Обновления модуля MEMS

Версия 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics® содержит обновления для моделирования электростатической механики, термопластичности, взаимодействия текучей среды и конструкции, а также улучшенные мультифизические связи для создания подвижных сеток. Все обновления модуля MEMS описаны ниже.

Электростатическая механика (Electromechanics)

Физический интерфейс Electromechanics (Электростатическая механика) был переработан в полноценный мультифизический интерфейс. Когда вы добавляете к модели интерфейс Electromechanics (Электростатическая механика), к модели подключаются интерфейсы Electrostatics (Электростатика) и Solid Mechanics (Механика твердых тел), связанные через мультифизическую связь Electromechanical Forces (Электромеханические силы), которые позволяют решать уравнения механики конструкций совместно с уравнениями электростатики. К разделу Definitions (Определения) был добавлен узел Moving Mesh (Подвижная сетка) с подузлами Deforming Domain (Деформируемая область) и Symmetry (Симметрия). Новый подход расширяет гибкость и возможности моделирования электростатических механических задач.

Демонстрация мультифизического интерфейса Electromechanics (Электростатическая механика) с обновлениями версии 5.3a пакета COMSOL Multiphysics.

Деформации в электростатическом резонаторе с приложенным напряжением при использовании улучшенного мультифизического интерфейса Electromechanics (Электростатическая механика).

Деформации в электростатическом резонаторе с приложенным напряжением при использовании улучшенного мультифизического интерфейса Electromechanics (Электростатическая механика).

Термопластичность (Thermoelasticity)

Физический интерфейс Thermoelasticity (Термопластичность) был переработан в полноценную мультифизическую взаимосвязь. Когда вы добавляете к модели интерфейс Thermoelasticity (Термопластичность), к модели подключаются интерфейсы Heat Transfer in Solids (Теплопередача в твердых телах) и Solid Mechanics (Механика твердых тел), связанные через мультифизические связи Thermal Expansion (Тепловое расширение) и Temperature Coupling (Температурная взаимосвязь), которые позволяют рассчитывать перемещение конструкции и отклонения температуры, а также теплопередачу, вызванную термопластической связью. К разделу Definitions (Определения) был добавлен узел Moving Mesh (Подвижная сетка) с подузлами Deforming Domain (Деформируемая область) и Symmetry (Симметрия). Новый подход расширяет гибкость и возможности моделирования задач термопластичности.

Снимок графического интерфейса пользователя программного пакета COMSOL. Показана трехмерная модель с термопластичностью. Первая собственная мода и отклонение температуры в трехмерной модели с термопластичностью. Первая собственная мода и отклонение температуры в трехмерной модели с термопластичностью.

Взаимодействие текучей среды и конструкции (FSI)

Новая мультифизическая взаимосвязь Fluid-Structure Interaction (Взаимодействие текучей среды и конструкции) заменяет интерфейс, который использовался в предыдущих версиях программного пакета COMSOL®. Новая связь отвечает современному стилю и объединяет несколько интерфейсов и мультифизических узлов. Таким образом, все функции задействованных физических интерфейсов доступны для моделирования взаимодействия текучей среды и конструкции. Теперь можно применять широкий спектр дополнительных механических граничных условиий и моделей материалов, таких как жесткие области, модели пьезоэлектрических и нелинейных упругих материалов. Доступны также новые гидродинамические граничные условия и все модели турбулентности. Добавив интерфейс Fluid-Structure Interaction (Взаимодействие текучей среды и конструкции) в Мастер создания моделей, вы получите интерфейс Solid Mechanics (Механика твердых тел), интерфейс Laminar Flow (Ламинарный поток), узел мультифизической связи Fluid-Structure Interaction (Взаимодействие текучей среды и конструкции) и узел Moving Mesh (Подвижная сетка) в разделе Definitions (Определения). Все модели взаимодействия текучей среды и конструкции в Библиотеке приложений обновлены и теперь используют эту новый функционал.

Снимок графического интерфейса пользователя пакета COMSOL. Показан пример моделирования взаимодействия текучей среды и конструкции в модуле MEMS.

Модель Micropump Mechanism (Микронасос) теперь использует новую мультифизическую связь Fluid-Structure Interaction (Взаимодействие текучей среды и конструкции).

Модель Micropump Mechanism (Микронасос) теперь использует новую мультифизическую связь Fluid-Structure Interaction (Взаимодействие текучей среды и конструкции).

Взаимодействие текучей среды и конструкции с двухфазным или трехфазным потоком

Теперь пользователи Модуля MEMS, которые также владеют лицензией для модуля Вычислительная гидродинамика, могут моделировать взаимодействие текучей среды и конструкции с двухфазным или трехфазным потоком. Для этого используется обновленная формулировка Moving Mesh (Подвижная сетка), являющаяся базовым функционалом пакета COMSOL Multiphysics® (см. раздел ниже).

Обобщение функционала Подвижных сеток (Moving Mesh)

Функционал Moving Mesh (Подвижная сетка) теперь доступен в подменю Moving Mesh (Подвижная сетка) в узле Definitions (Определения) в разделе Component (Компонент), а также на панели инструментов Definitions (Определения).

Подвижные сетки управляют системами координат в модели и работают со всеми физическими интерфейсами в моделях с деформирующимися или подвижными областями. Их можно использовать для изучения зависящих и не зависящих от времени деформаций в задачах с динамически изменяющейся геометрией. Например, функционал Deforming Domain (Деформируемая область), доступный в узле Moving Mesh (Подвижная сетка), можно использовать для изучения деформаций областей текучей среды в задачах взаимодействия текучей среды и конструкции или для изучения деформаций электростатических областей в микроэлектромеханических системах. Другие настройки позволяют задавать вращающиеся части, например, в моделях смесителей или электродвигателей.

Лагранжево-Эйлеров метод Настройки подвижной сетки в разделе Definitions (Определения) стали новым механизмом по умолчанию для настройки подвижных сеток в мультифизических интерфейсах. Они теперь используются вместо физического интерфейса Moving Mesh (ALE) (Лагранжево-Эйлеров метод), который по-прежнему доступен в качестве альтернативы.

Обобщенная плоская деформация

Для двухмерных задач механики твердых тел была разработана формулировка обобщенной плоской деформации (generalized plane strain) как альтернатива приближениям плоских деформаций и плоских напряжений. Приближение обобщенных плоских деформаций позволяет моделировать центральные части протяженных конструкций с постоянным поперечным сечением. В этих случаях, в отличие от стандартной формулы плоской деформации, присутствуют ненулевые внеплоскостные деформации.

Демонстрация функциональности Generalized plane strain (Обобщенная плоская деформация) в версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics.

Вы можете выбрать формулировку Generalized plane strain (Обобщенная плоская деформация) для двухмерного приближения.

Вы можете выбрать формулировку Generalized plane strain (Обобщенная плоская деформация) для двухмерного приближения.

Улучшенные стандартные графики

Стандартные графики в физических интерфейсах механики конструкций улучшены и теперь показывают более информативные визуализации. Учебные модели в Библиотеке приложений также были улучшены. Самые заметные изменения приведены ниже:

  • Цветовая схема для графиков напряжения по Мизесу — RainbowLight
  • Цветовая схема для графиков формы мод, получаемых после проведения анализа на собственные частоты и линейного анализа устойчивости, теперь — AuroraBorealis
  • На графиках формы моды по умолчанию выключены обозначения, чтобы подчеркнуть, что амплитуда моды не имеет физического смысла
  • Цветовая схема Wave с симметричным диапазоном цветов для графиков силы, действующей на профиль, в интерфейсах Beam (Балка) и Truss (Ферма)
    • Она позволяет с первого взгляда отличать, например, сжатие от растяжения
  • В анализ контакта добавлен график контактного давления — линейный график в двухмерных моделях и контурный график в трехмерных моделях
  • В стандартный график Stress Linearization (Линеаризация напряжения) добавлены обозначения
  • Стандартный график Undeformed geometry (Геометрия до деформации) интерфейса Shell (Оболочка) изменил цветовую схему
  • Если используется модель пластичности или ползучести материала, то на график напряжения накладывается контурный график соответствующего показателя деформации, например, эффективной пластической деформации
    • Доступно в модуле Нелинейные материалы и в модуле Геомеханика
  • В интерфейсе Fatigue (Усталость) для прогнозирования числа циклов до отказа и коэффициента использования применяется цветовая схема Traffic
    • Доступно в модуле Усталость материала

Улучшенные графики для главных значений

Тип графика Principal Stress (Главное напряжение) теперь можно использовать для любых типов главных значений тензора. В предыдущих версиях COMSOL® можно было выбрать только одно заранее заданное поле напряжений или деформаций, но теперь можно вручную вводить векторы ориентации и соответствующие главные значения.

Новый набор главных значений был добавлен к результатам в интерфейсе Solid Mechanics (Механика твердых тел) — Principal logarithmic strains (Главные логарифмические деформации). Это логарифмические или истинные деформации в фиксированной в пространстве системе координат, которые хорошо подходят для отображения поверх деформированной геометрии при проведении геометрически нелинейного анализа .

Кроме этого, добавлен новый тип графика Principal Stress Line (Линия главного напряжения), который особенно хорошо подходит для интерфейсов Shell (Оболочка) и Plate (Плита). Ранее графики главных значений были доступны только для объемных областей и поверхностей.

Визуализация главных деформаций в резиновом уплотнении. Логарифмические деформации, наложенные на деформированное резиновое уплотнение. Логарифмические деформации, наложенные на деформированное резиновое уплотнение.

Механические потери, связанные с термическим напряжением

Узел мультифизической связи Thermal Expansion (Тепловое расширение) теперь автоматически учитывает механические потери, связанные с термическим напряжением - создаваемый источник теплоты учитывается в уравнении теплопередачи в соответствующих областях. Управлять этой функцией можно с помощью флажка Mechanical losses (Механические потери) в новом разделе Heat Sources (Источники тепла) узла Thermal Expansion (Тепловое расширение).

Новый интерфейс для взаимодействия текучей среды и конструкции поддерживает все модели турбулентности

Новая мультифизическая взаимосвязь Fluid-Structure Interaction (Взаимодействие текучей среды и конструкции) заменяет интерфейс, который использовался в предыдущих версиях программного пакета COMSOL®. Новая взаимосвязь отвечает современному стилю и объединяет несколько одиночных физических интерфейсов и мультифизических узлов. Таким образом, все функции задействованных физических интерфейсов доступны для моделирования взаимодействия текучей среды и конструкции. Теперь для этого можно применять многие механические граничные условия и модели материалов, такие как жесткие области, модели пьезоэлектрических и нелинейных упругих материалов. Доступны также новые гидродинамические граничные условия и все модели турбулентности. Добавив интерфейс Fluid-Structure Interaction (Взаимодействие текучей среды и конструкции) в Мастер создания моделей, вы получите интерфейс Solid Mechanics (Механика твердых тел), интерфейс Laminar Flow (Ламинарный поток), узел мультифизической связи Fluid-Structure Interaction (Взаимодействие текучей среды и конструкции) и узел Moving Mesh (Подвижная сетка) в разделе Definitions (Определения). Все модели взаимодействия текучей среды и конструкции в Библиотеке приложений обновлены и теперь используют этот новый функционал.

Модель крыла спортивного автомобиля в турбулентном потоке. Давление (цветовая таблица) и деформация (увеличенная в 50 раз на поверхности) крыла спортивного автомобиля в турбулентном потоке (показан линиями тока) на скорости 200 км/ч в испытательном стенде. Модель использует одностороннее взаимодействие текучей среды и конструкции в новом физическом интерфейсе. Давление (цветовая таблица) и деформация (увеличенная в 50 раз на поверхности) крыла спортивного автомобиля в турбулентном потоке (показан линиями тока) на скорости 200 км/ч в испытательном стенде. Модель использует одностороннее взаимодействие текучей среды и конструкции в новом физическом интерфейсе.