多体动力学模块更新

COMSOL Multiphysics® 6.1 版本为“多体动力学模块”的用户引入了接触建模性能改进、分析导线和电缆的接口,以及强制执行装配边界间连续性的新方法。请阅读以下内容,进一步了解这些更新及其他新增功能。

接触建模增强功能

新版本对接触建模功能进行了一些补充和改进,对性能和功能都有影响。

  • 实施了更快的新接触搜索算法,对大型三维模型尤其有利。
  • 新增了 Nitsche 方法,用于制定接触方程;这是一种稳健的方法,不会添加任何额外的自由度。
  • 为所有接触模型的接触方程添加了更稳定的新公式。
  • 改善了对自接触的支持。现在,该公式在接触对的两侧是对称的。


弹塑性管被强制放入锥形孔的动画,其中多个位置发生自接触。

导线物理场接口

新版本新增了一个导线 物理场接口,可以单独或与其他类型的结构一起用于分析电缆或导线系统。导线可以被施加预应力,也可以因自重而下垂。以下模型使用了这一新功能:


当支撑点向内移动时,受重力载荷作用的线栅中的力。其中部分栅格停留在刚性表面上。

新的装配连接方法

新版本中添加了一种新的方法来执行装配中边界之间的连续性,即 Nitsche 方法。与经典的逐点约束相比,新方法有两个重要的优点:

  1. 当两侧的网格不共形时,可以明显减少解中的局部扰动。
  2. 由于没有添加约束,因此避免了数值敏感且有时计算量较大的约束消除步骤。

两个带有红色箭头的矩形对象,其中以 Wave Light 颜色表显示应力。 使用经典约束或新的 Nitsche 方法连接不匹配的网格时,局部应力扰动的比较图。

部件模态综合法增强功能

借助“结构力学模块”,您现在可以在部件模态综合法(CMS)分析中使用壳单元。此外,新版本还引入了多项一般的功能改进,使您可以更轻松地针对 CMS 分析来建立模型。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“降阶柔性部件”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示洗衣机模型。 本例是对一台洗衣机的动力学研究,当表示洗衣机外壳的壳单元减少为 CMS 部件时,分析时间减少了 1/2。

基座激励

结构上的动态载荷通常由其所有支撑点的一定加速度组成,典型的示例包括,当零件连接到振动台进行测试时的情况。现在,您可以使用新的基座激励 特征更自然地描述这种类型的载荷。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“基座激励”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示主板模型。 基座激励的一个示例,其中结构在所有螺栓孔处具有统一的指定加速度。基座激励是整个模型的一个属性,因此这个特征不包含任何选择。

载荷作为合成量给出

对于边界载荷和点载荷集,您现在可以通过从载荷类型 列表中选择合成 选项来指定相对于给定点的总力和力矩,从而更轻松地应用合成载荷,而无需施加人为约束或者对实际载荷分布进行长时间的计算。此外,还可以控制载荷分布的假设形状。


本例在梁的末端施加以合成力矩形式给出的弯曲载荷,作为三维实体进行建模。实际的载荷分布用箭头显示。

刚性连接件的功能改进

刚性连接件 是抽象建模的重要工具,例如在应用载荷和连接对象时非常有用,其功能在以下三个方面得到了增强:

  1. 现在可以断开选定的自由度,例如在局部坐标系给定的方向上执行此操作。利用此选项,您可以释放过多的约束并减少局部应力集中。
  2. 对于三维中的两点刚性连接件,可以自动抑制潜在的旋转奇点。
  3. 作为新的默认设置,由刚性连接件生成的自由度现在可以在研究序列中组合在一起,从而显著减少模型树中的节点数,使您可以更轻松地应用手动缩放实现收敛容差。同样的更改也适用于连接件 特征。

三个刚性连接件模型,其中一个带有红色箭头,两个以 Prism 颜色表显示。 释放的自由度的影响。带内压的异径管末端有一个刚性连接件,如最左图的棕色面所示。如中间的图所示,对于标准公式,关于刚性的假设将保持半径不变。在最右侧的图中,径向位移在刚性连接件中被释放。仍然可以在任何方向施加载荷或连接到其他域。

局部坐标系中的结果

现在,您可以通过添加局部坐标系结果 节点来轻松定义任意数量的局部坐标系,以计算常用结果量。您可以在变换量中找到应力、应变、位移和材料属性。

两个圆柱模型,其中以 Prism 颜色表显示直接应变。 圆柱对称的几何在全局 x 方向和方位角方向上的直接应变。

预定义的绘图

新版本新增了用于预定义绘图的常规功能。预定义绘图类似于默认绘图,二者的重要区别在于,除非用户选择这样做,否则前者不会被添加到模型开发器 中。这有三个好处:

  1. 为每个研究生成的默认绘图的数量已大大减少。
  2. 除了先前版本中的默认绘图外,添加预定义的绘图 菜单中还提供了多个新的有用绘图。
  3. 中间研究步骤的结果图(例如,预应力动态分析中的加载步骤)可以直接使用。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“结果”节点,并显示其相应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示弹性滚子链模型,右侧打开了“添加预定义的绘图”窗口。 “案例库”中一个模型的 添加预定义的绘图窗口。