• Description

COMSOL Multiphysics ® 5.2a版針對“MEMS模組的用戶引入了升級後的壓阻效應介面、新增用於建模感測器和致動器的磁致伸縮介面、建模黏附和脫黏的功能,等等。請查看以下詳細資訊來了解“MEMS模組的所有更新內容。

 

新增的磁致伸縮介面

新版本引入了新增的磁致伸縮介面。透過這個功能,您可以基於磁致伸縮原理建模多種感測器和致動器。焦耳效應是一種常見的磁致伸縮效應,描述由於材料的磁化狀態變化而引起的長度變化。聲吶、聲學設備、主動振動控制、位置控制及噴油系統應用領域的換能器中常常利用這種效應。其逆效應描述了由於材料機械應力產生的磁化變化,稱為維拉里效應,在感測器中應用廣泛。

 

App 庫中的非線性磁致伸縮換能器案例,使用非線性各向同性材料模型。

磁致伸縮介面添加到模型後,會創建固體力學介面、磁場介面以及磁致伸縮多物理場耦合或一系列節點。在固體力學介面中,添加了新的磁致伸縮材料模型,包含三種不同的公式:線性、非線性各向同性及非線性立方晶體。在磁場介面中,在對磁致伸縮材料建模時可以使用新的安培定律,磁致伸縮特徵。

備註:要對磁致伸縮行為建模,需要“AC/DC 模組和以下模組之一:結構力學模組“MEMS 模組聲學模組

將新的磁致伸縮介面與非線性各向同性材料模型結合使用的案例的應用資料庫路徑為:Structural_Mechanics_Module/Magnetostrictive_Devices/nonlinear_magnetostriction

 

壓阻物理場介面升級為多物理場耦合

三個專用於壓阻效應的物理場介面(壓阻效應,域電流介面、壓阻效應,邊界電流介面以及壓阻效應,殼介面)已全部升級為相應的多物理場節點。模型嚮導中的選擇物理場樹視圖外觀跟之前相同;三個多物理場耦合名稱相同,仍位於結構力學>壓阻效應下的相同位置。

透過新的多物理場耦合,您可以靈活地啟用/關閉每個組成的物理場介面和/或物理場之間的耦合。由於壓阻效應是從機械應力到導電率的單向耦合,因此,預設情況下已在每種介面的電流節點下添加了壓敏電阻材料節點。

查看螢幕截圖»

 

“選擇物理場”窗口顯示結構力學> 壓阻效應下的三個壓阻多物理場接口。

 

選擇物理場窗口顯示結構力學>壓阻效應下的三個壓阻多物理場介面。

 

指定速度和指定加速度的諧波擾動

指定速度指定加速度特徵已升級為包含諧波擾動子節點。因此,這些邊界條件可以用作穩態研究步驟中的固定約束,然後在後續預應力頻域研究中提供諧波振動。可以從固體力學介面使用這個新功能。

 

黏附和脫黏的模擬

使用接觸節點下新增的黏附子節點,您可以分析涉及零件粘合和分離的多種製造過程。接觸邊界在滿足特定準則時將粘合在一起,此準則可以是接觸壓力、間隙距離或任意用戶定義的表達式。例如,用戶表達式可以基於熱傳研究中的溫度。您還可以指定虛擬粘合層的彈性屬性。

透過黏附連在一起的兩個邊界在指定脫黏定律時可以再次分離。在新增的黏附子節點及其設置窗口中,可以選擇脫黏。此子節點包含三種不同的脫黏定律:線性多項式多線性。脫黏定律允許與法向和切向的獨立屬性進行混合模式的脫黏,這項技術也稱為內聚力模型(CZM)

顯示脫黏建模的案例模型的應用資料庫路徑為:Structural_Mechanics_Module/Contact_and_Friction/cohesive_zone_debonding

層壓板剝離,來自App 庫中層壓複合材料教程模型的混合模式剝離。

 

 

層壓板脫黏,來自App 庫中層壓複合材料教學模型的混合模式脫黏。

查看螢幕截圖»

 

Serendipity邊點元素

被稱為Serendipity邊點類型的元素已添加到固體力學介面,以便補足拉格朗日類型。對於主要包含六面體元素的模型,使用Serendipity邊點元素將顯著提高性能、加快運行速度,還能節省記憶體。添加新物理場介面時,現在預設使用Serendipity邊點元素。

二次多項式巧湊邊點單元(左側)以及拉格朗日單元(右側)中的節點位置。

 

二次多項式Serendipity邊點元素(左側)以及拉格朗日元素(右側)中的節點位置。

查看螢幕截圖»

查看更多截屏»

 

輸入熱膨脹數據的新方法

現在有三種不同方法可以輸入熱膨脹材料數據:

·       作為熱膨脹的割線係數。這是之前版本中預設且唯一可用的方法。

·       作為熱膨脹的切線熱力學係數

·       透過顯式指定熱應變作為溫度的函數。

透過選擇適當的選項,您可以使用不同類型的測量數據,無需轉換。在固體力學,膜桁架介面中可以使用新選項。

查看螢幕截圖»

熱膨脹的割線係數選項用於計算在溫度從特定參考溫度發生變化時總的應變變化: 熱膨脹的切線係數選項提供熱應變靈敏度隨溫度變化的相關資訊: 。在參考溫度時,兩個值一致。

 

金的正割和正切熱膨脹係數(CTE),其中室溫用作無應變參考溫度。

金的正割和正切熱膨脹係數(CTE),其中室溫用作無應變參考溫度。

 

約束的熱膨脹

現在您可以使用熱膨脹子節點增加約束條件,例如,固定約束和指定位移。這樣可以在透過約束變得理想化的周圍結構不處於固定溫度時消除由約束產生的應力。同樣地,熱膨脹子節點已添加到剛性連接附件節點,允許其他剛性對象的熱膨脹。

使用此功能時,要指定周圍非建模結構的熱膨脹係數和溫度分佈。整合由這些因素導致的熱應變可獲取一個位移場,該位移場已添加到約束。

 

向固定約束添加熱膨脹的效果。

向固定約束添加熱膨脹的效果。

域終端

現在您可以使用域級別的電流靜電物理場介面中的終端功能。對於在邊界級別使用終端時可能涉及選擇大量邊界的複雜幾何電極,這個功能非常方便。終端域選擇中電位的未知變量不會被求解,而是使用一個變量代替。這在建模透過幾何表徵的有限厚度電極時非常有用。

 

更新了AC/DC“App 庫”中的“可調電容器”模型,以使用新的域終端,從而將超過50 種邊界選擇縮減為單個域。

更新了AC/DC”應用資料庫中的可調電容器模型,以使用新的域終端,從而將超過50 種邊界選擇縮減為單個域。