Обновления модуля MEMS

В модуле MEMS версии COMSOL Multiphysics® 5.4 появились метод граничных элементов для учета явлений электростатики при моделировании электростатической механики, новый функционал, относящийся к механике конструкций, а также три новые учебные модели микроэлектромеханических (МЭМС) устройств. Подробности об этих обновлениях в модуле MEMS приведены ниже.

Новый интерфейс Electromechanics, Boundary Elements (Электростатическая механика, граничные элементы)

Интерфейс Electromechanics, Boundary Elements (Электростатическая механика, граничные элементы) сочетает в себе функции интерфейсов Solid Mechanics (Механика твердых тел) и Electrostatics, Boundary Elements (Электростатика, граничные элементы) для моделирования деформаций в механических устройствах с электростатической актуацией. Мультифизическая связь представляет собой приложенную на границы устройства и окружающего его устройства (void для МГЭ) нагрузку, рассчитанную на основе тензора напряжений по Максвеллу, для которого электрическое поле рассчитывается с помощью метода граничных элементов. Обратная взаимосвязь с интерфейсом Electrostatics (Электростатика) осуществляется за счет учета деформаций границ. Физические интерфейсы, основанные на методе граничных элементов, можно сочетать с интерфейсами, основанными на методе конечных элементов. Интерфейс Electromechanics, Boundary Elements (Электростатическая механика, граничные элементы) связывает интерфейс Solid Mechanics (Механика твердых тел), который использует метод конечных элементов, и интерфейс Electrostatics (Электростатика), использующий метод граничных элементов. Преимущества метода граничных элементов для решения задач электростатики состоят в том, что в области между элементами и в окружающей среде не нужно строить сетку, а также не нужно использовать бесконечные элементы (infinite elements) для имитации открытых границ. При использовании граничных элементов окружающая бесконечная область автоматически подразумевается в формулировке метода.

Снимок экрана, на котором показан интерфейс Electromechanics, Boundary Elements (Электростатическая механика, граничные элементы) в Построителе моделей COMSOL Multiphysics 5.4.

Снимок экрана, на котором показан выбор в Мастере создания моделей нового интерфейса Electromechanics, Boundary Elements (Электростатическая механика, граничные элементы).

Снимок экрана, на котором показан выбор в Мастере создания моделей нового интерфейса Electromechanics, Boundary Elements (Электростатическая механика, граничные элементы).

Новые мультифизические связи для расчета взаимодействия жидкости и конструкции

Мультифизические связи для учета взаимодействия жидкости и конструкции расширены, и теперь можно добавить в модель взаимодействие с оболочками (shell) и мембранами (membrane). Сама мультифизическая связь Fluid-Structure Interaction (Взаимодействие жидкости и конструкции) была изменена и теперь может использоваться как в ситуациях, когда изменение геометрии в области жидкости важно, так и в случае, когда им можно пренебречь. Добавлена также новая мультифизическая связь для учета взаимодействия жидкости и конструкции в сборках, в которых граница раздела между конструкцией и жидкостью не обязательно должна являться обычной границей с общей сеткой.

Функционал новых FSI-связок продемонстрирован в следующих моделях:

Модель взаимодействия жидкости и конструкции (FSI) для обратного шарикового клапана. Поток через обратный шариковый клапан. Линиям тока присвоен цвет в зависимости от давления. Поток через обратный шариковый клапан. Линиям тока присвоен цвет в зависимости от давления.

Активация материала для задач аддитивного производства

Во многих технологических процессах материал добавляется последовательно, в большинстве случаев — в состоянии, свободном от напряжений (stress-free state). С помощью новой функции Activation (Активация), являющейся атрибутом узла Linear Elastic Material (Линейный упругий материал), можно добавить и удалить материал на основе пользовательского критерия. Этот критерий может представлять собой произвольное выражение, зависящее, например, от времени, значений параметров или температуры. Эта функция продемонстрирована в модели Многослойная пластина.

Пример использования функции Activation (Активация) для моделирования задач аддитивного производства. Напряжения в многослойной мембране, в которой при разных температурах происходит напыление материала. Напряжения в многослойной мембране, в которой при разных температурах происходит напыление материала.

Условие качения (Roller) с аналитической нормальной ориентацией

При использовании граничного условия Roller (Качение) теперь можно задать аналитическую поверхность, по которой скользит конструкция. С помощью этой функции можно также использовать условие качения для конечных смещений и поворотов. Благодаря новому функционалу можно избежать ситуаций, в которых векторы нормали граничной поверхности могут иметь неидеальную ориентацию, например при использовании импортированных сеток.

Пример использования граничного условия Roller (Качение). Условие качения, заданное как поверхность цилиндрической формы, используется на центральной секции стержня. Стержень может свободно вращаться вокруг своей оси и менять ее положение. Условие качения, заданное как поверхность цилиндрической формы, используется на центральной секции стержня. Стержень может свободно вращаться вокруг своей оси и менять ее положение.

Жесткий соединитель (Rigid Connector) для краев и точек

Использование жестких соединителей является незаменимым методом при моделировании механических сборок. Выборка жесткого соединителя теперь может представлять собой сочетание границ, краев и точек. Можно также добавить жесткий соединитель непосредственно с краю и на уровне точек. Соединение точек полезно для создания, например, болтовых или клепаных соединений.

Модель, в которой используется жесткий соединитель. Граница на конце трубы соединена с восьмью точками в плите с помощью жесткого соединителя. Граница на конце трубы соединена с восьмью точками в плите с помощью жесткого соединителя.

Опция Flexible (Гибкий) для жесткого соединителя

Для функции Rigid Connector (Жесткий соединитель) теперь доступны две опции: Rigid (Жесткий) и Flexible (Гибкий). При использовании стандартной формулировки типа Rigid (Жесткий) все выбранные границы, края и точки ведут себя так, как если бы они были соединены общим жестким телом. В некоторых случаях это приводит к чрезмерной жесткости или нереалистичным локальным напряжениям. Тогда можно переключиться на опцию Flexible (Гибкий), в которой зависимость применяется только в усредненной мере. "Гибкая" формулировка доступна только для жесткого соединителя с выборкой только из границ и не доступна, если выборка содержит края или точки.

Опция Flexible (Гибкий) для условия Rigid Connector (Жесткий соединитель).

Две консольные балки с конечным моментом, примененным с использованием жесткого соединителя. Для верхней консоли используется новая опция Flexible (Гибкая).

Две консольные балки с конечным моментом, примененным с использованием жесткого соединителя. Для верхней консоли используется новая опция Flexible (Гибкая).

Вспомогательные функции для внешних моделей материалов

Программируя пользовательские определяющие уравнения с использованием внешних материалов некоторые фрагменты кода используются повторно. Сюда относятся различные тензорные операции, вычисления принципиальных значений и ориентаций и обращение матрицы. Новая библиотека, содержащая более 20 вспомогательных функций, обеспечит эффективное выполнение таких операций и значительно сократит время на написание кода для моделей материалов.

Новые учебные модели

В версииCOMSOL Multiphysics® 5.4 добавлены три новые учебные модели.