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通过仿真分析高强度超声聚焦技术在生物组织中的传播
高强度超声聚焦（High-intensity focused ultrasound，HIFU）是一种用于生物医学领域的非侵入性技术，包括手术、癌症治疗和冲击波碎石术。当施加高强度聚焦超声时，超声波在焦点上耗散实现组织凝结和消融。我们可以通过仿真进一步分析该技术的声学特性和非线性性质。
在 COMSOL Multiphysics® 中模拟热机械疲劳
今天的客座博主是来自Lightness by Design公司的 Björn Fallqvist 博士，他在文中讨论了分析热机械疲劳的不同考虑因素和方法。 在这篇博客文章中，我们研究了 COMSOL Multiphysics® 软件中用于分析热机械疲劳的相关材料模型（模型使用了来自热机械疲劳测试的实验数据，以及参考文献中的材料参数）。随后，对在高温下运行的压力容器进行了分析，并使用非线性连续疲劳损伤模型评估疲劳寿命。 为什么要分析热机械疲劳？ 在许多应用中，传统的等温疲劳分析是不够的，因为部件在高温下或在高温循环下工作时，材料性能与室温有很大不同。这种应用的典型例子是涡轮机和发电厂部件。 传统的疲劳分析，尤其是高周疲劳（high-cycle fatigue，HCF），不能直接考虑高温造成的影响。在高周疲劳区域中，载荷较低，蠕变等影响可以忽略不计。有时，S-N 曲线会减小，以解决温度升高时疲劳强度降低的问题。然而，这没有考虑到温度和载荷同时循环时的影响，即所谓的热机械疲劳。这种温度变化的影响在低周疲劳（low-cycle fatigue，LCF）区域中尤为重要，在该区域，需要考虑多个方面，主要是弹塑性和蠕变的材料性能变化。 评估高温下疲劳性能的一种方法是使用样品在多个温度下的稳定(通常是寿命中期)应力-应变曲线，以获得应力或应变幅度，并确定控制非线性应力-应变曲线的硬化参数。理论上，人们可以用一组特定的外加载荷和温度组合进行实验，并尝试根据实验结果估算疲劳寿命。然而，热机械疲劳测试需要相对较长的时间，并且成本较高。评估高温下疲劳能力的一种更方便的方法是使用描述应力水平和失效循环关系的解析表达式，并根据温度对其进行修正。 热机械疲劳试验 在热机械疲劳试验中，试样通常同时承受循环应变和循环温度。这可以是同相(IP)或异相(OOP)。对于前者，最大拉伸载荷与最高温度同时出现，对于后者，最大拉伸载荷出现在最低温度时。 为了与本篇博文中的实验结果进行比较，我们参考了参考文献 1，其中研究了 P91(一种常见的电厂用钢) 的热机械疲劳。我们从参考文献 2 中获得了模型材料参数，获得了应力-应变曲线。值得注意的是，对于参考工作，使用统一的模型(即黏塑性应变由塑性和蠕变分量组成)。然而，这只会影响模型蠕变部分的值。 热机械疲劳分析的材料模型 作为温度的函数的材料模型参数（参考文献2）如下表所示： Temp [°C] E [MPa] k [MPa] Q [MPa] b [-] a1 [MPa] C1 [-] a2 [MPa] C2 [-] Z [MPa s1/n] n [-] 400 187,537.0 96 -55.0 0.45 150.0 2350.0 120.0 405.0 2000 2.25 500 181,321.6 90 -60.0 0.6 98.5 2191.6 104.7 460.7 1875 2.55 600 139,395.2 85 -75.4 1.0 52.0 2055.0 463.0 […]
使用 COMSOL® 分析电动机和发电机设计
使用电磁学仿真，您可以研究和优化永磁电机或发电机中的磁场分布、机械扭矩以及铁的使用和损耗。
利用拓扑优化设计区域热网
发电厂在冬季可以利用热电联产达到高效供电。它是如何做到的呢？依靠区域热网。以前，这种网络设计仅限于小型网络的线性模型或非线性模型。最近的研究表明，我们可以使用基于梯度的优化的非线性模型设计大型网络（参考文献 2）。
计算三相电力变压器中的损耗
三相电力变压器被广泛应用于世界各地的电网中进行高效电力传输。就电容、负载平衡和效率而言，三相电力变压器比单相变压器具有明显的优势，但对其损耗的计算却并不像单相变压器一样简单。使用 COMSOL Multiphysics® 软件，我们可以正确地计算铁芯、线圈和支撑结构的损耗，以及重要的集总参数（例如初级和次级电感）。
如何使用 COMSOL 软件模拟压电微泵
在这篇博客文章中，我们将给大家展示由 Veryst Engineering 公司的 Riccardo Vietri，James Ransley 和 Andrew Spann 提供的压电微泵模型。我们将介绍如何将压电材料与流固耦合作用结合起来，以及如何使用简单的速度相关公式来描述入口和出口边界处的单向阀的作用。
如何将点云数据转换为曲面和实体
在实际仿真过程中，并不是所有分析都是以 CAD 模型开始的。有时，我们唯一可用的数据仅是一系列点数据，也称为点云数据。在这篇博客中，我们将演示如何将点云数据转换为可在 COMSOL Multiphysics® 软件中进行仿真分析的几何模型。
模拟均匀磁场中的硅量子点
从 COMSOL Multiphysics® 软件 5.6 版本开始，半导体模块的薛定谔方程 物理场接口新增了处理多分量波函数的功能。在使用 COMSOL 对半导体器件材料的能带结构进行仿真的博客文章中，我们讨论了如何使用此接口功能处理多分量波函数。本篇博文，我们将以均匀磁场中的硅量子点模型为例，继续探索这项新功能。 量子点简介 量子点是纳米技术中必不可少的组成部分，在太阳能电池、发光二极管（LEDs）、显示器，光电探测器和量子计算中都具有潜在应用前景。Jock 等人最近发表了一篇与自旋轨道量子位的应用领域相关的论文（参考文献1）。他们在该文的补充说明1 中，提供了描述均匀磁场中硅量子点的公式，并在补充图1中显示了数值解。今天，我们将通过仿真的方法来重现该数值解。 硅量子点的薛定谔方程 在参考文献1 的补充说明中，方程1 给出了均匀磁场 \mathbf{B} 中硅量子点的单电子哈密顿量，不包括自旋轨道耦合： (1) H=\frac{Px^2}{2 m\perp} +\frac{Py^2}{2 m\perp}+\frac{Pz^2}{2 m\parallel}+V(\mathbf{r})+\muB \mathbf{B} \cdot \sigma 其中，m\perp和 m\parallel 是分别在横向和垂直方向上的有效质量；V 是量子点的约束势能；\muB 是玻尔磁子；\mathbf{\sigma} 是 Pauli 矩阵的向量；根据该论文所述，假定旋磁比张量是值为 2 的标量；动量 \mathbf{P} 由下式给出： (2) \mathbf{P}=i \hbar \nabla + e \mathbf{A}(\mathbf{r}) 式中，e 是基本电荷，\mathbf{A} 是给定的磁矢势 \mathbf{A}(\mathbf{r})=\frac{1}{2}\mathbf{B}\times\mathbf{r}，并且虚数单元 i 前面没有减号，因为 COMSOL Multiphysics 中的所有物理场接口都采用工程符号 exp(-i k x + i \omega t) 而不是 exp(i k x – i \omega t)。 约束势能 V(\mathbf{r}) 项由论文中的等式9 给出： (3) V(\mathbf{r})=\frac{1}{2} m\perp \omegax^2 x^2 […]