MEMS 模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.2a 版针对“MEMS 模块”的用户引入了升级后的压阻效应接口、新增用于建模传感器和执行器的磁致伸缩接口、建模粘附和剥离的功能,等等。请查看以下详细信息来了解“MEMS 模块”的所有更新内容。

新增的磁致伸缩接口

新版本引入了新增的磁致伸缩接口。通过这个功能,您可以基于磁致伸缩原理建模多种传感器和执行器。焦耳效应是一种常见的磁致伸缩效应,描述由于材料的磁化状态变化而引起的长度变化。声呐、声学设备、主动振动控制、位置控制及喷油系统应用领域的换能器中常常利用这种效应。其逆效应描述了由于材料机械应力产生的磁化变化,称为维拉里效应,在传感器中应用广泛。

磁致伸缩接口添加到模型后,会创建固体力学接口、磁场接口以及磁致伸缩多物理场耦合或一系列节点。在固体力学接口中,添加了新的“磁致伸缩材料”模型,包含三种不同的公式:线性、非线性各向同性及非线性立方晶体。在磁场接口中,在对磁致伸缩材料建模时可以使用新的“安培定律,磁致伸缩”特征。

备注:要对磁致伸缩行为建模,需要“AC/DC 模块”和以下模块之一:“结构力学模块”、“MEMS 模块”或“声学模块”。

将新的“磁致伸缩”接口与非线性各向同性材料模型结合使用的示例的“App 库”路径为: Structural_Mechanics_Module/Magnetostrictive_Devices/nonlinear_magnetostriction

压阻物理场接口升级为多物理场耦合

三个专用于压阻效应的物理场接口(压阻效应,域电流接口、压阻效应,边界电流接口以及压阻效应,壳接口)已全部升级为相应的多物理场节点。模型向导中的“选择物理场”树视图外观跟之前相同;三个多物理场耦合名称相同,仍位于结构力学 > 压阻效应下的相同位置。

通过新的多物理场耦合,您可以灵活地启用/禁用每个组成的物理场接口和/或物理场之间的耦合。由于压阻效应是从机械应力到电导率的单向耦合,因此,默认情况下已在每种接口的电流节点下添加了压敏电阻材料节点。

指定速度和指定加速度的谐波扰动

“指定速度”和“指定加速度”特征已升级为包含谐波扰动子节点。因此,这些边界条件可以用作稳态研究步骤中的固定约束,然后在后续预应力频域研究中提供谐波振动。可以从固体力学接口使用这个新功能。

粘附和剥离的模拟

使用接触节点下新增的粘附子节点,您可以分析涉及零件粘合和分离的多种制造过程。接触边界在满足特定准则时将粘合在一起,此准则可以是接触压力、间隙距离或任意用户定义的表达式。例如,用户表达式可以基于传热研究中的温度。您还可以指定虚拟粘合层的弹性属性。

通过粘附连在一起的两个边界在指定剥离定律时可以再次分离。在新增的粘附子节点及其“设置”窗口中,可以选择剥离。此子节点包含三种不同的剥离定律:线性多项式多线性。剥离定律允许与法向和切向的独立属性进行混合模式的剥离,这项技术也称为内聚力模型 (CZM)。

显示剥离建模的示例模型的“App 库”路径为: Structural_Mechanics_Module/Contact_and_Friction/cohesive_zone_debonding

巧凑边点单元

被称为巧凑边点类型的单元已添加到固体力学接口,以便补足拉格朗日类型。对于主要包含六面体单元的模型,使用巧凑边点单元将显著提高性能、加快运行速度,还能节省内存。添加新物理场接口时,现在默认使用巧凑边点单元。

输入热膨胀数据的新方法

现在有三种不同方法可以输入热膨胀材料数据:

  • 作为热膨胀的割线系数。这是之前版本中默认且唯一可用的方法。
  • 作为热膨胀的切线(“热力学”)系数
  • 通过显式指定热应变作为温度的函数。

通过选择适当的选项,您可以使用不同类型的测量数据,无需转换。在固体力学,膜桁架接口中可以使用新选项。

热膨胀的割线系数选项用于计算在温度从特定参考温度发生变化时总的应变变化:热膨胀的切线系数选项提供热应变灵敏度随温度变化的相关信息:。在参考温度时,两个值一致。

约束的热膨胀

现在您可以使用热膨胀子节点增加约束条件,例如,固定约束和指定位移。这样可以在通过约束变得理想化的周围结构不处于固定温度时消除由约束产生的应力。同样地,热膨胀子节点已添加到刚性连接附件节点,允许其他刚性对象的热膨胀。

使用此功能时,要指定周围非建模结构的热膨胀系数和温度分布。集成由这些因素导致的热应变可获取一个位移场,该位移场已添加到约束。

域终端

现在您可以使用域级别的“电流”和“静电”物理场接口中的“终端”功能。对于在边界级别使用终端时可能涉及选择大量边界的复杂几何电极,这个功能非常方便。终端域选择中电势的未知变量不会被求解,而是使用一个变量代替。这在建模通过几何表征的有限厚度电极时非常有用。