COMSOL Multiphysics^® 6.2 Release Highlights

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Neuerungen im Structural Mechanics Module

Für Nutzer des Structural Mechanics Module bietet COMSOL Multiphysics^® Version 6.2 ein neues Interface Phase Field in Solids, eine virtuelle Rissausbreitungsmethode für die Bruchmechanik und ein neues Feature, das die statische Analyse von beschleunigten, ungelagerten Strukturen ermöglicht. Hier erfahren Sie mehr über diese und weitere Updates.

Neues Interface Phase Field in Solids

Die Phasenfeldmodellierung kann für zahlreiche physikalische Anwendungen genutzt werden. In dieser Version wurde ein neues Interface Phase Field in Solids eingeführt. Dabei handelt es sich um ein spezielles Interface für die Modellierung von Phänomenen, die bewegliche Grenzflächen in Festkörpern betreffen, wie zum Beispiel die Ausbreitung von Rissen, die Schadensentwicklung und das Wachstum von Korngrenzen.

Die Phasenfeldmodellierung der Rissentstehung und -ausbreitung in einer elastoplastischen kompakten Zugprobe.

Neues Interface Transport in Solids

Ein neues Interface Transport in Solids wurde für die Modellierung von Speziestransport, Elektromigration, Wasserstoffversprödung und anderen Transportphänomenen in festen Materialien hinzugefügt. Das Interface ermöglicht stationäre und zeitabhängige Studien des Transports von einer oder mehreren Spezies. Außerdem kann das Interface Transport in Solids mit dem Interface Solid Mechanics gekoppelt werden, wenn das Diffusionsproblem spannungsabhängig ist.

Ein Elektromigrationsmodell in der Farbtabelle Thermal.

Elektromigration, angetrieben durch elektrische Felder, Konzentration, hydrostatische Spannung und Temperaturgradienten.

Neue Multiphysik-Kopplung Unsaturated Poroelasticity

Eine neue Multiphysik-Kopplung Unsaturated Poroelasticity verbindet die Interfaces Moisture Transport in Solids und Solid Mechanics. Diese bidirektionale Kopplung führt den Feuchtigkeitsdruck als Last in den Poren ein, während die daraus resultierenden strukturellen Verformungen die Speicherkoeffizienten und die Porosität verändern. Diese Art von Studien lässt sich mit dem neuen Multiphysik-Interface Unsaturated Poroelasticity, das automatisch ein Interface Moisture Transport in Solids, ein Interface Solid Mechanics und eine Multiphysik-Kopplung Unsaturated Poroelasticity hinzufügt, leicht konfigurieren. Das Tutorial-Modell Moisture Transport in a Paperboard Roll veranschaulicht diese neue Funktionalität. Beachten Sie, dass dieses Feature das Porous Media Flow Module oder das Heat Transfer Module erfordert.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Unsaturated Poroelasticity, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Holz-Beton-Modell im Grafikfenster.

Relative Feuchtigkeit in einer Holz-Beton-Verbunddecke, bestimmt mithilfe der Multiphysik-Kopplung Unsaturated Poroelasticity.

Neues Multiphysik-Interface Magnetic–Elastic Interaction in Rotating Machinery

Bei einigen rotierenden Komponenten, wie zum Beispiel Elektromotoren, müssen Sie möglicherweise die bidirektionale Kopplung zwischen dem Magnetfeld und den strukturellen Verformungen berücksichtigen. Das neue Multiphysik-Interface Magnetic-Elastic Interaction in Rotating Machinery koppelt die Interfaces Solid Mechanics und Rotating Machinery, Magnetic zusammen mit Features für bewegliche Netze. Eine neue Multiphysik-Kopplung Magnetic Forces, Rotating Machinery wird verwendet, um die von magnetischen Maxwell-Spannungen hervorgerufenen Lasten auf eine nachgiebige rotierende Struktur anzuwenden. Gleichzeitig wird die Verformung, die durch eine Kombination aus magnetischen Lasten und Zentrifugalkräften verursacht wird, das Magnetfeld beeinflussen. Ein Beispiel dafür, wie dieses Interface verwendet werden kann, um die Verformungen und die Spannungsverteilung in einem Elektromotor zu untersuchen, zeigt das neue Modell Electromagnetic and Mechanical Analysis of an Interior Permanent Magnet Motor. Für diese Features sowie für das Tutorial-Modell ist das AC/DC Module erforderlich.

Die COMSOL Multiphysics Benutzeroberfläche zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Magnetic Forces, Rotating Machinery, das entsprechende Einstellungsfenster und die beiden Ergebnisplots eines Motormodells.

Magnetische Flussdichte und Spannungen in einem Permanentmagnetmotor mit innenliegenden Magneten, modelliert mit dem Multiphysik-Interface Magnetic-Elastic Interaction in Rotating Machinery.

Neue Multiphysik-Kopplung Thermal Expansion, Thin Layer

Der neue Multiphysik-Kopplungsknoten Thermal Expansion, Thin Layer ermöglicht die Kopplung der thermischen Expansion von Rändern mit einem Materialmodell Thin Layer mit dem in einem Interface Heat Transfer berechneten Temperaturfeld auf denselben Rändern. Diese neue Funktionalität ist in dem aktualisierten Tutorial-Modell Heating Circuit zu sehen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Thermal Expansion, Thin Layer, das entsprechende Einstellungsfenster und drei Grafikfenster mit einem Heizkreislaufmodell.

Spannung, elektrisches Potential und Temperatur in einem Heizkreislauf, der mit der neuen Multiphysik-Kopplung Thermal Expansion, Thin Layer modelliert wurde.

Ungelagerte Strukturen bei der Modellierung von Kontakt

Bei Kontaktproblemen bestehen oft unzureichende Lagerungsbedingungen bis der Kontakt hergestellt ist. Infolgedessen wird die Steifigkeitsmatrix singulär. Ein neues Feature Stabilization wurde hinzugefügt, um diese Problematik zu beheben. Die Tutorial-Modelle Prestressed Bolts in a Tube Connection und Prestress of Main Bearing Cap Bolts wurden aktualisiert, um die Verwendung dieses Features zu veranschaulichen.

Die Hälfte eines Rohrverbindungsmodells zeigt den Kontaktdruck in der Farbtabelle Rainbow.

Kontaktdruck in einer verschraubten Rohrverbindung.

Berechnung von Verzug

Bei einigen Anwendungen, wie beispielsweise bei Leiterplatten, muss eine Oberfläche einen ausreichenden Grad an Ebenheit beibehalten, damit die Struktur nach der Einwirkung von Lasten korrekt funktioniert. Die Interfaces Solid Mechanics, Shell und Layered Shell wurden um eine neues Feature Warpage erweitert, mit dem Sie die Abweichung einer Oberfläche von ihrer ursprünglichen Form bewerten können. Die Verwendung dieser neuen Funktionalität wird in den aktualisierten Tutorial-Modellen Thermal Stresses in a Layered Plate und Heating Circuit demonstriert.

Ein Heizkreislaufmodell, das die Verzerrung und die ebene Oberfläche zeigt.

Vergleich zwischen einer verzerrten (farbig) und einer perfekten (halbtransparent grau) planaren Oberfläche.

Fluidgefüllte Hohlräume

Das Interface Solid Mechanics wurde um eine neues Feature Enclosed Cavity erweitert. Mit diesem Feature können Sie geschlossene, fluidgefüllte Hohlräume modellieren, ohne dass Sie diese Kavität selbst vernetzen müssen. Der Druck im Hohlraum wirkt wie eine Last auf die Struktur und das eingeschlossene Volumen wird durch die mechanische Deformation gesteuert. Es stehen mehrere Zustandsgleichungen für das Fluid im Hohlraum zur Verfügung (zum Beispiel isothermes oder adiabatisches Gas oder inkompressibles Fluid). Diese neue Funktion wird in den Tutorial-Modellen Hyperelastic Seal und Biventricular Cardiac Model demonstriert.

Das Aufblasen eines Ballons mit einer Luftpumpe. Der sich bewegende Kolben in der Luftpumpe verkleinert das eingeschlossene Volumen, wodurch der Luftdruck im Ballon steigt.

Neues Feature Virtual Crack Extension

Ein neues Feature Virtual Crack Extension wurde als Alternative zur J-Integral-Methode zur Bestimmung von Energiefreisetzungsraten und Spannungsintensitätsfaktoren hinzugefügt. Mit diesem neuen Feature können Sie die gleichen Analysen durchführen, zusätzlich jedoch Volumenkräfte und thermische Expansion berücksichtigen. Dieses Feature wird in dem aktualisierten Tutorial-Modell Single Edge Crack verwendet.

Ein Modell, das die Spannung an einem Riss in der Farbtabelle Prism zeigt.

Spannungskonturen in einer angerissenen Platte unter Zugspannung.

Massenträgheitsentlastung (Inertia Relief)

Die Massenträgheitsentlastungsanalyse ist eine spezielle Art der statischen Analyse für statisch unbestimmte Strukturen, die durch äußere Lasten beschleunigt werden, wobei die äußeren Lasten und die Trägheitskräfte der Struktur ein dynamisches Kräftegleichgewicht aufrechterhalten müssen. In allen Strukturmechanik-Interfaces wurde ein neues Feature Inertia Relief hinzugefügt. Mit dieser Funktion können Sie das Aufsetzen einer speziellen Studiensequenz automatisieren, mit der das Beschleunigungsfeld, die entsprechenden Trägheitskräfte und die daraus resultierenden Spannungen berechnet werden. Diese neue Funktionalität wird in den aktualisierten Bracket - Structural Mechanics Tutorials verwendet.

Ein Flugzeugmodell, das die Verformungen der Tragflächen in der Farbtabelle Prism zeigt.

Verformungen der Tragflächen eines Flugzeugs während eines Hochziehmanövers.

Neues Feature Piezoelectric Material, Layered im Interface Shell

Für das Interface Shell ist ein neues Feature Piezoelectric Material, Layered verfügbar. Dieses Feature spart sowohl Aufbau- als auch Berechnungszeit beim Lösen von dünnen piezoelektrischen Verbundwerkstoffen. Beachten Sie, dass für dieses neues Feature entweder das AC/DC Module oder das MEMS Module erforderlich ist. Wenn das Composite Materials Module ebenfalls verfügbar ist, kann das Feature in mehrschichtigen Schalen verwendet werden, wobei die einzelnen Schichten unterschiedliche Materialeigenschaften haben können.

Ein Resonatormodell, das die S0-Mode in der Farbtabelle Rainbow zeigt.

Die S0-Mode eines Lamb-Wellen-Resonators bei 7,99 GHz, berechnet mit dem Interface Shell und dem neuen Feature Piezoelectric Material, Layered.

Verbesserungen der Funktionalität Fiber

Die Möglichkeit, einem Material eine Verteilung von Fasern zuzuweisen, indem Sie einen Unterknoten Fiber hinzufügen, wurde in Version 6.0 eingeführt. In Version 6.2 wurde diese Funktionalität erweitert.

Das Feature ist jetzt auch im Interface Shell verfügbar. In diesem Zusammenhang kann den Fasern auch eine Biegesteifigkeit und eine Position in Dickenrichtung zugewiesen werden.
Das Materialmodell der Faser kann jetzt eine allgemeine nichtlineare Funktion zwischen Spannung und Dehnung sein.
Der Unterknoten Fiber kann jetzt auch zu Materialmodellen in dem Feature Thin Layer hinzugefügt werden.

Diese Updates sind in dem neuen Tutorial-Modell Tire Inflation zu sehen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Fiber, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Betonmodell im Grafikfenster.

Die Bewehrung in einer Betonplatte kann durch die Platzierung von Fasern in einer Schale modelliert werden.

Ein Reifenmodell, das die Spannung in der Farbtabelle Prism zeigt.

Die Mises-Vergleichsspannung in der Cordverstärkung eines Reifens.

Begrenzte Verschiebung

Die Interfaces Solid Mechanics, Multibody Dynamics, Shell, Layered Shell und Membrane wurden um die Möglichkeit erweitert, eine begrenzte Verschiebung, d.h. die maximale Entfernung, die ein Punkt, eine Kante oder ein Rand in einer bestimmten Richtung zurücklegen kann, vorzugeben. Diese Funktionalität kann als eine vereinfachte Version der Kontaktanalyse betrachtet werden, bei der kein zweites Objekt benötigt wird, um die Bewegung zu stoppen. In früheren Versionen war diese Funktion nur in Interfaces wie Beam oder Truss verfügbar und daher nur auf Kanten oder Punkte anwendbar.

Ein Rohranschlag, der die radiale Verschiebung des Rohrs begrenzt. Anstelle einer vollständigen Kontaktanalyse wird die Randbedingung Displacement Constraint mit der Option Limited verwendet. Der Anschlag - hier durch einen Ring dargestellt - visualisiert die Verschiebungsgrenzen, ist aber nicht Teil des Modells.

Aktualisierungen des Plots Octave Band

Der Plot Octave Band kann nun verwendet werden, um die Ergebnisse einer transienten Simulation zu analysieren. Die transienten Daten werden vor der Analyse in den Frequenzbereich transformiert. Außerdem verfügt der Plot Octave Band jetzt über einen Eingabetyp General (non-dB), der für die Analyse von Absorptionsdaten in der Akustik oder von Schwingungsgeschwindigkeitsdaten zur Darstellung einer Frequenzantwortfunktion (frequency response function, FRF) in einem mechanischen Schwingungsmodell verwendet werden kann.

Neue und aktualisierte Tutorial-Modelle

COMSOL Multiphysics^® Version 6.2 enthält mehrere neue und aktualisierte Tutorial-Modelle für das Structural Mechanics Module.

Elastic Cloaking with Polar Material

Vier Plots eines Modells einer elastischen Tarnung in der Farbtabelle Wave Light.

Vergleich zwischen dem freien Feld, das durch eine Punktlast erzeugt wird, und dem Feld um ein getarntes Hindernis.

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Scattered-Field Formulation for Elastic Waves

Sechs Plots, die das Streufeld in der Farbtabelle Spectrum zeigen.

P- und S-Wellen, die auf einen Hohlraum, einen starren Einschluss und einen elastischen Einschluss treffen.

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Homogenized Model of a Corrugated Sheet

Sechs Plots eines Wellblechmodells in der Farbtabelle Rainbow.

Die homogenisierten Eigenschaften eines gewellten Blechs werden durch die Anwendung einer Reihe von grundlegenden Lastfällen auf eine Einheitszelle bestimmt.

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Ladder Frame

Ein Modell des Rahmens einer Leiter, das die Spannung in der Farbtabelle Prism zeigt.

Last- und Spannungsverteilung eines LKW-Leiterrahmens.

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Micromechanical Model of a Triply Periodic Minimal Surface (TPMS)-Based Composite

Ein Gyroid-Einheitszellenmodell in türkis und rosa.

Eine TPMS-basierte Gyroid-Einheitszelle wird periodischen Randbedingungen unterworfen, um homogenisierte mechanische und thermische Eigenschaften zu erhalten.

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micromechanical_model_of_a_tpms_composite
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Eigenfrequency Shifts Caused by Temperature Changes

Vier Plots eines Auslegermodells in der Farbtabelle Aurora Borealis.

Die Sensitivität der Eigenfrequenzen in Bezug auf Temperaturänderungen wird für verschiedene Arten von Randbedingungen untersucht.

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Micromechanical Model of a Piezoelectric Fiber Composite

Die homogenisierten piezoelektrischen Eigenschaften werden für einen Verbundwerkstoff berechnet, bei dem die Fasern und die Matrix aus unterschiedlichen piezoelektrischen Materialien bestehen.

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micromechanical_model_of_a_piezoelectric_composite
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Postbuckling Analysis Using an Incremental Arc Length Method

Ein 1D-Plot mit einer roten Linie und schwarzen Kreisen zeigt die Kraft im Verhältnis zur Verschiebung.

Kraft und Verschiebung beim Durchknicken einer flachen zylindrischen Schale, simuliert mit einer inkrementellen Bogenlängenmethode.

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Vacancy Electromigration in Integrated Circuit (IC) Interconnect Lines

Die Konzentration und der gesamte Fluss innerhalb eines Metalls, die in der Farbtabelle Rainbow Light dargestellt sind.

Die Migration von Leerstellen in einem Metall, angetrieben durch elektrische Felder, Konzentration, hydrostatische Spannung und Temperaturgradienten, ist ein stark gekoppeltes Phänomen.

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Electromagnetic and Mechanical Analysis of an Interior Permanent Magnet Motor

Zwei Motormodelle, wobei die Spannung im linken Modell und das Magnetfeld im rechten Modell dargestellt sind.

Spannung (links) und Magnetfeld (rechts) während einer transienten Simulation eines Permanentmagnetmotors mit innenliegenden Magneten (IPM).

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interior_pm_motor_stress_analysis
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Hydrogen Diffusion in Metals

Ein Modell einer Metallprobe, das die Konzentration in der Farbtabelle Prism zeigt.

Wasserstoffkonzentration und -fluss in einer gekerbten Metallprobe, die sowohl konzentrations- als auch spannungsgesteuerter Diffusion ausgesetzt ist.

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hydrogen_diffusion
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Bracket — Inertia Relief Analysis

Ein Halterungsmodell, das die Spannung in der Farbtabelle Prism und das Beschleunigungsfeld mit blauen Pfeilen darstellt.

Das Spannungs- und Beschleunigungsfeld, wenn das Bauteil Kräften ausgesetzt ist, die eine freie Winkelbeschleunigung verursachen.

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Moisture Transport in a Paperboard Roll*

Ein Papprollenmodell, das die Verteilung der relativen Feuchtigkeit zeigt.

Verteilung der relativen Feuchtigkeit und Verformung in einer Papprolle.

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paperboard_roll
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*Erfordert das Porous Media Flow Module

Bracket — Harmonic Vibration Fatigue*

Eine Nahansicht eines Halterungsmodells, das die Ermüdung in der Farbtabelle Prism zeigt.

Ermüdung in einer Halterung, die während eines linearen Frequenzsweeps statischen und harmonischen Belastungen ausgesetzt ist.

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bracket_fatigue_harmonic_vibration
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*Erfordert das Fatigue Module

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