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COMSOL Multiphysics® 6.1 Release Highlights

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Acoustics Module Updates

Für Nutzer des Acoustics Module bietet COMSOL Multiphysics® Version 6.1 Funktionen zur Simulation von Acoustic Streaming, ermöglicht die Einbeziehung der Auswirkungen von Fluidströmungen in der konvektiven Akustik mit Hilfe eines zeitlich expliziten Lösers und führt Lumped Speaker Randbedingungen für die thermoviskose Akustik ein. Hier erfahren Sie mehr über diese und weitere Updates.

Simulation des Acoustic Streaming

Acoustic Streaming, d.h. die durch ein akustisches Feld induzierte Fluidströmung, ist in der Mikrofluidik und in Lab-on-a-Chip-Systemen für Anwendungen wie die Handhabung von Teilchen, das Mischen von Fluiden und mikrofluidische Pumpen wichtig. Die neue Funktionalität für Acoustic Streaming in Version 6.1 berechnet die Kräfte, Spannungen und Geschwindigkeiten, die das akustische Feld in einem Fluid hervorruft, um ein Strömungsfeld zu erzeugen.

Es gibt zwei neue Multiphysik-Interfaces für Acoustic Streaming-Simulationen: Acoustic Streaming from Pressure Acoustics und Acoustic Streaming from Thermoviscous Acoustics. Wenn Sie eines dieser Interfaces hinzufügen, werden automatisch zwei Multiphysik-Kopplungen erstellt, Acoustic Streaming Domain Coupling und Acoustic Streaming Boundary Coupling, um ein akustisches Feld im Frequenzbereich mit einer stationären oder zeitabhängigen Fluidströmung zu koppeln. Sie können sich diese neuen Multiphysik-Funktionen in den folgenden Tutorial-Modellen ansehen:

Teilchen, die sich in einer akustischen Falle aufgrund von Strahlungskräften und Strömungen in einer Glaskapillare bewegen. Hier wird die Bewegung der kleinen Teilchen von viskosen Widerstandskräften dominiert.

Ein 2D-Plot eines mikrofluidischen Pumpenmodells, der die Geschwindigkeit zeigt.
Stromlinien und Geschwindigkeit (logarithmische Skala) in einer akustischen Mikrofluidikpumpe, angetrieben durch eine starke Strömung, die an scharfen Kanten erzeugt wird.

Stationäre Hintergrundströmung für zeitlich explizite Simulationen mit konvektiver Akustik-Struktur-Interaktion

Neue Funktionen ermöglichen die Modellierung der konvektiven Akustik-Struktur-Interaktion (Vibroakustik in Gegenwart einer stationären Hintergrundströmung) für große instationäre Modelle unter Verwendung der zeitexpliziten Formulierung. Zu diesem Zweck gibt es zwei neue Multiphysik-Kopplungen, Convected Acoustic-Structure Boundary, Time Explicit und Pair Convected Acoustic-Structure Boundary, Time Explicit, die verwendet werden, um das Interface Convected Wave Equation, Time Explicit mit dem Interface Elastic Waves, Time Explicit zu verbinden. Die Bedingungen werden an dem Rand (oder der Paarauswahl) zwischen dem Fluidgebiet und dem Festkörpergebiet hinzugefügt. Eine häufige Anwendung ist die Modellierung von Durchflussmesssystemen, wie im Modell Ultrasonic Flowmeter with Piezoelectric Transducers.

Ausbreitung des akustischen Signals auf der Symmetrieebene in einem Ultraschall-Durchflussmesser. Das Modell umfasst einen vollständig gekoppelten physikalischen Aufbau mit piezoelektrischen Wandlern, entsprechenden Stützschichten und einer Hintergrundströmung.

Lumped Speaker Boundary für die Thermoviskose Akustik

Die Features Lumped Speaker Boundary und Interior Lumped Speaker Boundary für die thermoviskose Akustik sind jetzt im Frequenz- und Zeitbereich verfügbar. Dies vervollständigt und erweitert die bestehenden Randbedingungen in den Pressure Acoustics Interfaces. Mit diesen Randbedingungen ist es einfacher, Mikrolautsprecher mit hybriden Darstellungen aus pauschalen und finiten Elementen (FEM) in der thermoviskosen Akustik einzurichten und zu modellieren. Die Lumped-Repräsentationen sind für Mikrotransducer oft über einen größeren Frequenzbereich genau, da Auflösungseffekte außerhalb des vorgesehenen Frequenzbereichs auftreten. Im Zeitbereich können nichtlineare Effekte durch große Signalparameter wie CMS(x), BL(x), oder RMS(v) berücksichtigt werden.

Die COMSOL Multiphysics Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Lumped Speaker Boundary, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Smartphone-Modell im Grafikfenster.
Das Fenster Settings mit der Bedingung Lumped Speaker Boundary, die für die Modellierung eines Smartphone-Mikrolautsprechers mit einer Thiele–Small-Repräsentation verwendet wird.

Lumped Port für die Thermoviskosen Akustik

Das Interface Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain wurde um das Feature Lumped Port erweitert. Diese Funktion verbindet den Ein- oder Ausgang eines Wellenleiters oder eines Kanals mit einem Element mit Lumped-Repräsentation. Dabei kann es sich um ein Electrical Circuit Interface (eine lumped elektroakustische Darstellung), ein Netzwerk mit zwei Anschlüssen, das durch eine Transfermatrix definiert ist, oder eine Lumped-Repräsentation eines Wellenleiters handeln. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es das Ende eines Wellenleiters mit einem äußeren System koppelt, das eine bestimmte akustische Lumped-Repräsentation hat. Bei der Verwendung der Lumped-Port-Repräsentation wird davon ausgegangen, dass sich nur ebene Druckwellen (die (0,0)-Mode) im akustischen Wellenleiter ausbreiten. Diese Bedingung gewährleistet eine mathematisch und physikalisch konsistente Kopplung, die die thermoviskosen Randschichten im Wellenleiter einschließt.

Die COMSOL Multiphysics-Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Lumped Port, das entsprechende Fenster Einstellungen und ein Wandler-Modell im Grafikfenster.
Einstellungen für die Bedingung Lumped Port in dem Interface Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain, das eine Two-Port-Repräsentation des Sprouts eines Balanced-Armature-Wandlers zur Modellierung eines Testsystems koppelt.

Thermoviskosität-Thermoelastizität Multiphysik-Kopplung

Neue Funktionen ermöglichen die genaue Modellierung des Vibrationsverhaltens von MEMS-Bauteilen durch die Einbeziehung einer detaillierteren Beschreibung der Dämpfung. Es gibt zwei neue Multiphysik-Interfaces für die Modellierung von thermoviskoser Akustik gekoppelt mit Thermoelastizität (jeweils eines für den Frequenz- und den Zeitbereich): das Thermoviscous Acoustic-Thermoelasticity Interaction, Frequency Domain Interface und das Thermoviscous Acoustic-Thermoelasticity Interaction, Transient Interface. Wenn Sie eines der beiden Interfaces hinzufügen, werden die Interfaces Thermoviscous Acoustics, Solid Mechanics und Heat Transfer in Solids in das Modell aufgenommen, ebenso wie die Multiphysik-Kopplung Thermoelasticity und die neue Multiphysik-Kopplung Thermoviscous Acoustic-Thermoelasticity Boundary. Die neuen multiphysikalischen Interfaces koppeln das Verschiebungs- und Temperaturfeld im Festkörpergebiet mit den akustischen Variationen von Druck, Geschwindigkeit und Temperatur im Fluidgebiet. Die Formulierung stützt sich auf einen Störungsansatz für alle Felder. Sie können sich die neuen Multiphysik-Funktionen im Tutorial-Modell Prestressed Micromirror Vibrations: Thermoviscous-Thermoelasticity Coupling ansehen.

Ein Mikrospiegel-Modell, das die Temperatur und das Netz zeigt.
Temperaturstörungen in der Mikrospiegelstruktur und in dem umgebenden Luftgebiet für die 600 Hz Schwingungsmoden.

Fracture Randbedingung für Elastische Wellen

Die neue Randbedingung Fracture, die im Physik-Interface Elastic Waves, Time Explicit verfügbar ist, wird verwendet, um zwei elastische Gebiete mit unvollkommener Bindung zu behandeln. Die Spalte kann eine dünne elastische Schicht, eine mit einem Fluid gefüllte Schicht oder eine Diskontinuität in elastischen Materialien (ein innerer Rand) sein. Es gibt mehrere Optionen, um die Eigenschaften des dünnen elastischen Gebiets festzulegen. Typische Anwendungen sind die Modellierung der zerstörungsfreien Prüfung, wie zum Beispiel die Untersuchung der Reaktion von Delaminationsbereichen oder anderen Defekten oder die Modellierung der Wellenausbreitung in gebrochenen festen Medien in der Öl- und Gasindustrie. Sie können sich diese Funktion in dem Modell Angle Beam Nondestructive Testing ansehen.

Ein 2D-Modell, das die elastischen Wellen in der Twilight-Farbtabelle zeigt.
Reflexion und Beugung von elastischen Wellen an einem Defekt, modelliert mit der neuen Randbedingung Fracture.

Leistungsverbesserungen für Zeitexplizite Interfaces

Mehrere wichtige Leistungsverbesserungen des Lösers sowie verbesserte Formulierungen auf der Physikseite gelten für alle zeitlich expliziten Akustik-Interfaces. Bei der Durchführung von Simulationen mit den zeitlich expliziten Akustik-Interfaces, die auf der diskontinuierlichen Galerkin (dG) Methode basieren, unterstützt COMSOL Multiphysics® jetzt die Lösung von mehr als 2 Milliarden Freiheitsgraden (DOFs).

Piezoelectric Waves, Time Explicit Interface

Bei der Ausführung von Modellen mit piezoelektrischen Effekten mittels einer zeitexpliziten Methode gibt es eine neue Zeitschrittstrategie für den elektrostatischen Teil des Problems, die die Leistung verbessert. Die Leistung beim Lösen großer piezoelektrischer zeitexpliziter Modelle auf einer Cluster-Architektur wurde ebenfalls verbessert. Die piezoelektrische Multiphysik basiert auf einer gemischten dG-algebraischen FEM-Formulierung, die jetzt die gleiche Leistung wie ein reines dG-zeitexplizites Problem aufweist. So läuft beispielsweise das Modell Ultrasonic Flowmeter with Piezoelectric Transducers (jetzt mit einem feineren Netz, das die doppelte Frequenz auflöst) auf acht Knoten in einer Cluster-Architektur und weist eine Beschleunigung von 35% auf. Außerdem löst das Modell 75.600.000 DOFs, mit 3700 algebraischen FEM DOFs (die Spannung in den piezoelektrischen Bereichen).

Pressure Acoustics, Time Explicit Interface

Die Impedance Randbedingungen verwenden jetzt eine verbesserte numerische Flussformulierung für Stabilität, die sicherstellt, dass sowohl akustisch harte als auch weiche Ränder zu einer stabilen Lösung führen. Außerdem wurden zwei neue Bedingungen für die Modellierung einer Transferimpedanzanordnung hinzugefügt: Interior Impedance und Pair Impedance. Beide Bedingungen nutzen auch den verbesserten numerischen Fluss der Impedanzbedingung.

Auch die Leistung beim Lösen von Systemen gewöhnlicher Differentialgleichungen (ODEs) zusammen mit dem Interface Pressure Acoustics, Time Explicit wurde verbessert. Dies ist nützlich bei der Modellierung von frequenzabhängigen Impedanzbedingungen im Zeitbereich. Ein Beispiel hierfür finden Sie im Tutorial-Modell Full-Wave Time-Domain Room Acoustics with Frequency-Dependent Impedance.

Ausbreitung eines Gaußimpulses mit einem 7 kHz Trägersignal in einem Raum. Das Modell löst 2.2x109 Freiheitsgrade (DOFs) und enthält ODEs zur Modellierung einer frequenzabhängig absorbierenden Decke.

Elastic Waves, Time Explicit Interface

Bei 2D- und achsensymmetrischen 2D-Modellen wurden die zugrunde liegenden Gleichungen neu formuliert, um für diese speziellen Fälle effizienter zu sein. Bei 2D-Modellen gibt es eine neue Option, um die Berechnung der Komponenten außerhalb der Ebene ein- oder auszuschließen. Wenn diese Option aktiviert ist, handelt es sich um die so genannte 2.5D formulation, andernfalls um die Formulierung mit ebener Dehnung. Bei achsensymmetrischen 2D-Modellen sind die Komponenten außerhalb der Ebene immer ausgeschlossen. Zum Beispiel wurde die Anzahl der DOFs, die im Modell Propagation of Seismic Waves Through Earth gelöst werden, von 17.2x106 auf 12.2x106 reduziert. Auf dem gleichen System konnte die Berechnungszeit für dieses Modell von 15 Stunden und 40 Minuten auf 12 Stunden und 20 Minuten reduziert werden.

Neue Transfer Matrix Coupling Randbedingung in Pressure Acoustics, Frequency Domain

Das neue Feature Transfer Matrix Coupling im Interface Pressure Acoustics, Frequency Domain dient zur Kopplung zweier Ränder (Quelle und Ziel) unter Verwendung einer Transfermatrix-Repräsentation. Die Transfermatrix ist eine reduzierte oder Lumped-Repräsentation des physikalischen Gebietes, der die beiden Ränder verbindet. Die Funktion verfügt über zwei Optionen, eine so genannte punktuelle Kopplung und eine Lumped-Repräsentation, und ist in dem Modell Diesel Particulate Filter Analysis Using an Acoustic Transfer Matrix zu sehen.

Die COMSOL Multiphysics-Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Transfer Matrix Coupling, das entsprechende Einstellungen-Fenster und ein Filtermodell im Grafikfenster.
Einstellungen für das Feature Transfer Matrix Coupling, das zur Modellierung eines Dieselpartikelfilters mit einer einfachen Repräsentation verwendet wird.

Lumped Speaker Boundary und Interior Lumped Speaker Boundary für Pressure Acoustics, Transient

Das Interface Pressure Acoustics, Transient wurde um die Bedingungen Lumped Speaker Boundary und Interior Lumped Speaker Boundary erweitert, um hybride Lumped- und FEM-Lautsprecherkonfigurationen zu modellieren. Dies ergänzt die Funktionen, die bereits im Interface Pressure Acoustics, Frequency Domain vorhanden sind. Die Bedingung stellt Kopplungen zwischen der Randbedingung und einem Electrical Circuit Interface her, um Modelle zu erstellen, die Großsignalparameter wie CMS(x), BL(x) oder RMS(v) auf vereinfachte Weise berücksichtigen können. Es gibt vordefinierte globale Variablen für die axiale Position und Geschwindigkeit. Sie können sich diese Funktionalität in dem Modell Lumped Loudspeaker Driver Transient Analysis with Nonlinear Large-Signal Parameters ansehen.

Die COMSOL Multiphysics Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Interior Lumped Speaker Boundary, dem entsprechenden Einstellungsfenster und zwei Grafikfenstern mit 1D-Plots.
Einstellungen für die Bedingung Interior Lumped Speaker Boundary und Ergebnisse, die die Erzeugung von Harmonischen in einem Lautsprechertreiber aufgrund von nichtlinearen Großsignalparametern zeigen.

Erweiterte Thermische Bedingungen im Feature Thermoviscous Boundary Layer Impedance

Das Feature Thermoviscous Boundary Layer Impedance wurde um eine neue Option Thermally conductive wall erweitert. Diese neue Option ermöglicht die Modellierung von nicht-idealen thermischen Wandbedingungen unter Verwendung verschiedener analytischer Darstellungen von Wänden endlicher oder unendlicher Dicke. Außerdem gibt es neue Variablen für die Bewertung der kombinierten dissipierten und transportierten Energie (einschließlich konvektiver Terme) in den Randschichten. Diese Variablen sind nicht nur bei der Modellierung der Dissipation, sondern auch der Erwärmung nützlich.

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Porous Layer Impedanzoptionen für die Druckakustik

Die Option Porous layer in der Randbedingung Impedance wurde mit Optionen zur Behandlung der Abhängigkeit der Impedanz vom Einfallswinkel aktualisiert. Der Einfallswinkel kann normal zur Oberfläche sein oder auf einen bestimmten Winkel oder eine bestimmte Richtung festgelegt werden. Mit der Option Automatic wird ein effektiver Einfallswinkel zugewiesen, der für raumakustische Simulationen mit diffusen akustischen Feldern verwendet werden kann.

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Physikgesteuerte Vernetzung für die Akustik

Die physikgesteuerte Netzgenerierung wurde auf weitere Acoustics Interfaces ausgeweitet. Ein physikgesteuertes Netz führt zur Erzeugung eines guten Ausgangsnetzes, das die besten Vernetzungspraktiken erfüllt, wie zum Beispiel die Auflösung von Wellenphänomenen und Randschichten. Für die folgenden Interfaces wurden physikgesteuerte Netze hinzugefügt:

  • Pressure Acoustics, Boundary Element
  • Pressure Acoustics, Kirchhoff-Helmholtz
  • Pressure Acoustics, Asymptotic Scattering
  • Pressure Acoustics, Time Explicit
  • Nonlinear Pressure Acoustics, Time Explicit
  • Elastic Waves, Time Explicit
  • Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain
  • Thermoviscous Acoustics, Transient

Die COMSOL Multiphysics Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Mesh, das entsprechende Einstellungen-Fenster und einen 3D-Plot im Grafikfenster.
Einstellungen für das physikgesteuerte Netz, das in einem Modell des Pressure Acoustics, Time Explicit Interface verwendet wird.

Beschleunigung von Evaluationen auf dem Kirchhoff–Helmholtz Kernel

Funktionen, die auf der Auswertung des Kirchhoff-Helmholtz-Integrals beruhen, sind jetzt bis zu 50% schneller als in Version 6.0; die Höhe der Beschleunigung hängt von der Hardware und der Komplexität des Plots ab (der größte Gewinn wird mit zunehmender Komplexität erzielt). Eine Funktion, die von diesen Verbesserungen profitiert, ist die Funktion Exterior Field Calculation, die in der Druckakustik verwendet wird, um das äußere Feld in den Ergebnissen darzustellen.

Die eigentliche Berechnungszeit liegt in der Evaluation des Kernels des Kirchhoff-Helmholtz-Integrals. Daher sind diese Verbesserungen (sowie ihre Auswirkungen auf die Funktion Exterior Field Calculation) besonders wichtig, wenn Sie die Hochfrequenz-Akustik-Interfaces Pressure Acoustics, Asymptotic Scattering und Pressure Acoustics, Kirchhoff-Helmholtz verwenden. So hat sich beispielsweise die Auswertungszeit der endgültigen Darstellung Scattered SPL im Tutorial-Modell Submarine High-Frequency Asymptotic Scattering um 25% verringert.

Ein U-Boot-Modell, das den Druck in der Traffic-Farbtabelle zeigt.
Simulation des gestreuten Druckfeldes um ein U-Boot mit der Hochfrequenzmethode, die mit der Kirchhoff-Helmholtz-Repräsentation 25% schneller ausgewertet wird.

Verbesserungen der Strahlenakustik

Export von Ballondaten mit dem Method Call

Das Modell Loudspeaker Driver in a Vented Enclosure enthält jetzt eine Method und einen Method Call, die den Export von Lautsprecherabstrahlungsdaten (Balloon Plot) in einem für die spätere Verwendung geeigneten Format ermöglichen. Dies ist ein Beispiel dafür, wie ein benutzerdefinierter Export mit einer Methode unter Verwendung der im Application Builder verfügbaren Tools durchgeführt werden kann. Die exportierten Ballondaten werden auch verwendet, um eine Funktion Source with Directivity im Tutorial-Modell Small Concert Hall Acoustics zu definieren.

Die COMSOL Multiphysics Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Method Call, das entsprechende Einstellungen-Fenster und ein Lautsprechermodell im Grafikfenster.
Die Einstellungen für Method Call, das zum Exportieren der Strahlungs-Ballondaten aus dem Lautsprechermodell verwendet wird.

Verbesserte Generierung von Pseudozufallszahlen

Das Interface Ray Acoustics enthält mehrere Funktionen, die auf der Generierung von Pseudozufallszahlen (PRNG) beruhen, wie zum Beispiel die bedingte Interaktion zwischen Strahlen und Rändern und die diffuse oder isotrope Streuung an Rändern. Für diese Funktionen wurden die Aufrufe von Pseudozufallszahlengeneratoren eingehend überprüft und überarbeitet. Bei den neuen Ausdrücken ist die Wahrscheinlichkeit von Korrelationen zwischen Zufallszahlen, die unkorreliert sein sollten, wesentlich geringer. Dazu gehören unerwünschte Korrelationen zwischen zufälligen Randbedingungen, die auf verschiedene Strahlen wirken, sowie zwischen zufällig erzeugten Vektorkomponenten.

Option, nur kumulierte Variablen in der Lösung zu speichern

Abhängig von Ihrer Anwendung können die kumulierten Variablen, wie zum Beispiel der Schalldruckpegel an den Rändern, von größerem Wert sein als die Position und Richtung der einzelnen Strahlen. Um die Dateigröße zu reduzieren, haben Sie jetzt die Möglichkeit, nur die kumulierten Variablen in der Lösung beizubehalten und die mit den Strahlen verbundenen Freiheitsgrade zu verwerfen.

Release From Exterior Field

Die Funktion Release From Exterior Field kann jetzt auch externe Felder aus den Interfaces Pressure Acoustics, Kirchhoff-Helmholtz und Pressure Acoustics, Asymptotic Scattering übernehmen. Außerdem kann die Funktion jetzt mehrere Frequenzen in einem parametrischen Sweep lösen.

Verbesserungen für Flow-Induced Noise

Das Multiphysik-Feature Aeroacoustic Flow Source Coupling ermöglicht jetzt die Übernahme der Strömungsquelle aus den neuen Detached Eddy Simulation Strömungs-Interfaces. Das Large Eddy Simulation Interface verfügt über mehrere neue Funktionen, darunter eine Option für synthetische Turbulenzen für Einlässe. Weitere Einzelheiten finden Sie in den CFD Module Updates. Die Überdruckterme sind jetzt auch im Lighthill-Spannungstensor enthalten. Diese beschreiben zum Beispiel die Abweichungen vom linearen isentropen Verhalten, wenn starke nichtlineare Effekte in der Quellregion auftreten oder wenn in der Strömungssimulation eine Wärmequelle vorhanden ist.

Solid Mechanics Interface in 1D

Das Solid Mechanics Interface ist jetzt für 1D und 1D-achsensymmetrische Komponenten verfügbar und erfordert kein zusätzliches Produkt für die Grundfunktionalität. In den transversalen Richtungen können verschiedene Kombinationen von ebener Spannung, ebener Dehnung und verallgemeinerter ebener Dehnung ausgewählt werden. Es gibt mehrere Multiphysik-Anwendungen, zum Beispiel in der Akku-Modellierung, der Akustik und der Wechselwirkung zwischen Wärme und Struktur, bei denen ein 1D-Modell wichtige Einblicke in ein physikalisches Phänomen liefern kann. Beachten Sie, dass die Funktionalität für Interkalationsspannungen in Akkus im Battery Design Module enthalten ist. Für fortgeschrittenere Modellierung sind zusätzliche Funktionen mit dem Structural Mechanics Module, MEMS Module, Multibody Dynamics Module oder Acoustics Module verfügbar.

Neue Methode zum Verbinden von Baugruppen

Die Nitsche-Methode wurde hinzugefügt, um die Kontinuität zwischen Rändern in Baugruppen zu erzwingen. Sie hat zwei wichtige Vorteile im Vergleich zu den klassischen punktuellen Beschränkungen:

  • Sie verursacht deutlich weniger lokale Störungen in der Lösung, wenn die Netze auf den beiden Seiten nicht übereinstimmen.
  • Es werden keine Beschränkungen hinzugefügt. Folglich ist es nicht notwendig, Beschränkungen zu eliminieren, was numerisch heikel und manchmal rechenaufwändig ist.

Neue Inputs für Anisotrope Materialien

Für die Funktion Linear Elastic Material wurden mehrere neue Optionen für die Eingabe elastischer Konstanten hinzugefügt:

  • Orthotrope Materialien können nun durch Kristalldaten für sieben verschiedene Arten von Kristallsystemen beschrieben werden: kubisch, hexagonal, trigonal mit sechs Konstanten, trigonal mit sieben Konstanten, tetragonal mit sechs Konstanten, tetragonal mit sieben Konstanten und orthorhombisch.
  • Die Eingabe von transversal isotropen Materialien wird unterstützt, wodurch die Anzahl der Eingaben für diese Klasse von Materialien reduziert wird.
  • Ein allgemeines anisotropes Material kann nun, zusätzlich zur Elastizitätsmatrix, durch seine Konformitätsmatrix dargestellt werden.

Die COMSOL Multiphysics Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Linear Elastic Material, das entsprechende Einstellungen-Fenster und ein 3D-Objekt im Grafikfenster.
Die Benutzeroberfläche für die Eingabe von Elastizitätsdaten mit einem Kristallsystem.

Ergebnisse in Lokalen Koordinatensystemen

Es ist jetzt ganz einfach, eine beliebige Anzahl von lokalen Koordinatensystemen zu definieren, indem Sie in den Structural Mechanics Interfaces Local System Results Knoten für die Auswertung von gemeinsamen Größen hinzufügen. Unter den verfügbaren transformierten Größen finden Sie Spannungen, Dehnungen, Verschiebungen und Materialeigenschaften.

Vorschläge für Vordefinierte Plots

Dem Menü Add Predefined Plot im Tab Results wurden mehrere vordefinierte Akustik-Plots hinzugefügt. Die neuen vordefinierten Plots richten automatisch nützliche Darstellungen für verschiedene Situationen ein. Dazu gehören Plots für Multiphysik-Konfigurationen, die zum Beispiel den Druck- oder Schalldruckpegel für gekoppelte Druck- und thermoviskose Akustik oder für druckakustische und poroelastische Wellenmodelle anzeigen. Sie können auch eine Darstellung der Cell-Wave-Zeitskala hinzufügen, wenn Sie Modelle lösen, die auf der diskontinuierlichen Galerkin-Formulierung mit expliziter Zeitangabe basieren. Dies ist nützlich, um problematische Netzregionen zu identifizieren, die den internen Zeitschritt begrenzen.

Verbesserungen der Löservorschläge

Es wurden mehrere neue iterative Löservorschläge hinzugefügt und Verbesserungen an den bestehenden Vorschlägen für Löser vorgenommen. Denken Sie daran, in der Studie Reset Solver to Default zu wählen, um die neuesten Aktualisierungen der Löser-Konfigurationen und Löser-Vorschläge zu erhalten. Die wichtigsten Aktualisierungen sind wie folgt: Für Pressure Acoustics, Frequency Domain-Modelle wurde der vorgeschlagene iterative Löser, der auf der verschobenen Laplace-Methode basiert, für eine schnellere Konvergenz verbessert. So wird beispielsweise das Modell Car Cabin Acoustics - Frequency Domain Analysis, das bei 3 kHz analysiert wird, jetzt in 1 Minute und 39 Sekunden gelöst, anstatt in 2 Minuten und 19 Sekunden (wie in Version 6.0), und bei 4 kHz sinkt die Zeit von 5 Minuten und 13 Sekunden auf 3 Minuten und 31 Sekunden.

Für die thermoviskose Akustik wurde der iterative Löservorschlag, der auf der Methode der Gebietszerlegung (DD) basiert, verbessert, um die neueste Lösertechnologie zu nutzen. Aus diesem Grund ist der Löser jetzt im Allgemeinen eine gute Wahl für die Lösung größerer Modelle. Ein Beispiel, das die verschiedenen Löser vergleicht, finden Sie im Modell Transfer Impedance of a Perforate in der Application Gallery.

Für die Lösung von elektrovibroakustischen 3D-Modellen, wie zum Beispiel Lautsprechern und anderen Schallwandlern, wurden spezielle iterative Löservorschläge hinzugefügt. Insbesondere wird ein effizienter iterativer Löser vorgeschlagen, wenn Sie Akustik (Druck und/oder thermoviskose Akustik), Strukturen (Festkörper und/oder Schale) und das Physik-Interface Magnetic Fields mit Hilfe der Lorentz Coupling oder Magnetomechanical Forces Multiphysik-Kopplungen koppeln. Beispiele hierfür finden Sie in den Tutorial-Modellen Loudspeaker Driver in 3D - Frequency Domain Analysis oder Balanced Armature Transducer.

Neue und Aktualisierte Tutorial-Modelle

COMSOL Multiphysics® Version 6.1 enthält mehrere neue und aktualisierte Tutorial-Modelle für das Acoustics Module.

Acoustic Microfluidic Pump

Ein 2D-Modell einer mikrofluidischen Pumpe, das den Geschwindigkeitsverlauf mit schwarzen Stromlinien zeigt.
Stromlinien und Geschwindigkeit (logarithmische Skala) in einer akustischen mikrofluidischen Pumpe, angetrieben durch starke akustische Strömungen, die an scharfen Kanten erzeugt werden. Das Bild zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Pumpe.

Application Library Titel:
acoustic_microfluidic_pump
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Acoustic Streaming in a Microchannel Cross Section

Ein 2D-Modell eines mikrofluidischen Kanals, das den Strömungsfluss in der Rainbow-Farbtabelle zeigt.
Modell der akustischen Strömung in einem 2D-Querschnitt eines mikrofluidischen Kanals. Die Teilchen im Kanal werden durch Strahlungskräfte und den viskosen Widerstand beeinflusst. Das Strömungsmuster zeigt die vier klassischen Rayleigh-Strömungsrollen.

Application Library Titel:
acoustic_streaming_microchannel_cross_section
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3D Acoustic Trap and Thermoacoustic Streaming in Glass Capillary

Ein Modell einer akustischen Falle mit Teilchen in der Wärmebildkamera-Farbtabelle.
Modell einer akustischen Falle in einer Glaskapillare, die durch einen piezoelektrischen Wandler aktiviert wird. Die Teilchenbewegung wird durch die akustischen Strahlungskräfte und den viskosen Widerstand der Strömung verursacht.

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One-Family House Acoustics

Ein Hausmodell, das den Schalldruckpegel und die Strahlenakustik mit Teilchen und Stromlinien zeigt.
Stationäre Schalldruckpegelverteilung in einem Haus, berechnet mit dem Interface Acoustic Diffusion Equation. Die Abstrahlung durch ein Fenster nach außen wird mit Hilfe der Strahlenakustik bestimmt.

Application Library Titel:
one_family_house
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Prestressed Micromirror Vibrations: Thermoviscous-Thermoelasticity Coupling

Ein Mikrospiegel-Modell, das die Temperatur und das Netz zeigt.
Modell eines vorgespannten vibrierenden Mikrospiegels mit detaillierter Modellierung der thermoviskosen Dämpfung. Die Temperaturstörungen werden in der Mikrospiegelstruktur und in dem umgebenden Luftgebiet für die 600 Hz Schwingungsmoden gezeigt.

Application Library Titel:
micromirror_prestressed_vibration
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Lumped Loudspeaker Driver Transient Analysis with Nonlinear Large Signal Parameters

Die COMSOL Multiphysics Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit einem hervorgehobenen 1D Plot Group Knoten, dem entsprechenden Einstellungsfenster, zwei Grafikfenstern und einer Tabelle mit Maximal- und Minimalwerten.
Dieses Tutorial-Modell zeigt, wie Sie das nichtlineare (large-signal) Verhalten bestimmter Komponenten in einer vereinfachten Lautsprecheranalyse berücksichtigen können. Das mechanische und elektrische System wird mit Hilfe eines elektrischen Ersatzschaltkreises modelliert.

Application Library Titel:
lumped_loudspeaker_driver_transient
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Ultrasonic Flowmeter with Piezoelectric Transducers

Das Modell eines Ultraschall-Durchflussmessers zeigt das akustische Signal in der Wave-Farbtabelle.
Ausbreitung des akustischen Signals auf der Symmetrieebene in einem Ultraschall-Durchflussmesser. Das Modell umfasst einen vollständig gekoppelten physikalischen Aufbau mit piezoelektrischen Wandlern, Anpassungs- und Stützschichten sowie einer Hintergrundströmung.

Application Library Titel:
flow_meter_piezoelectric_transducers
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Angle Beam Nondestructive Testing

Ein 2D-Modell, das die elastischen Wellen in der Twilight-Farbtabelle zeigt.
Aufbau für die zerstörungsfreie Prüfung mit Winkelstrahl, der die Reflexion und Beugung elastischer Wellen an einem kleinen Defekt zeigt, der mit der Randbedingung Fracture modelliert wurde.

Application Library Titel:
angle_beam_ndt
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Loudspeaker Driver in a Vented Enclosure

Ein Lautsprechertreiber-Modell in einem belüfteten Gehäuse in der Farbtabelle Rainbow.
Das Tutorial-Modell Loudspeaker Driver in a Vented Enclosure wurde um eine kurze Methode und einen Method Call erweitert, die einen einfachen Export des Lautsprecher-Strahlungsballons ermöglichen.

Application Library Titel:
vented_loudspeaker_enclosure
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Small Concert Hall Acoustics

Ein Modell eines kleinen Konzertsaals mit Teilchen in der Rainbow-Farbtabelle.
Das Tutorial Small Concert Hall Acoustics wurde um eine Quelle mit einer Richtcharakteristik erweitert, die aus Lautsprecher-Ballondaten importiert wurde.

Application Library Titel:
small_concert_hall
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Type 4.3 Ear Simulator

Ein Ohrsimulator-Modell, das die Schalldruckverteilung in der Wave-Farbtabelle zeigt.
Modell des Typs P.57 Typ 4.3 Full-band Ear Simulator. Das Tutorial-Modell enthält die Geometrie des Gehörgangs sowie der Ohrmuschel, die im ITU-T P.57-Standard definiert sind. Das Modell enthält auch Interpolationsdaten für die Impedanz des Trommelfells, um die korrekten akustischen Eigenschaften des Ohrs zu gewährleisten.

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Loudspeaker Driver in 3D - Frequency Domain Analysis

Ein Lautsprechertreiber-Modell, das die Verschiebung und Druckverteilung in der Wave-Farbtabelle zeigt.
Lautsprechertreiber in 3D mit dem neuen vollständig gekoppelten iterativen Löser gelöst. Verschiebung und Druckverteilung des Lautsprechers bei 4 kHz.

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Topology Optimization of a Sound Partition Considering Acoustic-Structure Interaction

Ein Schalltrennwand-Modell in den Wave- und Aurora Australis-Farbtabellen.
Topologie-Optimierung einer schalldämmenden Trennwand unter Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen Schall und Struktur. Der Ansatz basiert auf einer gemischten Formulierung und optimiert den Schallübertragungsverlust (STL) für einen bestimmten Volumenanteil des Materials im Designbereich.

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Electrostatic Speaker Driver

Ein Lautsprechertreiber-Modell, das die Schallabstrahlung in Isoflächen zeigt.
Schallabstrahlung eines elektrostatischen Lautsprechertreibers.

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Simple Thermoacoustic Engine

Ein 2D-Plot, der das Druckfeld mit blauen, grünen und roten Linien zeigt.
Tutorial-Modell eines einfachen thermoakustischen Motors, der einen thermischen Stack zur Umwandlung von Wärmeenergie in akustische Energie enthält. Das Modell wird sowohl mit linearer thermoviskoser Akustik als auch mit einer vollständigen CFD-Formulierung aufgesetzt und gelöst.

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Transient Sound Pressure Level

Ein 2D-Plot, der den Schalldruckpegel mit der Zeit auf der x-Achse und den Druck auf der y-Achse zeigt.
Tutorial, das zeigt, wie man drei verschiedene Schalldruckpegel-Metriken für transiente Signale implementiert.

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Balanced Armature Transducer

Ein Wandler-Modell, das die Verschiebung und den Schalldruckpegel anzeigt.
Dies ist eine vollständige elektrovibroakustische Simulation eines Balanced-Armature-Wandlers (in einigen Branchen auch als Receiver bekannt), eines Hochleistungs-Miniaturlautsprechers, der häufig in Hörgeräten und anderen In-Ear-Audioprodukten verwendet wird. Das Modell wurde aktualisiert, um einen neuen, effizienten Löser für das gekoppelte multiphysikalische Problem zu verwenden.

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Transfer Matrix of a Tube and Coupler Measurement Setup

Ein Modell einer Schlauchkupplung in der Wave-Farbtabelle.
Druckfeld im Rohr-Koppler-Testsystem. Zwei Anschlussbedingungen werden verwendet, um automatisch die Transfermatrix-Repräsentation des Systems zu extrahieren.

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Ultrasonic Car Parking Sensor

Ein Automodell, das das Strahlungsmuster der Teilchen in der Rainbow-Farbtabelle zeigt.
Dieses Tutorial zeigt Ihnen, wie Sie die Reaktion eines Ultraschall-Wandlers für einen Parkplatzsensor berechnen können. Das Fernfeld-Strahlungsmuster des Wandlers wird als Quelle für ein Strahlenakustikmodell verwendet, mit dem ein bestimmtes Parkszenario untersucht wird.

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