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深入了解用于产生声流效应的压电材料 中文

G. Potter
SUNY Albany, NY, USA

微流控器件是许多传感器的关键,例如流量传感器以及用于医学诊断的传感器。但由于其尺寸很小,使得流体的混合与抽取变得极具挑战性。作为传统驱动方法的替代方法,表面声波(SAW)可用来产生流体流动。在 SUNY Albany 和 SEMATECH 合作中,研究人员创建了模型并模拟了集成叉指换能器(IDT)结构,以及压电基片结构和 SAM 产生的谐波振动。他们使用 COMSOL Multiphysics 软件对影响器件几何优化的因素进行了研究,比如声流响应和谐振频率。他们通过仿真结果,证实了 SAW 的垂直位移越大对应的流动速度越高,而且他们的仿真结果与实验测量相吻合。

加强输电线路的性能:采用仿真优化设计

J. Leman
POWER Engineers, MA, USA

环境条件和硬件负载以及性能测试所致的机械应力,当然,还有电学性能。输电线路硬件包含绝缘和导电组件。电晕放电是一种常见的电现象,一般发生在邻近的绝缘组件和高电压导体的表面电场引起周围空气分子电离时。这会导致电磁干扰,可见光,能量损失以及可听见的噪声。在一个研究如何减少输电线路的电晕放电的项目中,咨询公司 POWER Engineers, Inc. 的高级项目工程师 Jon Leman 使用了 COMSOL Multiphysics 软件来模拟绝缘装配体。他的研究团队使用自己的仿真来确定传输线路硬件的不同表面周围的电场强度和电势。他们使用研究出的结果来预测哪些区域最容易受到电晕放电,并得到一些宝贵经验:如何改良绝缘体组件来获得更好的性能。

模拟复合物理场加速芯片开发

P. Woytowitz
Lam Research Corporation, CA, USA

随着计算机技术的飞速发展,需要更强大的计算机芯片才能满足行业迅猛发展的高要求。Lam Research Corporation 主要制造半导体装置和设备,在半导体加工工艺中使用它们来沉积,蚀刻并清洁摆放在晶圆上的材料层。使用与化学气相沉积(CVD)一样精确的工艺后,温度波动和热循环会导致制造工艺的核心环节(沉积、选择性去除及构图)出现问题。 Lam 工程部总监 Peter Woytowitz,已利用 COMSOL Multiphysics 了解了制造过程中问题产生原由,以及晶圆变形与叠加错误和偏差之间的关联方式。他的研究团队不仅设计了一种可以使温度更均匀的加热系统,还在用于创建高纵横比功能的临时结构中模拟了屈曲。他们通过仿真结果能够成功优化工具的性能,使晶圆移位程度与叠加错误精确匹配,然后准确地预测屈曲。

模拟药物洗脱支架中的释放机理 中文

T. Schauer, I. Guler
Boston Scientific Corporation, MN, USA

穿过冠状动脉置入支架是用于治疗由动脉狭窄而限制血液向心脏流动的常用解决方法。按照这种方法操作时,由于组织会在支架上过度生长可能会出现再狭窄现象。Boston Scientific 的研究人员正在使用多物理场仿真来更好地了解药物洗脱支架如何防止组织再生,从而进一步改进他们的设计。 研究人员在 COMSOL Multiphysics 软件中建立了一个用于药物控释并进入周围组织的支架涂层模型。在他们的模型中,可以使用刚性弹簧法,确保孔隙和壳层之间界面处的药物扩散通量的连续性。优化模块用于改良不能通过实验确定的模型参数,比如聚合物壳层的厚度和在支架涂层中孔隙的延迟系数。仿真和实验数据都证实了通过孔隙的快速释放机理和通过壳层中聚合物包封剂的慢速扩散。

仿真帮助改进载人航天器的空气再生系统 中文

J. Knox, R. Coker
NASA Marshall Space Flight Center, AL, USA

为确保航天员的安全和太空任务的成功,需要定期对载人航天器中的空气进行再生处理。Jim Knox、Rob Coker 带领着 NASA 马歇尔航天飞行中心的工程师团队已经开发了称为等温体干燥器(IBD)的集水系统。IBD 可用于回收大气中的水分以供再次使用。它由填充层组成,其中每道填充层都布满了硅胶颗粒;空气流过时,水被吸附到硅胶上,然后一旦空气继续进入 CO2 去除系统后便通过解吸返回到大气中。Knox 和 Coker 使用 COMSOL Multiphysics 软件模型模拟了一个四道填充层 IBD 中气体流动和传热。他们监测了水吸附和解吸时的流动速率,压力条件和水浓度。他们的模型预示了 IBD 成功去除了大气中 85% 的水分。在使用 COMSOL 优化设计的同时,他们还希望能为 NASA 提供比从前飞得更远的集成系统。

纳米谐振器获得新型界定工具

J. Yang, M. Perrin, P. Lalanne
CNRS, France

纳米谐振器(或光学纳米天线)以纳米数量级控制光线的集中、辐射和吸收,该技术未来具有无限前景,如传感器、计算机及其他电子装置。然而,这些装置散射光线的方式以及与其周围环境之间的相互作用方式都不太好理解,以及构成这些装置的复合金属形状的电磁特性也不容易理解。用来计算谐振模式以及纳米谐振器的激励的数值方法历来都很麻烦而且容易出错。 现在,Institut d’Optique d’Aquitaine(法国,巴黎)的研究人员和工程师使用 COMSOL Multiphysics 软件仿真来迅速精确地确定了物理性质,计算了谐振模式,并分析了由于激励而产生的电磁场和散射。他们希望模拟这些纳米谐振器的新方法可以促进纳米机电装置(NEMS)的发展,并使其得到更广泛的应用,如光电、光谱学以及改进的电子系统。

为改进飞机结构的雷击保护,波音公司模拟了多孔金属箔复合材料的热膨胀 中文

J. Morgan, R. Greegor, P. Ackerman, Q. Le
Boeing, WA, USA

现代飞机的整个机身大量使用了碳纤维复合材料(如波音 787 梦想客机),因为这种材料重量轻且具有极其出色的强度。在复合结构层合板中添加多孔金属箔(EMF),用以消散由雷击产生的过量的电流和热量。波音研究与技术中心(BR&T)的工程师正在利用多物理场仿真和物理测量,以确保受到地空飞行周期产生的热应力后 EMF 防护涂层可以保持完好无损。EMF 设计参数在 COMSOL Multiphysics® 中对复合结构层合板中每一层产生的应力累积和位移的影响都做了评估。实验结果与仿真结果高度吻合,从而证实了低位移设计也会降低裂纹形成的可能性。

连铸:通过仿真优化设备和工艺 中文

N. Grundy
SMS Concast, Switzerland

连续铸造工艺改进了炼钢生产,在提高钢铁质量和工艺效率的同时,也节省了宝贵的资源。在连铸中,会将精炼之后的熔融钢液送至连铸机。然后使用水冷铜模对钢进行切割和冷却。为了确保铸造出的是高质量钢铁产品,必需最大程度减少钢铁中的非金属杂质,改善微观结构,并通过减少合金元素的偏析使复合材料保持均匀。SMS Concast 是一家专门进行连铸技术研究的公司,总部位于瑞士,他们的工程师使用 COMSOL Multiphysics 软件模拟了在熔融钢液流向模具时出现的流体流动以及冷却过程中的机械变形。通过仿真,他们对无法以其他方式实现的物理场耦合进行了研究,例如最初凝固过程中的传热和由于搅拌设备产生的电磁场。

通过声悬浮技术实现飘浮 中文

K. Suthar, C. Benmore
Argonne, IL, USA

作为治病救人的常规行业,制药公司需要输送高质量药品的系统。有一种用泡沫包裹的换能器,能利用声悬浮器产生声波。并利用来自声波的声力,将化学粒子悬浮于换能器之间,并将它们混合到一个无污染空间中。 阿贡国家实验室的 Kamlesh Suthar 和 Chris Benmore 使用 COMSOL Multiphysics 软件模拟了声悬浮器,目的是找到用以控制换能器之间各个液滴形成方式的最佳几何结构。此外,他们还利用了粘度和表面张力的改变会如何影响液滴形状。通过流固耦合(FSI)的研究,Suthar 对声压级、材料属性及悬浮器几何结构进行了探测。模拟声悬浮器帮助他们完善了自己的设计,实现了对液滴间相互作用方式的进一步控制,这些最终都将有助于推动医药品不断进步以更好的治病救人。

HFIR 的新燃料:ORNL 通过多物理场仿真研究燃料转型的安全性和可靠性 中文

F. Curtis, J.D. Freels
Oak Ridge National Lab, TN, USA

由于人们日益意识到核材料扩散所产生的风险,全球减少核威胁倡议(Global Threat Reduction)呼吁使用高浓缩铀(HEU)的研究型反应堆改用低浓缩铀(LEU)燃料。橡树岭国家实验室(ORNL)的高通量同位素反应堆(HFIR),是使用 HEU 燃料的反应堆。 ...