MEMS 模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本为“MEMS 模块”的用户引入了边界元法用于在机电建模中分析静电,添加了结构力学相关的新功能,并新增了三个 MEMS 教学案例。请阅读以下内容,进一步了解“MEMS 模块”的更新功能。

新增“机电,边界元”接口

机电,边界元 接口将固体力学静电,边界元 接口的功能相结合,用于模拟静电驱动结构的变形。该耦合是由固体域和非固体空域界面处的麦克斯韦应力引起的结构上的边界载荷,其中使用边界元法计算电场;与静电 接口的反向耦合由边界的变形引起;基于边界元法的物理场接口可以同基于有限元法的接口结合使用。对于机电,边界元 接口,固体力学 接口基于有限元,而静电 接口基于边界元。采用边界元法分析静电的最大优势在于,不需要在中间和周围空气域使用体积网格,也无需为周围无界域添加无限元。在使用边界元时,系统会自动分析周围的无限域。

COMSOL Multiphysics 5.4 版本“模型向导”中的“机电,边界元”接口屏幕截图。

“模型向导”中新增的 机电,边界元接口屏幕截图。

“模型向导”中新增的 机电,边界元接口屏幕截图。

新的流-固耦合功能

新版本对流-固耦合 (FSI) 功能进行了扩展,现在支持与壳和膜相互作用。与此同时,流-固耦合 多物理场耦合经过重新设计,使同一耦合功能既适用于流体域产生大变形的情况,又适用于变形可忽略的情况。此外,新版本还添加了一种用于装配中的流-固耦合的多物理场耦合功能,其中,结构与流体之间的界面不必是共享网格的公共边界。

以下模型演示了这一特征:

球形止回阀的 FSI 模型。 经过球形止回阀的流动;流线根据压力着色。 经过球形止回阀的流动;流线根据压力着色。

用于增材制造的材料活化

在许多制造工艺中,材料都是按顺序添加的。在大多数情况下,材料在添加时应处于无应力状态。借助新的活化 特征(线弹性材料 节点的一个属性),您可以根据用户定义的准则添加和移除材料。该准则可以是与时间、参数值或温度等相关的任意表达式。层合板模型演示了这一功能。

使用“活化”特征模拟增材制造过程的示例。 层合板中的应力,其中的材料在不同的温度下沉积。 层合板中的应力,其中的材料在不同的温度下沉积。

辊支承条件支持解析法向

辊支承 边界条件中,您现在可以指定结构在其上滑动的解析表面,借助此功能,您还可以使用辊支承条件分析有限位移和旋转。新功能可避免边界表面的法矢方向不够理想的情况,例如使用导入的网格时可能发生的情况。

使用“辊支承”边界条件的示例。 杆的中间部分使用了定义为圆柱面的辊支承条件。杆可以绕轴自由旋转,也可以轴向平移。 杆的中间部分使用了定义为圆柱面的辊支承条件。杆可以绕轴自由旋转,也可以轴向平移。

边和点的刚性连接件

在对机械装配建模时,使用刚性连接件是一种重要的方法。刚性连接件 中的选择现在可以是边界、边和点的组合,您也可以直接在边和点层级添加刚性连接件。举个例子,连接点在螺栓连接和铆钉连接等情况下非常有用。

使用刚性连接件的模型。 管末端的边界通过一个刚性连接件与板中的八个点连接。 管末端的边界通过一个刚性连接件与板中的八个点连接。

刚性连接件特征的柔性公式

刚性连接件 特征现在包含两个公式:刚性柔性。在默认的刚性 公式中,所有选定的边界、边和点都表现出它们由一个公共刚体连接而呈现的特征。在某些情况下,这会产生不必要的强化或不切实际的局部应力。此时,您可以切换为柔性 公式,这是一种以平均方式施加约束的公式。柔性公式仅适用于具有纯边界选择的刚性连接件,而不适用于包含边或点的选择。

“刚性连接件”特征的“柔性”公式演示。

通过刚性连接件施加端力矩的两个悬臂梁;上悬臂采用新的柔性 公式。

通过刚性连接件施加端力矩的两个悬臂梁;上悬臂采用新的柔性 公式。

用于外部材料的实用程序函数

当您使用外部材料功能对自己的本构关系编程时,往往会重复使用某些代码段,其中包括各种张量运算、主值和方向计算以及矩阵求逆。新版本引入了一个包含 20 多个实用程序函数的库,涵盖了许多这类常见运算,可以大幅缩短材料模型代码的编写时间。

新增教学案例

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本新增了三个教学案例。