AC/DC 模块更新


COMSOL Multiphysics® 6.3 版本为“AC/DC 模块”的用户引入了新的方法以实现更精确的静电力计算,增强了对生物工程中使用的介电色散材料的建模支持,并扩展了用于模拟线圈、电机和发电机的特征。请阅读以下内容,进一步了解这些更新。

静电接口新增公式

静电 接口新增一个方程式,可实现更精确的静电力计算,这对于加速度计和陀螺仪等 MEMS 器件的建模特别有用。新方法通过直接求解电位移场,提高了存在尖角的几何形状中的计算精度,即使在较粗的网格上也能进行更精确的力计算。不同于基于电势的传统公式,新方法采用混合公式求解电位移场 (D) 和电势 (V) 两个方程。在 6.3 版本中,这一新增公式作为二维和三维静电模型的选项提供,称为混合有限元。将“MEMS 模块”或“AC/DC 模块”与“结构力学模块”耦合使用时,混合有限元机电 接口的默认离散化选项。您可以参考采用混合公式分析微机械陀螺仪教学案例,了解如何使用这一新公式。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“静电”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示陀螺仪模型。
静电节点 设置窗口的 离散化栏,显示了 D-V 公式的选项(选定了 混合有限元)。

广泛支持包括生物组织在内的色散材料建模

静电 接口和电流 接口现在支持三种新的色散介电材料模型:Cole-ColeHavriliak-Negami用户定义。这些模型基于上一版本中引入的部分分式拟合 函数,能够根据测量数据直接拟合色散材料属性,不仅适用于频域研究,也适用于瞬态研究。

此外,现在可以将原有的多极德拜 色散材料模型与“AC/DC 模块”材料库中新的 Biological Tissues 文件夹中的材料数据结合使用,其中包含 54 种生物组织的电导率、相对介电常数、参考温度,以及多个德拜极点的弛豫时间和相对介电常数贡献。这些材料数据对医学应用领域特别有用。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“心脏”材料节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示起搏器模型。
“AC/DC 模块”材料库中的 Biological Tissues 文件夹包含多种生物组织的材料属性。

高频损耗和均质化利兹线圈导线模型

线圈 特征中的均匀多匝 导线模型现在包含一个默认处于启用状态的高频有效损耗 模型,可以在频域内指定有效的线电导率和复磁导率,模拟完全解析线圈的场分布和交流电阻,并考虑集肤效应和邻近效应。此外,新增了一个线属性 选项来自电阻和互耦电路,可将线圈与内部电路相连,模拟时域和频域内的电感损耗。

均质化利兹线圈 导线模型支持高频有效损耗,并且允许用户指定单位长度的股数和直流电阻,以补偿因扭绞模式而增加的电阻。同时,也可以通过规格表、测量值或频率相关表达式设置单位长度的利兹线电阻。

您可以参考以下教学案例,了解如何使用这些新特征:

以蓝色和橙色显示的三维扭绞利兹线。
利兹线三维仿真示例,用于研究不同扭绞方案并验证有效损耗模型。

新增“叠片铁芯”特征

新的叠片铁芯 特征通过将层片作为各向异性的有效介质进行近似处理,对变压器、机电执行器和电机中的叠片铁芯进行高效建模,并支持线性和非线性磁属性,包括相对磁导率B-H 曲线有效 B-H 曲线。用户可以设置堆叠方向 调整堆叠因子,以指定磁性材料与非磁性材料的比率。此外,还可以利用 SteinmetzBertotti 等经验模型来考虑电阻损耗和磁损耗。叠片铁芯 特征可在磁场 接口、磁场,无电流 接口以及旋转机械,磁 接口中使用。

您可以参考以下教学案例,了解如何使用叠片铁芯 特征:

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“非线性磁芯 2”节点,并显示其对应的“叠片铁芯,安培定律”节点设置窗口;“图形”窗口中显示电机模型。
叠片铁芯特征的 设置窗口,显示了用于指定堆叠因子、堆叠方向、磁属性及损耗模型的选项。

电路连接更加便捷

电路连接的可用性得到大幅提升,现在可以轻松使用终端线圈 特征来连接域特征,例如将电流磁场 接口连接到电路 接口。自动化功能现在能够在域或边界特征链接到电路时自动完成电路连接。此外,现在还可以通过使用 Java 语法的 COMSOL API 来访问电路导入和导出功能,使得 App、模型方法或插件能够自动获取或导出电路。这一功能对于集总电路提取特别有用,因为这些电路是基于从有限元模型得到的集总电阻、电容和电感矩阵生成的。您可以参考以下教学案例,了解如何使用这些改进功能:

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“终端”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示 IGBT 模块,此外还显示“添加电路连接”窗口。
终端线圈特征新增一个 添加电路连接按钮,能够简化电路连接系统的设置过程。

新增机电多物理场接口

新的机电,壳机电,膜 接口简化了受静电力影响的薄结构(如麦克风膜)的变形建模仿真方法,其中自动包含机电,边界 多物理场耦合,以便与壳或膜单元无缝集成,且使用静电 接口来模拟电场。Brüel & Kjær 4134 电容式麦克风轴对称电容式麦克风教学案例中演示了如何使用这些接口。除了需要“AC/DC 模块”外,这些接口还需要使用“结构力学模块”。

COMSOL Multiphysics 用户界面,显示了“模型开发器”,其中突出显示“机电,边界”节点,并显示其对应的“设置”窗口;“图形”窗口中显示麦克风模型。
“Brüel & Kjær 4134 麦克风”模型中使用的新 机电,边界多物理场耦合,能够在耦合 静电接口时简化模型设置。

新模型和更新模型、新 App 以及新插件

COMSOL Multiphysics® 6.3 版本的“AC/DC 模块”引入了多个新的和更新的模型、一个新的 App 以及一个新插件。