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定制仿真 App 促进产业创新

Edward Furlani, University at Buffalo, NY, USA

借助仿真 App,那些不具备仿真专业知识的用户也可以受益于数值仿真的力量。纽约州立大学布法罗分校 (UB) 工程与应用科学学院的教授 Edward Furlani 致力于培养新一代的工程企业家,使其和工业合作伙伴紧密联系在一起,分析设计出具备商业用途的材料及设备。Furlani 和他的学生们针对基于物理场的数值仿真创建了定制化的仿真 App,方便终端用户运行多物理场分析。这些仿真 App 是在 COMSOL Multiphysics® 内置的 App 开发器中创建的,并通过安装于本地的 COMSOL Server™ 部署给用户。

借助高性能计算进行仿真,定制化设计大功率电子器件

M. Siatkowski, BLOCK Transformatoren-Elektronik, Germany

BLOCK 集团(Block Transformatoren-Elektronik)是领先的线圈类产品制造商,其业务包括定制各类变压器、电源、EMC 滤波器及电抗器。工程师不仅要保证产品的工作频率、尺寸及重量、电源损耗、电绝缘等参数符合规格要求,还要保证它们能适应不同的环境条件。 为了节约开发成本,BLOCK 集团的研究人员使用了 COMSOL Multiphysics® 软件,在最终确定设计之前减少了所需的物理原型机数量。他们的设计中包含了以下两项分析内容:空气冷却型直流电感器的温度分布和环形电感器的磁通密度。

人造恒星: 高性能核聚变发电机的结构完整性评估

Jeffrey Doody, MIT Plasma Science and Fusion Center, Cambridge, MA, USA

50 多年来,国际社会一直致力于研究将核聚变作为一种清洁、安全、取之不竭的能源的可能性。麻省理工学院(MIT)等离子体科学与聚变中心(Plasma Science and Fusion Center,简称 PSFC)的研究人员提出了一种用于高级偏滤器实验(Advanced Divertor eXperiment,简称 ADX)的托卡马克装置,这是一种带有模组设计的小型核聚变设备,可用作研发的试验台,并能够进一步协助技术开发。为了优化 ADX 托卡马克装置的设计,MIT 的研究人员使用数值仿真来确保真空容器能够承受最严重的等离子体破裂情况。

Medtronic 借助多物理场仿真推进消融治疗技术发展

Casey Ladtkow, Medtronic, Boulder, CO, USA

Medtronic 的研究人员使用多物理场仿真对消融治疗技术进行了探索,进而帮助内科医生更好地规划和实施消融治疗。他们的研究旨在理解并优化消融探针的发射与接收性能,从而彻底破坏软组织肿瘤。借助 COMSOL Multiphysics® 软件,研究团队探索了消融过程的各方面因素:包括不同条件下的辐射表现、活体组织中的传热,以及液相到气相的相变动力学。

模拟激光与材料的相互作用

Manyalibo Matthews, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), CA, USA

位于加利福尼亚的劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory,简称 LLNL)负责管理国家点火装置(National Ignition Facility,简称NIF),这里拥有世界上最大、功率最高的激光器。但是,反复使用这个激光器会对系统中用于引导和聚焦激光的光学元件产生损害。 Manyalibo Matthews 是 LLNL 材料科学部的副组长,他与团队成员正在研究激光系统中熔融石英光学元件的修理和保养技术。下载并阅读文档,了解他们如何使用 COMSOL Multiphysics® 软件来模拟激光与材料间的相互作用。研究人员借助仿真对红外线(IR)脉冲激光微成形/微机械、慢速退火,以及激光化学气相沉积(L-CVD)进行了探索。同时还优化了一项称作选择性激光烧结(SLM)的 3D 打印增益工艺。

延长大功率电气系统的使用寿命

Samuel Hartmann, ABB Semiconductors, Switzerland

ABB 半导体借助多物理场仿真延长了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的寿命。IGBT 模块被用于大功率电气系统,并反复经历电、热及机械疲劳。ABB 团队探索了焊线与发射器之间不同的连接配置,并借此研究了针脚结合技术是否能够延长设备寿命,同时他们还使用全新的连接技术在发射器的硅晶片和铝制焊线之间焊入了一个应力缓冲器。借助数值仿真,研究人员对导致 IGBT 模块组件性能下降的因素进行了分析,并确认了加强版 IGBT 芯片大幅提升耐用性背后蕴含的物理原理。

App 开发器与 COMSOL Server:用户评述

William T. Vetterling, Zink Imaging, MA, USA

William Vetterling 是美国 Zink成像公司(Zink Imaging)影像科学实验室的主管兼研究员,他借助 COMSOL Multiphysics®.中的“App 开发器”创建了一个直观易用的仿真 App。此 App 可对热敏打印头中的电流分布和加热进行计算,并清晰整齐地显示出计算结果。 Vetterling 在 App 中加入了打印头的电极数量与宽度的输入参数,又利用“表单编辑器”和“方法编辑器”工具扩展了 App 的功能。同时他还通过 COMSOL Server™ 将此 App 部署给了同事。

为建筑物提供更好的制冷与制热

Eric Laurenz, Hannes Fugmann, Fraunhofer ISE, Germany

吸附式气候控制系统主要依靠废热、天然气及废气进行驱动,因此它能减少建筑物制冷与制热所消耗的电能。尽管吸附式制冷机、热泵和储热单元已实现商用,但要进行更大规模的应用,还需进一步提升该技术的效率和紧凑性,并降低生产成本。 位于德国弗莱堡的弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems,简称 ISE)借助数值仿真和实验更深层次地理解并设计了吸附系统中的换能器,其中包括使用网状结构来增加传热表面的面积。借助 COMSOL Multiphysics® 软件,研究团队捕捉到了吸附和解吸过程的动力学特征,以及释放到建筑物中的热量。他们的工作包括模拟水蒸气和热流过多孔结构(如吸附剂)的过程,以及等温流体流动和固体中的热传导问题,这些研究帮助他们开发出了更好的换热器结构。

打破常规,实现更快的信号与模拟速度

Juan C. Cervantes-Gonzalez, Intel Guadalajara Design Center, Mexico

随着对电子设备处理速度需求的不断提升及电子封装的小型化趋势,我们需要发展优化的高速互联技术,该项技术可实现电子元件之间的信号传递。在印刷电路板(PCB)中,电子封装的互联设计单元使信号垂直于电路板进行传输,并穿过多个金属和介电层。为了满足日益迫切的技术需求,互联应当被设计得更加小巧,且封装得更紧密,同时还应能够在高频下运行。 为了减少测试新的互联设计所需的原型机数量,英特尔瓜达拉哈拉设计中心(Intel Guadalajara Design Center)开发出了一种高效的计算设计优化方法:将 COMSOL Multiphysics® 的全波电磁仿真与 MATLAB® 软件的空间映射(SM)算法相结合。通过该方法,工程师能够加速互联设计的优化,并缩短设计周期,让走在时代前端的高速互联技术更快实现商用。

WiTricity 借助磁共振实现灵活的无线充电

Andre Kurs, WiTricity, MA, USA

WiTricity 的工程师们研发出了基于磁共振的无线充电技术,此项技术灵活便捷,应用范围涵盖医学植入物、电动汽车和消费电子产品等各类产品。研究团队使用 COMSOL Multiphysics® 软件分析了线圈配置的电磁和热学性能,并研究了带电设备、线圈变形,以及电源与接收器间的扰动物体吸收的能量对性能的影响。结果表明,仿真能够有效协助他们对设计进行优化和验证,以及确认系统是否符合安全指导,进而可将设计拓展到多个不同的应用领域。

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