COMSOL Multiphysics® 软件及其大多数附加模块均有内置的材料库，这些材料库包含材料及相关材料属性数据。COMSOL® 软件中还有一个附加产品——材料库，它包含多达 24 种独立的材料属性，可以模拟 10,328 多种材料，有 84,000 多个材料属性数据集。今天，我们来了解一下 COMSOL 的内置材料库和附加的材料库，以及如何在模拟中使用它们。
编者注：为了反映 COMSOL Multiphysics® 软件 6.0 版本的新功能，本博文已于 2022 年 4 月 1 日更新。
附加材料库
附加材料库中包含的材料属性非常全面，并且都附加了参考信息(即数据来源)。几乎所有的材料属性都可以定义为温度 T 的函数，我们可以将传热仿真中的温度场仿真结果作为此函数的输入值。
材料库的材料涵盖范围广泛：
- 基本材料
- 合金类
- 铁
- 镍
- 铝
- 铜
- 镁
- 钛
- 磁性
- 钴
- 热电偶
- 更多金属
- 工具钢
- 铸铁
- 聚酰胺
- 聚合物和聚合物复合材料
- 矿物，岩石和固体
- 木材
- 热塑性塑料，聚醚和聚酯
- 热绝缘体
- 半导体和光学材料
- 焊料
- 牙齿材料
- 食品类
- 盐类
- 燃料电池，电池和电陶瓷材料
- 硅化物、硼化物和氮化物
- 玻璃和金属玻璃
- 模具材料
- 更多材料
COMSOL® 软件的物理场接口广泛使用了这些材料，材料属性包括：
- 导热系数
- 热膨胀系数
- 恒压热容
- 电导率
- 密度
- 杨氏模量
- 泊松比
- 屈服应力和硬化曲线
- 动态黏度
注意：特定材料的材料属性取决于材料的类型。
材料的变化
材料库中的大多数材料还包含了不同的取向或其他变量信息，这些信息可以表述同一种材料在不同工况或者不同变化时的材料属性。
下图所示的 COMSOL Desktop®材料浏览器 窗口，显示了材料库中铜合金 UNS C10200 的材料属性，在退火和 60% 冷拔时，可以在不同的残余电阻率下获得该材料的属性数据：
材料库中的 UNS C10200 铜合金材料。材料属性的值可用于多种变体。我们可以使用 Deutsches Institut für Normung (DIN) 或 unified numbering system (UNS) 编号在方向/变异列表下搜索该材料。
材料属性的参考信息
材料库中的所有材料属性均具有参考信息。在属性 列表中选择一个属性，可以查看材料属性的参考信息。列表下方的属性 参考区域显示了其参考信息(见上图)。
参考信息通常包括一些期刊或论文，有时为电子文献的网址链接，也可能包含材料相关特性值的准确性、参考温度或压力的注释。
附加模块及内置材料库
除了附加材料库之外，COMSOL Multiphysics 及其附加模块中还提供了以下内置材料库：
| 材料库 | 产品 | 详细信息 |
|---|---|---|
| 内置材料库 | COMSOL Multiphysics |
|
| AC/DC 材料库 | AC/DC 模块 |
|
| 电池材料库 | 电池设计模块 |
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| 生物热材料库 | 传热模块 |
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| 建筑材料库 | 传热模块 |
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| 腐蚀材料库 | 腐蚀模块 |
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| 平衡放电材料库 | 等离子体模块 |
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| 燃料电池和电解槽材料库 | 燃料电池和电解槽模块 |
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| 液体和气体材料库 |
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| MEMS 材料库 |
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| 非线性磁性材料库 | AC/DC 模块 |
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| 非线性结构和岩土力学材料模型 |
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| 光学材料库 |
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| 压电材料库 |
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| 压阻材料库 | MEMS 模块 |
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| RF 材料库 | RF 模块 |
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| 半导体材料库 | 半导体模块 |
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| 热电材料库 | 传热模块 |
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我们还可以自定义用户材料库。通过右键单击材料 节点，然后选择添加到用户定义的库 或任何其他用户定义的材料库。用户定义的材料库还可以包括完整的分层材料铺层。
如何在模拟中使用材料
本节，我们将介绍如何浏览材料库，将材料添加到模型中以及如何在模拟中使用材料属性。
浏览材料库
COMSOL 桌面环境中有两个窗口可以浏览材料并将材料添加到仿真模型中：
- 在材料浏览器 窗口中，除了搜索和浏览材料并将其添加到模型外，还包含有关材料及其材料特性的完整信息。在此窗口中，我们还可以创建新的用户自定义的材料库，或从 MPH 文件或 XML 文件导入材料库。通过右键单击材料 节点并选择浏览材料，或单击材料 工具栏上的浏览材料 按钮，可以打开此窗口。材料浏览器 窗口的屏幕截图见上图。
- 在添加材料 窗口中，我们可以快速搜索和浏览材料，并将它们作为整体材料或模型组件之一添加到模型中。通过右键单击材料 节点并选择从库添加材料，或单击材料 工具栏上的添加材料 按钮，可以打开此窗口。如下图所示：
添加材料窗口，我们可以从中快速选择材料并将其添加到模型中。最近添加的材料位于顶部。
搜索材料
在材料浏览器窗口和添加材料窗口中，均可以使用窗口顶部的搜索字段按名称搜索任何材料。例如，查找所有金或金合金材料，我们可以将金作为搜索词。
对于材料库产品中的材料，我们还可以使用其 DIN 或 UNS 号搜索材料，这些材料可用于多种材料，例如工具钢和合金。
绘制材料属性图
附加材料库中的材料属性通常取决于温度，其中大多数被描述为温度的分段多项式函数。其他库还包括一些与温度有关的材料属性，以及一些与其他量（例如绝对压力）有关的属性。但是，大多数材料属性都用单个值表示。对于非恒定的材料属性，常使用分段子节点来描述变化。
在分段 节点的设置 窗口中，我们可以看到每个段使用的多项式，还可以单击绘图 按钮来创建一个函数图，该函数 图描述了材料属性与温度之间的函数关系；例如，在独立的绘图窗口中，单击创建绘图 按钮在结果 下创建一个独立的一维图组，该图显示了与温度相关的材料特性值。
分段函数，将导热系数 k 描述为铁的温度 T 函数。功能图显示了温度在 0~1810 K 范围内导热率的变化。
使用材料库中的材料
默认情况下，物理接口中的大多数物理量值都是从材料中获取的。当使用来自材料 接口时，材料的物性值是从几何中处于激活状态的材料中获取的。
下图显示了固体传热 接口中固体 节点的设置 窗口。它包含在固体材料中通过热传导进行传热所需的材料属性：
- 导热系数
- 密度
- 恒压热容
这些材料的属性值都被设置为来自材料，以从为相同的几何部分定义的活动材料中选取值，作为固体 节点的选择。如果材料特性取决于温度，则直接从温度场获取，温度场是传热物理学中的因变量。
固体传热所需的所有物理量均来自材料库。
如果建立的 COMSOL Multiphysics 模型不包含以温度场作为因变量的传热接口，我们可以使用模型输入 下温度 节点输入数据。下图显示了电流 接口中电流保护 功能的设置 窗口。我们可以选择在用户定义 节点中输入温度值或表达式，或在通用模型输入 节点中，从模型输入中获取温度值，也可以在全局定义 下的默认模型输入 节点或模型组件中的本地模型输入 节点中输入自定义温度。
对于电流接口中与温度相关的材料属性，当传热接口中没有温度场时，可以选择使用用户定义的温度或从模型输入节点中获取的温度。
下图为默认模型输入 节点的设置 窗口。它包含物理场和材料要求的模型输入，以及用于模型输入的表达式。此时，将模型输入的温度设置为室内恒定温度(20°C)。
默认模型输入设置显示了哪些特征需要模型输入以及用于模型输入的表达式(此处温度由电流守恒特征以及铁材料属性表达)。
结语
本篇博客，我们介绍了如何使用 COMSOL Multiphysics 的附加材料库和内置材料库。附加产品中的材料库包含很多材料，这些材料具有丰富的属性，这些属性是物理过程或应用中经常用到的。此外，附加材料库中的所有材料都有与温度相关的材料属性，并且均附带有参考信息。对于材料库中的大多数材料，我们还可以选择相位和其他变量信息。
此外，我们还介绍了如何浏览和搜索材料，如何绘制依赖于某些量（通常是温度）的材料特性，以及如何在 COMSOL Multiphysics 中使用材料库中的材料。有关 COMSOL Multiphysics 中材料库和材料的其他信息，请查看以下资源：
注：MatWeb 是 MatWeb，LLC 的商标。
评论 (25)
Zheng SiZheng
2021-08-01你好，请问如何在PDE弱解模块中使用用户自定义材料？
Liwen Yang
2021-09-18 COMSOL 员工PDE建模中的材料参数，是通过方程的系数项来实现自定义的。可以参考案例 http://cn.comsol.com/model/shell-diffusion-in-a-tank-222 。
民 立
2021-10-09你好 我现在使用在用comsol仿真的时候所用的材料属性是随温度变化的，但是它不是随温度变化的分段函数，就是随温度平滑变化的，那么我该怎么设置，是按照上述分段设置的方法将它设置成一段，我直接将默认的材料参数换成随全局变量T变化式子，仿真的时候总时报错，不知道咋回事，求解
Qihang Lin
2022-04-29 COMSOL 员工建议您检查您的表达式是否是平滑变化，是否存在随着温度产生突变的情况或者查看一下您的网格剖分是否足够细致以及如果使用了瞬态求解，求解时间步长是否会过大。同时确保物理场设置部分是否符合物理场的使用条件，如果进行以上自查后依旧无法找到报错原因建议将您的模型发至技术支持，根据具体模型查看您产生该问题的原因：http://cn.comsol.com/support
跃 张
2022-04-28有用comsol模拟桩的案例吗？
hao huang
2022-04-28 COMSOL 员工建议详细描述一下，以便大家理解和进行讨论。
xxt 玄
2022-05-13你好，请问有做凝胶这种聚合物的案例么？力学分析或者磁学的
Qihang Lin
2022-09-15 COMSOL 员工未找到相关案例，建议联系技术支持描述您更具体的需求，我们可以讨论如何实现：http://cn.comsol.com/support
Xin Gou
2022-08-29你好，我正试图创建以PVDF材料构建的静电纺丝层，搜索发现有相关材料，但无材料参数，请问材料库中是否有已定义的材料？或是我应该选择哪一种材料添加相对应的参数，你们材料库中类似材料很多。
Qihang Lin
2022-09-15 COMSOL 员工案例库中的材料参数为不同品种的PVDF材料，种类比较多建议您根据您实际使用的种类进行材料选择。如果选择的库内材料没有您所需的属性，那么建议根据实际使用的材料参数数据对其进行手动修改。
YuanBao Jin
2022-10-10你好，在压电固体物理场中，如何将固体力学物理场中的压电材料的弹性矩阵，在用户定义时更改为非对称的矩阵形式？
Hao Li
2022-10-27 COMSOL 员工您好，可以在“材料属性细明”中选择该材料属性，再选择“材料属性细明”栏中下方的“编辑”按钮，将材料属性矩阵切换为“全”，即编辑为非对称的形式。
天生 凌
2022-12-17在波动光学模块怎么模拟纳米材料特性
hao huang
2022-12-29 COMSOL 员工您好，在纳米尺度下，材料的折射率一般与宏观状态时不同，需要根据实验测试的结果定义材料的折射率实部和虚部，另外需要正确定义光源的偏振方向和强度。
Meng Wang
2022-12-21请问，如何设置混合气体材料呢？比如空气中混合有50%的二氧化碳，这个混合背景材料该怎么设置呢？
hao huang
2022-12-29 COMSOL 员工您好，通过热力学属性数据库，可以计算依赖于组分的混合物属性，并生成材料用于物理场计算。请参考博客“计算液体和气体的热力学属性”：http://cn.comsol.com/blogs/calculating-thermodynamic-properties-for-liquids-and-gases
难国风光
2023-01-12您好，请问在频率为MHz的静电场中，金属的相对介电常数该如何设置？
没延 韩
2023-01-16 COMSOL 员工金属介电常数默认为1，虽然某些理论中金属的介电常数会被视为无穷大或复数，但在针对电介质极化行为的静电接口，并不需要考虑金属内部的物理过程，因此在物理场设置中使用域定义将整个金属结构设置为等势体，此时金属的介电常数对研究本身已无影响。
另外，如果针对金属内的物理过程，交变电压作用下导体内部会存在电导行为和电磁感应，应考虑AC/DC模块中磁场以及电流的相关接口。
XG W
2023-02-23你好，请问在使用流体物理场的时候，流体属性设置中的密度、黏度等性质设置为来自材料、来自nitf1(如果设置了非等温流动）/nirf1(如果设置了反应流）有什么区别呢？如果在这里设置的是来自材料，是否代表没有与其他物理场耦合成功呢
Haoze Wang
2023-02-27 COMSOL 员工流体的密度由压力和温度决定，通过非等温流动接口可以明确是否考虑温度对密度的影响。建议您通过方程视图中的表达式对比密度计算的具体区别，例如查找nirf1.rho的计算表达式，可以知道该密度由化学接口得到。
Frank Z
2023-02-27请问下材料库有没有稀土材料？有没有卤磷酸钙材料？
Kaixi Tang
2023-03-07 COMSOL 员工您好，材料库中有大量内置材料可供添加。至于具体的稀土材料种类以及卤磷酸钙类材料是否内置，您可以尝试右键材料并选择“从库中添加材料”，之后在搜索栏中通过输入具体的材料名称或材料代码以及表达式进行检索。
毅 张
2023-03-18您好，在锂离子电池电极材料库中，LixC6石墨电极在comsol5.4版本与comsol6.0中基本（Basic）材料属性不一样，请问对仿真有影响吗？请问应该用哪一个版本的材料数据。
yongchao wang
2023-03-30 COMSOL 员工在comsol6.0比5.4应该增加了力学相关的材料属性，可以用于仿真颗粒的膨胀收缩，原有的材料属性应该没有变化，因为相关的材料属性在软件中均有其文献出处，一般不会修改。
稼源 邓
2023-05-23您好，请问如何在压力声学中定义泡沫铝材料