другим широко используемым форматом в этой области является Gerber. Его также можно импортировать в пакет COMSOL Multiphysics посредством конвертирования через программное обеспечение NETEX-G, доступное на сайте Artwork Conversion Software, Inc.

Новый формат на рынке: IPC-2581

В 2004 году представили новый формат для изготовления печатных плат – IPC-2581, который поддерживается и разрабатывается IPC-2581 Consortium. Формат является открытым стандартом и записывает один XML-файл, который содержит всю необходимую информацию для изготовления печатной платы, а именно: схемы медных дорожек, количество слоёв платы, монтажные отверстия, электрические компоненты и их данные, спецификация и т.д. Несмотря на относительную новизну (формат Gerber был представлен в 1980, а ODB++® – в 1995), IPC-2581 стал широко применяться производителями печатных плат и поддерживаться программным обеспечением ECAD.

COMSOL недавно присоединился к организации IPC-2581 Consortium, и поддержка данного формата станет доступна в следующих обновлениях программного обеспечения (в модуле ECAD Import).

Примечание редактора от 8/17/18: Начиная с версии 5.3a пакета COMSOL Multiphysics® модуль ECAD Import поддерживает формат IPC-2581 топологий печатных плат.

Создание геометрии на основе топологии печатной платы

Независимо от формата файла с данными, двухмерный медный слой в нём будет похож на чистый лист с простейшими геометрическими формами, которые используются на ранних этапах проектирования. Разница состоит в том, что вместо реального объекта проектировщик создаёт цифровой объект из различных элементарных геометрических примитивов, которые затем преобразуются в дорожки и компоненты на поверхности.

При импорте таких файлов COMSOL Multiphysics первым делом импортирует отдельные фигуры из схемы каждого слоя, а затем объединяет их в геометрические объекты. В ходе этого процесса внутренние границы автоматически удаляются для упрощения геомерии, а следовательно сетки и последующего расчёта.

На рисунке слева кругами показаны контактные площадки, а прямоугольниками — медные дорожки в файле формата ODB++®. Справа — тот же участок схемы после создания геометрии с удалёнными внутренними границами. Файл предоставлен компанией Hypertherm, Inc., город Ганновер, штат Нью-Хэмпшир, США.

Полученные объекты всё ещё могут содержать короткие отрезки (short edges) , если, к примеру, в импортируемом файле есть разделённые на части скругленные границы. Однако мы можем легко их удалить с помощью операции Remove Details (Удалить детали). Он автоматически находит короткие рёбра и "сворачивает" или объединяет их, если это позволяет геометрия.

Разделённые на части границы отверстия в медном слое (рисунок слева), которые затем объединены вместе (рисунок справа) с использованием операции Remove Details, которая автоматически находит и объединяет эти сегменты. Файл предоставлен компанией Hypertherm, Inc., город Ганновер, штат Нью-Хэмпшир, США.

После такого преобразования упрощается и оптимизируется процесс построения сетки. Узлы конечных элементов больше не будут привязаны к точкам на границе данных отрезков. Вместо этого теперь можно свободно регулировать размер конечного элемента, чтобы получить требуемую степень аппроксимации исходной геометрии.

При выборе для импорта файла формата ODB++® информация о толщине и типе слоя автоматически считывается из файла и отображается в окне настроек (Settings) импорта. Эти данные можно редактировать и даже импортировать их из ранее сохранённого текстового файла. При импорте выбранные двухмерные медные и диэлектрические слои, а также отверстия будут отрисованы согласно введённым данным. Можно легко отключить экструзию медных слоёв, изменив в настройках Type of import (Тип импорта) Full 3D (Полный трёхмерный) на Metal shell (Металлическую оболочку). Это пригодится для расчётов, в которых медный слой можно моделировать, как оболочку. Таким образом, вам не придётся тратить лишнее время для изменения и зануления значения толщины в каждом отдельном геометрическом элементе металлического слоя.

Увеличенное изображение части геометрии двухслойной печатной платы. Файл предоставлен компанией Hypertherm, Inc., город Ганновер, штат Нью-Хэмпшир, США.

Использование геометрических выборок для ускорения настройки модели

Печатные платы обычно состоят из множества медных и диэлектрических слоёв. Настройка физических интерфейсов выглядит довольно утомительно, если нужно будет постоянно вручную выбирать геометрические объекты, например, чтобы задать определённый размер конечного элемента на медном слое, который состоит из множества поверхностей. При импорте, ПО автоматически определяет геометрические выборки для различных слоёв, чтобы сделать этот процесс более эффективным и быстрым. Выборки затем доступны для последующих операций с геометрией, определения материалов, физических интерфейсов и даже для настроек сетки.

Выборки, полученные после операции Импорт, автоматически появляются окне настроек размера (Size) элемента в сеточной последовательности.

Попробуйте сами

В модуле ECAD Import вы найдете новый учебный пример, который называется Importing and Meshing a PCB Geometry from an ODB+® Archive (Импорт и построение сетки для геометрии печатной платы из архива ODB ++ ®). В модели показано, как импортировать данные из ODB+®-файла, создавать геометрию печатной платы и правильно настраивать сетку. Слои, импортированные посредством модуля ECAD Import, могут использоваться для любого типа расчётов в COMSOL Multiphysics: электромагнитных, прочностных, акустических, тепловых, гидродинамический, химических или любой их комбинации. Попробуйте сами!

Поддержка при реализации формата ODB++ была предоставлена Mentor Graphics Corporation согласно общим положениям и условиям сотрудничества ODB++ Solutions Development [http://www.odb-sa.com/](http://www.odb-sa.com/). ODB++ является зарегистрированной торговой маркой Mentor Graphics Corporation.

The post Как импортировать геометрию из ECAD для проектирования печатных плат appeared first on RU Blog.

Разработка чувствительных элементов для акселерометров, работающих в широком диапазоне частот

Акселерометры используются во многих областях промышленности. К примеру, конструктора автомобилей используют эти электромеханические устройства для анализа столкновений и вибраций в тестах на безопасность. Кроме того, разработчики электроники используют их в цифровых фотокамерах и планшетах для определения ориентации устройства.

Тесты безопасности автомобиля — одно из применений акселерометров.

Акселерометры снабжены набором чувствительных элементов для определения величины и направления ускорения объекта. Характеристики датчиков в сборе определяют частоты, на которых акселерометр обеспечивает точные измерения. К примеру, современные коммерческие продукты работают в диапазоне частот от 10 до 20 кГц. По мере развития технологий требует измерять все более высокие частоты, поэтому датчики должны работать в более широких диапазонах.

Учитывая данную тенденцию, команда исследователей из Института динамики быстропротекающих процессов общества Фраунгофера (Институт Эрнста Маха — EMI) и Фрайбургского университета (Albert-Ludwigs-Universität Freiburg) использовали программное обеспечение COMSOL Multiphysics® для проектирования и расчёта сенсорного блока акселерометра для изменения больших ускорений (high-g). В его основе лежит новейший пьезорезистивный датчик, который может измерять кратковременные ускорения до 100,000 g. Его показатель эффективности (чувствительность, умноженная на резонансную частоту) примерно на порядок больше, по сравнению с доступными в настоящее время на рынке устройствами.

Использование COMSOL Multiphysics® для проектирования и расчёта чуствительных элементов акселерометра для измерения больших ускорений

Для начала рассмотрим устройство пьезорезистивного датчика. В него входят:

• Жёсткая рама
• Гибкая вибрирующая пластина
• Четыре пьезорезистивных элемента, электрически соединённых через мост Уитстона (Wheatstone bridge)

Схема предложенного датчика. Изображение из статьи, предстваленной на COMSOL Conference 2016 Munich, представлено R. Langkemper, R. Külls, J. Wilde, S. Schopferer, and S. Nau.

В COMSOL Multiphysics такая конфигурация смоделирована целиком как кремниевое МЭМС (микроэлектромеханическое) устройство.

Комплект чувствительных элементов состоит из три датчика встроены в одну керамическую пластину. Они ориентированы перпендикулярно друг другу, что обеспечивает чувствительность в направлениях x, y и z.

Комплект датчиков в сборе работает как сложная система масс и пружин. Изгиб пластины в результате ускорения приводит к тому, что пьезорезистивные элементы растягиваются и сжимаются, что, в свою очередь, приводит к изменению электрического сопротивления.

Сенсорный блок в сборе. Изображение из статьи, представленной на COMSOL Conference 2016 Munich, предоставлено R. Langkemper, R. Külls, J. Wilde, S. Schopferer и S. Nau.

Исследователи протестировали множество разных конструкций, но в данной заметке мы рассмотрим только одну конкретную топологию. Геометрия элемента, изображённая ниже, была импортирована в COMSOL Multiphysics® с помощью LiveLink™ for Inventor®.

Цветами выделены следующие элементы:

• Белый: корпус устройства и его крышка
• Красный: керамическая пластина
• Серый: пьезорезистивные датчики
• Оранжевый: композитная заливка
• Зелёный: клеевые адгезионные слои
• Синий: макет кабеля

Пример конструкции сенсорного блока с поднятой крышкой (a) и в развёрнутом виде (b). Изображение из статьи, представленной на COMSOL Conference 2016 Munich, предоставлено R. Langkemper, R. Külls, J. Wilde, S. Schopferer и S. Nau.

Для анализа поведения датчиков в определённом диапазоне частот исследователи использовали два метода:

1. Анализ на собственные частоты системы
2. Моделирование датчика при приложенном колебательном ускорении в диапазоне частот от 0 до 250 кГц.

По результатам первого исследования определяются значения и формы собственных частот, а во втором — механические напряжения и деформации компонентов элемента в сборе. Полученная информация использовалась для определения относительного сопротивления пьезорезистивных мостов и расчёта выходных сигналов датчиков.

Анализ результатов расчёта

Представленные результаты были получены при следующих параметрах конструкции сенсорного блока:

Давайте посмотрим на выходной сигнал датчика в диапазоне частот от 0 до 250 кГц. Обратите внимание, что сигнал рассчитывался при ускорении 100,000 g и напряжении 1 В. Предел в 5% погрешности определяется для максимального изменения чувствительности датчика.

Выходной сигнал датчика на различных возбуждающих частотах. На графике слева показан весь частотный спектр, справа — крупный план частотного диапазона от 0 до 100 кГц. Изображение из статьи, представленной на COMSOL Conference 2016 Munich, предоставлено R. Langkemper, R. Külls, J. Wilde, S. Schopferer и S. Nau.

Из графика слева видно, что кривые примерно до 130 кГц горизонтальны (и в окрестности нуля). Однако при увеличении, на графике справа, видны изменения сигнала даже на меньших частотах. При пределе в 5% потенциальная полоса пропускания сенсорного блока 47 кГц.

Были также проанализированы собственные частоты сборки, которые представляют собой пики на частотном спектре. Из предыдущего графика видно, что первая мода (мода крышки) находится на частоте 39 кГц, однако она особо не влияет на сигнал. Первая значимая мода указанная на графике (мода корпуса), которая оказывает большое влияние на выходной сигнал, находится на частоте 128 кГц.

Слева: Первая незначительная мода крышки в направлении оси z. Справа: Первая значимая мода корпуса в направлении оси y. Изображение из статьи, представленной на COMSOL Conference 2016 Munich, предоставлено R. Langkemper, R. Külls, J. Wilde, S. Schopferer и S. Nau.

В процессе расчета собственных мод также были получены колебания на частоте 287 кГц. Эта мода будет оказывать наибольшее влияние на выходной сигнал датчика, так как является основным источником смещений в чувствительном элементе. Чтобы проверить это предположение, исследователи решили провести экспериментальные испытания.

Основная мода колебаний чувствительных элементов внутри корпуса. Изображение из статьи, представленной на COMSOL Conference 2016 Munich, предоставлено R. Langkemper, R. Külls, J. Wilde, S. Schopferer и S. Nau.

Верификация результатов моделирования экспериментальными данными

При проведении эксперимента использовались следующие (немного адаптированные) параметры: Из практических соображений, они немного отличаются от тех, которые использовались в численной модели.

Проведённое дополнительно моделирование помогло предварительно определить диапазоны ожидаемых частот:

• 5% предел: от 16 до 30 кГц
• Мода корпуса: от 67 до 98 кГц
• Мода чуствительного элемента: от 129 до 200 кГц

В эксперименте небольшой стеклянный молоточек возбуждает колебания датчика, чтобы исследователи смогли измерить собственные частоты. Для записи сигнала датчика используется частота дискретизации 10 МГц.

Импульсный сигнал датчика в ответ на возбуждение. Изображение из статьи, представленной на COMSOL Conference 2016 Munich, предоставлено R. Langkemper, R. Külls, J. Wilde, S. Schopferer и S. Nau.

Далее этот сигнал для анализа переводится в частотную область. Как показано ниже, на высоких частотах появляется очень много пиков. Максимальный по асмплитуде пик 930 кГц определяет первую собственную частоту реального датчика. На низких частотах примерно до 70 кГц проявляются составляющие импульса возбуждения.

Слева: Импульсный ответ датчика в диапазоне частот от 0 до 2 МГц. Справа: Импульсный ответ датчика в диапазоне частот от 0 до 350 кГц. Изображение из статьи, представленной на COMSOL Conference 2016 Munich, предоставлено R. Langkemper, R. Külls, J. Wilde, S. Schopferer и S. Nau.

Отметим пик, который появляется на частоте 153 кГц. Он представляет собой собственную моду чувствительного элемента, которая ожидается в диапазоне частот от 129 до 200 кГц. Это колебание оказывает наибольшее влияние на чувствительный элемент, таким образом, подтверждая теорию.

Для анализа чувствительности к каждой из осей прикладывается ускорение, равное 8600 g. Титановый стержень Гопкинсона с креплением используется для создания равномерной по каждой из осей ударной нагрузки.

Крепление для стержня Гопкинсона. Изображение из статьи, представленной на COMSOL Conference 2016 Munich, предоставлено R. Langkemper, R. Külls, J. Wilde, S. Schopferer и S. Nau.

Измеренные выходные сигналы, изображённые ниже, используются для расчёта чувствительности по различным осям. Ожидаемая чувствительность 1.3 мкВ/В/гр с максимальной девиацией в 30%. Наибольшее отклонение мы видим по оси x (около 23%), по другим осям оно намного меньше. Обратите внимание, что все датчики попадают в этот диапазон отклонений.

Измеренный выходной сигнал при приложенном ускорении 8600 g. Изображение из статьи, представленной на COMSOL Conference 2016 Munich, предоставлено R. Langkemper, R. Külls, J. Wilde, S. Schopferer и S. Nau.

Данные результаты хорошо согласуются с ожидаемыми из расчётов значениями, что также подтверждает работоспособность и актуальность предложенной конструкции датчика акселерометра для измерения больших ускорений.

Подробнее об анализе и оптимизации конструкции датчиков

• Прочтите оригинальную статью с конференции пользователей COMSOL:
  • Разработка и оптимизация высокоточного трёхосевого акселерометра для изменения больших ускорений
• Ознакомьтесь с тем, как моделирование помогает рассчитывать и улучшать другие датчики и сенсоры:
  • Моделирование МЭМС-датчика давления, работающего как органы чувств у пещерных рыб
  • Моделирование трёхмерного многослойного графенового биосенсора
  • Проектирование электромагнитных сенсоров на основе кольцевых резонаторов для мониторинга хронической болезни почек

Autodesk, логотип Autodesk и Inventor являются зарегистрированными торговыми марками или торговыми марками компании Autodesk, Inc. и (или) ее дочерних компаний и (или) ее аффилированных компаний в США и (или) других странах.

The post Численное моделирование чувствительных элементов акселерометра для измерения больших ускорений appeared first on RU Blog.

Программная платформа COMSOL Multiphysics®

Весь программный пакет COMSOL® построен поверх универсальной программной платформы COMSOL Multiphysics. Эта платформа содержит все необходимы инструменты для предварительной обработки, построения сетки, анализа и постобработки, а также несколько физических интерфейсов. Подробную информацию о каждом продукте смотрите в нашей сводной таблице технических характеристик (Спецификации).

В COMSOL Multiphysics® (в базовой комплектации) вы можете импортировать файлы следующих форматов: 2D DXF™, 3D STL и 3D VRML. Вы можете использовать файлы формата 2D DXF™ для импорта профилей. В процессе построения 3D геометрии вы можете их вытягивать, вращать или протягивать по заданному пути.

Форматы STL и VRML лучше всего подходят, если у вас довольно простая геометрия. Сложные CAD-геометрии эти форматы воспроизводят не всегда надёжно. Файлы с расширением STL, содержащие 3D геометрию, мы рекомендуем импортировать в виде сетки. А затем с помощью встроенной функции преобразовать импортированную сетку в геометрию. В зависимости от сложности и качества изначальной 3D модели, полученная геометрия может быть объединена с другими объектами, которые были импортированы или построены в COMSOL Multiphysics.

Также полезный базовый инструмент COMSOL Multiphysics — это Virtual Operations (Виртуальные геометрические операции), который позволяет проводить продвинутую обработку геометрии (построенной в пакете или импортированной) для построения сетки.

Решения LiveLink™

Решения LiveLink™ позволяют работать с данными непосредственно из стороннего CAD-пакета. Поддерживаются следующие CAD-пакеты: SOLIDWORKS®, Inventor®, Autodesk® AutoCAD®, PTC® Creo® Parametric™, PTC® Pro/ENGINEER®, Solid Edge®, а также BIM-пакет (информационное моделирование зданий) Autodesk® Revit® Architecture. Как LiveLink™ for SOLIDWORKS®, так и LiveLink™ for Inventor® поддерживают однооконный интерфейс One Window, который непосредственно встраивает среду моделирования COMSOL® в пользовательский интерфейс CAD-системы. С более подробным списком поддерживаемых продуктов, информацией о совместимости и системных требованиях можно ознакомиться по ссылке.

Для использования решения LiveLink™ вам необходимо установить и одновременно запустить COMSOL Multiphysics и CAD-программу на одной рабочей станции. Непосредственно CAD-геометрия, а также заданные материалы и другие геометрические выборки будут полностью синхронизироваться между CAD-пакетом и COMSOL Multiphysics. Подробнее о процессе синхронизации можно посмотреть здесь. Проще говоря, любые изменения в CAD-системе будут отображаться в среде COMSOL. Также вы можете использовать COMSOL Multiphysics для изменения геометрии в исходном файле CAD-программы. Сводная таблица данного функционала группы моделей LiveLink™ представлена по ссылке.

Важно отметить, что как только вы вносите какие-либо изменения в CAD-системе, программное обеспечение COMSOL будет их отслеживать и ассоциативно переназначать все граничные условия и другие параметры геометрии. Посмотрите соответствующие ролики с демонстрацией данных возможностей в нашей Видеогалерее. Данные возможности будет полезны в случае, если вам необходимо выполнить параметрический анализ по геометрическим размерам, заданным в CAD-файле или оптимизацию формы, используя модуль Оптимизация в COMSOL.

Помимо синхронизации данных LiveLink™ поддерживают импорт из файлов всех CAD-форматов, которые доступны в при наличии модуля Импорт данных из CAD. Если вам нужно смоделировать ограниченный объём, который находится внутри домена (к примеру, в моделях с потоками жидкости), можно использовать функцию Заполнения Отверстий (Cap Faces). Пример использования этой функции вы можете посмотреть здесь. Вы также можете исправлять импортированные CAD-файлы и удалять в них лишние элементы. После этого полученную или созданную с нуля в COMSOL Multiphysics® геометрию можно перезаписать в виде файла в формате Parasolid® или ACIS®.

Решения LiveLink™ отлично подойдут, если у вас есть возможность установить на одном компьютере CAD-систему и программное обеспечение COMSOL. Таким образом вы сможете использовать все преимущества встроенной двусторонней интеграции. Однако, если у вас есть файл с геометрией, но сама CAD-программа не установлена на компьютере, можно воспользоваться другим модулем CAD Import (Импорт данных из САПР) или модулем Проектирование (Design).

Модуль CAD Import (Импорт данных из CAD) и Модуль Проектирование (Design)

Модуль CAD Import (Импорт данных из САПР) и Модуль Проектирование (Design) позволяют импортировать из большого перечня CAD-форматов. Здесь вы можете посмотреть полный список поддерживаемых форматов.

Если вы планируете вносить много изменений в геометрию, то недостаток модуля CAD Import (Импорт данных из САПР) и модуля Проектирование (Design) по сравнению с решениями LiveLink™ в том, что они обеспечивают только однонаправленный импорт без сопряжения между CAD-системой и COMSOL. То есть, если вы внесёте изменения в CAD-файле и заново импортируете геометрию в COMSOL, граничные условия и другие свойства модели могут не сохраниться. Вам нужно будет вручную проверить все настройки и заново применить их к изменённой геометрии. Кроме того, параметризация исходного CAD-файла будет недоступна, следовательно, вы не сможете сделать параметрический анализ или оптимизационное исследование.

Иногда это ограничение возможно обойти, как описано в заметке нашего блога «Параметризация геометрических размеров в импортируемом CAD-файле». Однако, этот метод обычно используется только для простой геометрии.

Модуль Проектирование (Design) предоставляет дополнительный функционал для создания модели. Он включает в себя все возможности Модуля CAD Import (Импорт данных из САПР), а также содержит дополнительные инструменты для создания и обработки геометрии. При этом используются основные функции ядра Parasolid® для создания 3D скруглений (fillet), 3D фасок (champfer), развёртки (loft), срединных поверхностей (midsurface) и утолщений (thicken). Узнайте больше об этих функциях в нашем обзоре данного модуля.

Модуль Импорт данных из САПР (CAD Import) рекомендуется использовать только в том случае, если вы точно уверены, что не собираетесь использовать в COMSOL Multiphysics данные из CAD-пакетов, поддерживающих LiveLink™, а также, если вы не собираетесь создавать и обрабатывать сложные геометрические модели. Модуль Проектирование (Design) рекомендуется применять вместо модуля Импорта данных из САПР (CAD Import), так как он содержит ту же функциональность, а также позволяет создавать и обрабатывать более сложные геометрии в COMSOL Multiphysics. К тому же эта геометрия может быть экспортирована в форматы Parasolid® или ACIS®. Оба модуля содержат функции удаления определённых элементов геометрии и Заполнения Отверстий (Cap Faces).

В дополнение к уже упомянутым, у COMSOL также есть модуль Импорт файлов из CATIA® V5. С помощью него вы можете импортировать файлы программного обеспечения CATIA® V5. Важно отметить, что он является дополнением к любому решению LiveLink™, модулю Проектирование или Импорт данных из CAD.

Модуль ECAD Import (Импорт данных из ECAD)

Модуль ECAD Import (Импорт данных из ECAD) используется для импорта данных из ECAD-систем, которые обычно предназначены для проектирования интегральных схем (ИС), микроэлектромеханических систем (МЭМС) или печатных плат (ПП) и, следовательно, содержат планарные топологии, в некоторых случаях совместно с информацией о толщине и высоте.

Хотя передача данных с помощью этого модуля не имеет сопряжённости, вы можете воспользоваться функционалом по созданию геометрических выборок и сохранить данные настройки модели после импорта изменённого файла. Кроме того, многослойная структура созданных геометрических объектов позволяет использовать координато-ориентированные выборки для настройки модели. Подробнее c возможностями ECAD-импорта в COMSOL можно познакомиться в отдельной заметке нашего блога.

Краткое резюме: какой модуль лучше выбрать для работы с данными из CAD-систем

Мы рекомендуем использовать решения LiveLink™, если вы можете установить на одном компьютере и CAD-пакет, и программное обеспечение COMSOL. Как модуль Проектирование (Design), так и модуль CAD Import (Импорт данных из CAD) могут использоваться, если вы хотите просто импортировать модель. Однако, первый модуль предпочтительней, так как он дополнительно расширяет функционал геометрического моделирования. Дополнительный модуль импорта файлов из CATIA® V5 обеспечивает поддержку импорта файлов данного формата. Наконец, для импорта файлов из ECAD- систем вам также потребуется отдельный модуль Импорт данных из ECAD.

Если у вас остались какие-либо вопросы по использованию этих модулей, пожалуйста, свяжитесь с нами.

ACIS является зарегистрированной торговой маркой компании Spatial Corporation.

Autodesk, логотип Autodesk, AutoCAD, DXF и Revit являются зарегистрированными торговыми марками или торговыми марками компании Autodesk, Inc. и (или) ее дочерних компаний и (или) ее аффилированных компаний в США и (или) других странах.

CATIA является зарегистрированной торговой маркой компании Dassault Systèmes или ее дочерних компаний в США и (или) других странах.

Parasolid и Solid Edge являются зарегистрированными торговыми марками или торговыми марками компании Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. или ее дочерних компаний в США и других странах.

PTC, Creo, Parametric и Pro/ENGINEER являются зарегистрированными торговыми марками или торговыми марками компании PTC Inc. или ее дочерних компаний в США и других странах.

SOLIDWORKS является зарегистрированной торговой маркой компании Dassault Systèmes SolidWorks Corp.

The post Какой модуль COMSOL необходимо выбрать для работы с данными из CAD-систем? appeared first on RU Blog.

Последние новости: программы для моделирования помогают архитекторам

В декабре 2014 года я прочел статью BBC, привлекающую общественное внимание к автоматизированному проектированию в архитектуре. В статье упоминается несколько важных примеров моделирования, включая расчет оригинальной конструкции, созданной Йорном Утзоном (Jørn Utzon) для Сиднейского оперного театра, и изучение взаимодействия жидкости с конструкцией (силовое воздействие на фасад) для здания Бурдж-Халифа в Дубае. Кроме того, в статье приводятся ссылки на работы по гидродинамике, акустике и исследованиям микроклимата.

Сиднейский оперный театр.

Из этой статьи понятно, что в архитектуре успешно применяются не только традиционные программные пакеты для построения чертежей и расчета конструкций. Доклады участников, представленные в секции «Моделирование в проектировании зданий» конференции COMSOL Conference 2014 Cambridge показывают, насколько широки интересы современных архитекторов при работе с программными пакетами для моделирования. Исследования включали расчет массообмена и движения воздушных масс для определения качества чистых помещений, акустический расчет звуконепроницаемых окон, тепловой расчет энергонезависимых домов и другие примеры.

Сопряженная теплопередача для фасадов зданий

Одну из наград за лучший доклад на конференции COMSOL 2014 в Кембридже получил Кармело Галанте (Carmelo Galante) из компании Newtecnic (Лондон, Великобритания). Он представил проведенные в COMSOL Multiphysics исследования теплоизоляционных характеристик фасада, а именно двойного стеклопакета, в котором воздушные полости также содержали «устройства, регулирующие инсоляцию». По сути, это жалюзи, которые могут отражать часть падающего солнечного света. Вы можете узнать подробности его работы здесь.

В своей работе Галанте использовал модуль Теплопередача, чтобы изучить все три механизма переноса тепла: теплопроводность, конвекцию и излучение. Полость механически вентилируется, так что поток текучей среды может возникать как из-за вынужденной, так и из-за свободной конвекции. На основе расчетов коэффициента теплопередачи, количественно определяющего эффективность теплоизоляции, было оптимизировано число и расположение входных и выходных каналов для принудительного течения. Объединив моделирование гидродинамических и тепловых процессов с расчетом излучения в единой среде численного моделирования, он смог рассчитать взаимодействие различных физических явлений.

Почему архитекторы используют моделирование?

В Галерее моделей вы можете найти множество других примеров из мира архитектуры. Многие архитекторы будут заинтересованы в тепловых расчетах, подобных тем, которые были выполнены в упомянутой выше работе и представлены на конференции. Кроме того, в состав модуля Теплопередача пакета COMSOL включены несколько примеров, связанных со строительной отраслью. В одном из них моделируются теплоизоляционные характеристики окна и их зависимость от различных вариантов остекления.

На рисунке ниже показана конфигурация материалов в раздвижном окне, соответствующем стандартам ISO, а также профиль температуры, рассчитанный с помощью COMSOL Multiphysics. Расчетная величина коэффициента теплопередачи 0,65 Вт/(м·К) достаточно велика из-за высокой теплопроводности алюминиевой конструкции.

Геометрия раздвижного окна.

Поле температуры в раздвижном окне.

Расчет механической надежности конструкции не менее важен. В состав модуля Геомеханика входит модель бетонной балки, где выполнен механический расчет увеличения жесткости конструкции при использовании стальной арматуры. При этом бетон считается нелинейным материалом и описывается с помощью эмпирической модели пластичности Оттосена.

Моя коллега Бриджет недавно писала о масштабном исследовании отражающей способности фасадов и о связанных с нею тепловых эффектах, а именно о формировании каустической поверхности из-за вогнутой формы стеклянного фасада здания отеля Vdara® в Лас-Вегасе. В этой работе анализ негативных последствий ошибок в проекте построенного здания был выполнен с помощью функции трассировки лучей модуля Геометрическая оптика пакета COMSOL Multiphysics.

Точно так же, как трассировка позволяет изучать распространение световых лучей и их отражение от зданий, геометрическая акустика пригодна для акустического анализа при условии, что размер акустических полостей много больше, чем длина звуковой волны. Это условие обычно выполняется для больших помещений — театров и концертных залов, акустические характеристики которых чрезвычайно важны. В Галерее моделей модуля Акустика вы найдете пример небольшого концертного зала с рассчитанными импульсными характеристиками давления и энергии.

LiveLink™ for Revit®

В версии 5.0 COMSOL Multiphysics мы представили новый продукт, предназначенный для объединения архитектурных проектов с мультифизическим моделированием — LiveLink™ for Revit®. Это инструмент интеграции и интерфейс, передающий элементы проекта из Autodesk® Revit® — ведущего программного обеспечения для создания архитектурных проектов, в среду численного моделирования COMSOL Multiphysics.

С помощью LiveLink™ for Revit® вы можете синхронизировать геометрию отдельных помещений и других архитектурных элементов здания с вашей моделью в COMSOL Multiphysics. При необходимости вы можете учитывать в модели и дополнительные физические явления, как если бы геометрия была создана в COMSOL Multiphysics. Выбирая, какие элементы вы включаете в модель, вы можете добиться высокой точности моделирования.

Попробуйте создать модель

О применении мультифизического моделирования в архитектуре много говорят в прессе и научном сообществе, так что мы рекомендуем вам подробнее изучить разные архитектурные модели и загрузить их из нашей Галереи моделей.

• Теплоизоляционные характеристики окон
• Армированная бетонная балка
• Каустическая поверхность здания гостиницы Vdara®
• Акустика небольшого концертного зала

Autodesk и Revit являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Autodesk, Inc., ее дочерних и (или) аффилированных компаний в США и (или) других странах.

The post Мультифизическое моделирование в архитектуре appeared first on RU Blog.