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优化复杂建筑表面的效能 中文

Andrew Watts, Carmelo Galante, Fabio Micoli, Newtecnic, London, UK

Newtecnic 的工程师们致力于复杂的建筑设计,专门研究大型流体造型建筑。为了满足这些建筑的效能目标与结构完整性的要求,Newtecnic 必须评估不同设计的机械性能和导热性能,并确定诸如环境影响、通风、保温系统、以及不同材料的相互作用等这些外界因素的影响。 COMSOL Multiphysics® 仿真软件能够帮助 Newtecnic 团队理解不同建筑设计的导热和结构性能,例如不同的设计结构对于复杂表面系统的温湿性能将会产生怎样的影响。

集成传感器设计进一步提升血糖监测水平 中文

Harvey Buck, Roche Diagnostics Operations, Inc., Indianapolis, IN, USA

糖尿病患者使用血糖监测试纸监测血糖;这些试纸受化学干扰以及环境条件的影响非常大。其制造过程和电极配置也会影响测试结果的准确性。罗氏诊断产品(美国)有限公司的研究员们使用多物理场仿真来分析血糖仪中的化学反应和电压响应。 罗氏的首席科学家 Harvey Buck 使用 COMSOL Multiphysics 研究试纸中用到的不同配置和材料。他在样本催化的化学反应过程中,分析了施压后的电响应。通过数值仿真,他预测出了电阻抗测量值对传感器机械性能的影响。他还优化了电极配置,使仿真结果受样本中细胞比率的影响最大,而受制造公差的影响最小。这些仿真结果有助于罗氏的研究团队更好地理解他们在血糖监测上所做的集成传感器设计。

多尺度建模推动三维打印中的虚拟材料设计的进步 中文

Marco Barink, Erica Coenen, TNO, Netherlands

由于材料制造和生产方式方面的限制,产品设计时难以利用三维打印材料中各向异性特性的优势。不过,増材制造为材料制造打开了一扇大门,工程师们可以将各种材料属性虚拟设计到一个单独的产品中去。荷兰应用科学研究院 (TNO) 的研究员们使用了多物理场仿真和多尺度建模来研究虚拟材料设计。 要开发一个程序以在三维打印结构中运用各向异性设计,研究员们使用了 COMSOL Multiphysics 研究单元细胞中的力学性能,控制各向异性纤维的材料属性与方向,并优化局部材料的分布,从而得到所需的总体属性。为了在较大范围内研究材料的设计,他们从单元细胞中提取了材料参数,用于原尺寸三维打印对象的模型,并在多种不同应用情况中将全耦合多尺度建模的方法成功地应用到几何与材料设计中。

借助仿真 App 优化 3D 打印技术 中文

Borja Lazaro Toralles, MTC, Coventry, UK

近年来,3D 打印彻底变革了制造技术,影响了无数的行业与产品。位于英国考文垂的制造技术中心 (MTC) 最近优化了定型金属沉积 (SMD) 技术,这是一项主要用于工业用途的 3D 金属打印技术。不同于其他常见的增材制造技术,SMD 技术会在表面一层层地沉积熔融的金属薄层,因此支持在一个部件中同时使用多种材料。但由于金属的温度极高,打印时最终成品可能会发生变形。 MTC 的工程师借助 COMSOL Multiphysics 的 App 开发器创建了仿真 App,因此能够在生产前先行预测最终部件的几何。即使 MTC 的团队成员和程师没有任何仿真经验,现在也可以借助 App 来探索不同的部件及测试设计,从而确定所需部件的最佳沉积工艺。仿真 App 加速了这项技术在工业市场的商用进程。

帮助汽车零件抵御腐蚀破坏 中文

Daniel Höche, HZG, Germany; Nils Bösch, Daimler AG, Germany

当不同金属的接触表面发生劣化时,就会发生电偶腐蚀,这类腐蚀每年都会给汽车行业造成数十亿美元的损失。不同金属组合的反应会受到材料属性、表面粗糙度以及组件连接技术的影响。 德国亥姆霍兹联合会 (HZG) 和戴勒姆集团 (Daimler AG) 的研究人员开发了 COMSOL Multiphysics App 来研究在轿厢壁板处的汽车零件中发现的腐蚀。研究人员借助仿真分析了铆钉表面的电化学反应、金属板材的腐坏,并理解了几何对腐蚀过程的影响。他们还模拟了钢板的脱层及不同金属层之间裂隙的生长,评估了阴极膜随镀锌被消耗的表现。理解了这些电化学行为之后,他们将能为 HZG 和戴勒姆集团的工程师们提供有关如何改进汽车零件的腐蚀防护的关键信息。

将生物燃料变为低成本可再生能源 中文

Peter Ciesielski, NREL, CO, USA

热解是一种正处于试商用阶段的热化学工艺,它能够将木材等可再生植物性材料转化为液体生物燃料。为了将热解变为一种低成本的生物燃料转化方法,美国国家可再生能源实验室 (NREL) 正借助多物理场仿真来更好地理解及优化这一工艺。目前,他们已经使用 COMSOL Multiphysics® 开发了一款与热解相关的传热及传质计算模型,模型包含了至今为止最精确生物质颗粒几何。后续可以在模型中加入化学反应及相变来继续改进这一工艺,以便开发一个完整的热解模型来提升大型反应器的性能,为生物燃料的大规模生产扫清成本障碍。

灵敏触摸屏的设计之路 中文

Peter Vavaroutsos, Andy Kiernan, Cypress Semiconductor, San Jose, CA

每次与智能手机、MP3 播放器或汽车中的显示屏交互时,我们都希望这些电容触摸屏能为我们返回一些信息、帮助发送消息或是播放音乐。这些屏幕由基底、粘合剂、透明镜片和铟锡氧化物 (ITO) 电极组成,它们共同构成了这项技术中所用的层叠。触摸屏设计因应用而异,因此需要针对预期环境对层叠进行定制。 在赛普拉斯半导体,工程师们使用 COMSOL Multiphysics® 来针对各类工作条件和使用改进触摸屏的设计。他们开发了一个静电模型来理解 ITO 图案的性能以及测试诸如保护玻璃厚度、层的介电常数及图案参数等设计更改,从而最终优化器件的性能。他们还基于模型开发了 App,使销售或支持领域的同事能够独立分析客户所要求的定制设计,测试及验证他们的设计想法。

锂离子电池组的热管理

Michele Gosso & Antonio Fiumara

Fiat Research Center, Orbassano, Italy

在意大利的菲亚特研究中心,Michele Gosso 和 Antonio Fiumara 正在努力开发为电动汽车和混合动力汽车供电的方法。他们必须将单个锂离子电池软包电芯组装到电池组中,以产生所需的 350V 电压,并在使用期间令电池组充分冷却。同时,他们希望尽可能让电池组保持小巧轻便。 于是他们利用 COMSOL Multiphysics 软件研究在设计中的对流空气冷却的表面分布情况。这样能够让他们发现电池中的热点,并研究内部温度分布情况,这些都无法通过其他方法实现,因为将热电偶嵌入到电池软包来获得可靠结果有一定难度。而利用 COMSOL Multiphysics 软件创建的这个模型帮助他们节省了 70% 的设计时间。他们希望将来各式各样的汽车都能采用这种更小巧更轻便的电池组。

以仿真为主导的防腐蚀策略 中文

S. Qidwai
USNRL, DC, USA

腐蚀是一个广受关注的问题,美国平均每年在此方面的花费达数十亿美元。尤其对海军而言,它是第一大维修问题。因此,在海军研究实验室(NRL),研究人员正基于多物理场仿真开发有助于材料设计师制作耐腐蚀材料的方法。他们这样做的目的是可以更直观地了解金属组成和微观结构对金属中腐蚀面产生影响的过程。随着腐蚀凹坑在材料中的逐渐变化,结构的完整性会降低,从而可能导致材料或部件在载荷下失效。因此,他们的总体目标是量化微结构、腐蚀凹坑渐变及机械性能之间的关系。为了建立这种关系,他们正努力开发会考虑微结构的腐蚀全耦合电化学质量传递模型。除了诸如移动网格(ALE)技术这样的功能外,他们还准备使用 COMSOL Multiphysics® 与 LiveLink™ for MATLAB 联合开发自己的模型。

利用多物理场仿真让智能材料更智能

J. Slaughter
ETREMA Products, IA, USA

ETREMA 产品公司的设计师和研究人员设计了具有磁致伸缩行为的智能材料,并将其应用于高精密设备。Terfenol-D 就是由 ETREMA 独家制造的一种特殊超磁致伸缩材料,它会响应所施加的磁场表现出任何合金的最大变形,而且它集成在诸如换能器等设备的核心中。由于 ETREMA 决定使用系统研究法来设计,这一决定最终促使他们采用 COMSOL Multiphysics 软件进行仿真,这样便能够开发具有自定义材料的模型和包含物理场的多个组件。使用单物理场仿真的最初目的是针对换能器设计进行计算。而创建磁致伸缩的耦合模型可以研究在机械应力和磁场作用下设备产生的变形,由此提供了一款在产品开发的每个阶段几乎都会用到的精确设计工具。