COMSOL Multiphysics^® 5.5 发布亮点

AC/DC 模块更新

COMSOL Multiphysics^® 5.5 版本为“AC/DC 模块”的用户更新了壳内电流 和多层壳中的电流 接口，提供了用于电声换能器建模的洛伦兹耦合 多物理场耦合以及包含约 50 个烧结钕铁硼等级（中国标准）的硬磁材料库。请阅读以下内容，详细了解“AC/DC 模块”的所有更新功能。

“壳内电流”和“多层壳中的电流”接口

新的（多层）壳接口对之前版本的电流，多层壳 和电流，壳 接口功能进行了改进，目的是提高易用性和稳定性。由于改进了与其他物理场（多物理场）的集成，非多层壳和多层壳的建模现在变得更加简洁流畅。

对于多层壳，该物理场接口在三维中模拟壳的边界选择，并通过额外尺寸指向壳的法向。这样，您就可以对壳内部的切向和法向电场进行建模，以使用该接口模拟导体和电介质，从而进行“稳态”、“瞬态”和“频域”研究。通过将“MEMS 模块”或“结构力学模块”与“复合材料模块”结合使用，可以对多层壳中的压电材料进行建模。

以下模型演示了这些新接口：

• piezoelectricity_layered_shell（新模型）
• heating_circuit
• planar_pcb_coil
• solid_multilayer_shell_comparison

同一支架的实体（左）和壳描述（右）的直接比较。结果图显示了电势。

用于电声换能器的洛伦兹耦合多物理场

洛伦兹耦合 多物理场耦合支持磁场 和固体力学 接口之间的双向耦合。洛伦兹力是通过计算域中的电流密度 (J) 和磁通量 (B) 的叉积来确定的。然后，该力作为体积力施加在力学端。同时，速度取自固体力学，作为洛伦兹速度项应用于磁场 接口。这种类型的多物理场耦合已在早期版本的“AC/DC 模块”中使用，但现在更容易定义。该特征适用于不可磁化的传导域，例如铜线圈。与声-结构边界 多物理场耦合结合使用时，该特征使电声换能器建模变得更加容易。它在二维和三维中用于瞬态、频域（扰动） 和特征频率 分析。

以下模型演示了这一特征：

• loudspeaker_driver
• magnetic_damping

扬声器驱动器模型中用于耦合 磁场和 固体力学接口的 洛伦兹耦合。

永磁体硬磁材料库

“AC/DC 模块”的材料库中新增约 50 个符合中国标准的烧结钕铁硼等级。这些材料包括 N、M、H、SH、UH、EH 和 TH 等级，其特征是取剩余磁通密度模 和回复磁导率 的典型值。剩余磁通密度本构关系已更新为支持这些新材料。现在，剩余磁通密度的大小由材料提供，而方向在物理场设置中指定。这样可以快速轻松地对带有永磁体的设备进行建模。通过将材料与材料切换 特征相结合，您可以扫描不同的等级，进而研究相应的性能。

以下模型演示了这些材料的使用：

• pm_motor_3d
• rotating_machinery_3d_tutorial
• loudspeaker_driver
• loudspeaker_driver_transient
• generator_3d
• static_field_halbach_rotor_3d
• falling_magnet

Halbach 转子模型中使用的 剩余磁通密度本构关系。右侧显示 材料库的 AC/DC 分支。

材料属性改进

除新增材料以外，新版本还对现有材料的本构关系，即控制材料磁、传导或介电属性的材料模型进行了诸多改进。通过实用程序 App B-H 曲线检查器，您可以研究非线性磁曲线的质量、平滑度和物理正确性。导入的数据可以在用于数值模型之前进行更正并保存。整个非线性磁性材料 材料库已通过该 App 处理，以确保它们平滑，且越过零点（也就是说，当 H 为零时，B 等于零），并且接近增量相对磁导率的物理正确的渐近值（当材料饱和时，相对磁导率应接近 1）。材料模型的用户界面和栏命名方式得到了改进，“AC/DC 模块”中的所有界面现在具有更高的一致性。

B-H 曲线检查器 App 分析导入的曲线（通常来自测量或材料供应商），并将其转换为更适合数值分析的曲线。

线圈功能改进

新版本为线圈 特征添加了许多小的功能改进。域 > 线圈 特征中添加了单导线模式下运行时对空间相关电导率的支持。精确计算线圈电压 特征现在可用于“瞬态”研究，也可用于“频域”和“瞬态”研究中的边界线圈。圆形线圈长度的计算方法也进行了改进，支持用体积平均法计算线圈长度。不再需要选择一组平均长度正确的边，只需注意边的方向。

变压器模型中使用的线圈域。所用的导线模型为 均匀多匝，这意味着导线没有显式建模，而线圈被模拟为各向异性有效介质。

新的 AC/DC 模型向导树

模型向导 树的 AC/DC 分支中的物理场接口已经过重组，以便用户进行浏览。其中还包含涉及“AC/DC 模块”、但之前在模型向导 树的其他分支中可用的重要多物理场接口。

扩展了对 Jiles–Atherton 磁滞的支持

非线性磁致伸缩材料 已扩展为包含磁滞 Jiles-Atherton 模型，该模型适用于研究电力变压器和旋转电机等应用中的磁滞损耗效应。模型参数与磁性材料的微观物理效应相关，也可以根据实验数据进行估计。

此外，磁滞 Jiles-Atherton 材料模型已扩展为支持参数化稳态研究（除先前可用的“瞬态”分析以外）。铁磁磁滞适用于中低频率，与速率无关，可以使用参数化稳态研究进行分析，例如用于研究磁化和消磁。

磁滞磁致伸缩模型的设置，以及通过仿真生成的磁滞回线。

过渡边界条件的表面电流密度

现在，使用过渡 边界条件，您可以通过表面电流密度 属性在上下侧添加显式表面电流密度贡献。这在研究 EMC 和 EMI 背景下的电磁场屏蔽时非常有用。

用于瞬态和频域研究的静态限界

磁矢势规范固定 特征现在支持在非导电域使用静磁近似（库仑限界）进行“频域”和“瞬态”研究，可用于稳定在低频下受激励的传导不良或非导电域的模型。您可以在 E 磁芯变压器模型中看到此特征的应用演示。

新增和更新的教学案例和 App

5.5 版本新增并更新了多个教学案例和 App。

钢坯感应加热

“钢坯感应加热”App 已得到改进，现在方法代码更加简洁，用户界面更加直观。

“案例库”标题：
billet_induction_heating
从“案例下载”页面下载

含压电材料的多层壳

中间嵌有压电层的新的多层壳模型。压电层（彩色线框图）和金属层（彩色图）分别显示轴向压缩和面外位移。

“案例库”标题：
piezoelectric_layered
从“案例下载”页面下载