裂隙介质全耦合流体力学建模
了解裂隙地质介质中固体变形与流体流动之间的耦合关系，对于解决地球科学和岩土工程中的许多核心问题，例如地下挖掘、油气开采、碳封存、地热生产和废物处理，具有重要的意义。
在 COMSOL Multiphysics® 中模拟热机械疲劳
今天的客座博主是来自Lightness by Design公司的 Björn Fallqvist 博士，他在文中讨论了分析热机械疲劳的不同考虑因素和方法。 在这篇博客文章中，我们研究了 COMSOL Multiphysics® 软件中用于分析热机械疲劳的相关材料模型（模型使用了来自热机械疲劳测试的实验数据，以及参考文献中的材料参数）。随后，对在高温下运行的压力容器进行了分析，并使用非线性连续疲劳损伤模型评估疲劳寿命。 为什么要分析热机械疲劳？ 在许多应用中，传统的等温疲劳分析是不够的，因为部件在高温下或在高温循环下工作时，材料性能与室温有很大不同。这种应用的典型例子是涡轮机和发电厂部件。 传统的疲劳分析，尤其是高周疲劳（high-cycle fatigue，HCF），不能直接考虑高温造成的影响。在高周疲劳区域中，载荷较低，蠕变等影响可以忽略不计。有时，S-N 曲线会减小，以解决温度升高时疲劳强度降低的问题。然而，这没有考虑到温度和载荷同时循环时的影响，即所谓的热机械疲劳。这种温度变化的影响在低周疲劳（low-cycle fatigue，LCF）区域中尤为重要，在该区域，需要考虑多个方面，主要是弹塑性和蠕变的材料性能变化。 评估高温下疲劳性能的一种方法是使用样品在多个温度下的稳定(通常是寿命中期)应力-应变曲线，以获得应力或应变幅度，并确定控制非线性应力-应变曲线的硬化参数。理论上，人们可以用一组特定的外加载荷和温度组合进行实验，并尝试根据实验结果估算疲劳寿命。然而，热机械疲劳测试需要相对较长的时间，并且成本较高。评估高温下疲劳能力的一种更方便的方法是使用描述应力水平和失效循环关系的解析表达式，并根据温度对其进行修正。 热机械疲劳试验 在热机械疲劳试验中，试样通常同时承受循环应变和循环温度。这可以是同相(IP)或异相(OOP)。对于前者，最大拉伸载荷与最高温度同时出现，对于后者，最大拉伸载荷出现在最低温度时。 为了与本篇博文中的实验结果进行比较，我们参考了参考文献 1，其中研究了 P91(一种常见的电厂用钢) 的热机械疲劳。我们从参考文献 2 中获得了模型材料参数，获得了应力-应变曲线。值得注意的是，对于参考工作，使用统一的模型(即黏塑性应变由塑性和蠕变分量组成)。然而，这只会影响模型蠕变部分的值。 热机械疲劳分析的材料模型 作为温度的函数的材料模型参数（参考文献2）如下表所示： Temp [°C] E [MPa] k [MPa] Q [MPa] b [-] a1 [MPa] C1 [-] a2 [MPa] C2 [-] Z [MPa s1/n] n [-] 400 187,537.0 96 -55.0 0.45 150.0 2350.0 120.0 405.0 2000 2.25 500 181,321.6 90 -60.0 0.6 98.5 2191.6 104.7 460.7 1875 2.55 600 139,395.2 85 -75.4 1.0 52.0 2055.0 463.0 […]
使用 COMSOL Multiphysics® 模拟多孔介质的声学特性
今天的特邀博主 Kirill Horoshenkov（FREng）是来自英国谢菲尔德大学（the University of Sheffield）的声学教授，他讨论了如何使用 COMSOL Multiphysics® 软件和声学模块模拟多孔介质的声学特性。 对于多孔介质的声学特性，我们感兴趣的方面是它对入射声波具有极强的吸收和修改能力，其中入射声波与填充材料孔隙的流体会发生相互作用。黏性摩擦、惯性和热耗散效应是产生刚性结构多孔介质声学特性的主要原因。这些效应受材料的孔隙率和其他孔隙结构参数影响。对于大多数实际工程问题而言，尽管我们并不直接关注多孔材料的声学特性，但研究声学特性、孔隙率和结构形态之间的关系却非常有意义。 在与能量存储相关的应用中，测量影响多孔隔板的电解质吸收及导电能力的陶瓷隔板的孔隙率和曲折率非常重要；在与过滤操作相关的应用中，定期测量与上述相似的特性可以确定在有流体流动的情况下膜的渗透性；在制药应用中，通常需要测量平均粒度和压实度，粒度分布以及颗粒混合物吸收的水分量。在化学和化学工程应用中，重要的是要了解材料的内部孔隙表面积，用于通过输送催化剂控制化学反应并将有毒物质转化为化学惰性键。在噪声控制应用中，我们关注的是评估多孔层吸收声音的能力。 6 参数 Johnson–Champoux–Allard–Lafarge 模型 COMSOL Multiphysics 软件包含一系列可以预测多孔介质声学特性的模型。在以往的应用中，声学模块的 多孔介质声学功能（图1）中所包含的 Johnson-Champoux-Allard-Lafarge（JCAL）模型一直用于此目的，其结果被广泛参考（截至 2020 年 11 月 15 日，已有超过 2000 个 Scopus 文摘和引文数据库引用）。 JCAL 模型最初于 1991 年被提出（参考文献1）。它需要 6 个非声学参数来预测材料孔隙中流体复杂的、随频率变化的动态密度： (1) \rho(\omega)=\frac{\rho_f \alpha_\infty}{\epsilon_p} \left[ 1+\frac{\sigma \epsilon_p}{i \alpha_\infty \rho_f \omega} \left( 1+\frac{4i \alpha ^{2}_\infty \mu \rho_f \omega}{\sigma^2 \Lambda^2 \epsilon^{2}_{p}}\right)^{1/2} \right] 以及动态可压缩性 (2) C(\omega) = \frac{\epsilon_p}{\gamma P_0} \left[\gamma – \frac{\gamma-1}{1-\frac{i \sigma’ \epsilon_p}{\rho_f \alpha_\infty N_\textrm{Pr} \omega} \left(1+\frac{4i \alpha^{2}_{\infty}\mu \rho_f N_\textrm{Pr}\omega}{(\sigma’ \Lambda’ \epsilon_p)^2}\right)^{1/2}} \right] 图1 多孔介质声学接口的设置窗口的屏幕截图，显示了 JCAL 模型的 […]
如何通过仿真分析材料的硬度值？
一位客座博主讨论了如何使用模拟应用程序和COMSOL编译器™来创建用于研究硬度值、压痕测试数据等的产品。
对超弹性材料应用损伤演化定律
通过对超弹性材料实施物理驱动的损伤演化定律，您可以在循环过程中结合材料软化、蠕变和滞后曲线的稳定性。
通过搭接剪切试验估计超弹性材料参数
对于橡胶、聚合物和生物组织，应力和应变之间的关系是非线性的，即使在小载荷下也是如此。 搭接剪切试验可用于确定材料性能。
使用仿真 App 设计与分析螺旋弹簧
压缩弹簧被广泛应用于各个行业，尽管它们的使用历史悠久，但其设计却极具挑战。为了使设计弹簧的任务更加简单，Veryst Engineering 公司使用 COMSOL Multiphysics® 软件中的 App 开发器开发了一个仿真 App。该仿真 App 基于严格的有限元分析能够提供一些必要的设计信息。
通过数值分析表征材料特性
来自格里碳素（SGL Carbon）公司的特邀博主 Bojan Jokanović 向我们介绍了如何基于光学显微镜图像对材料结构进行仿真分析。