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COMSOL Multiphysics® 6.3 Release Highlights

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Updates im AC/DC Module

Für Nutzer des AC/DC Module bietet COMSOL Multiphysics® Version 6.3 eine neue elektrostatische Formulierung für genauere Kraftberechnungen, eine bessere Unterstützung für die Modellierung von im Bioengineering verwendeten dielektrischen dispersiven Materialien und eine erweiterte Auswahl an Features für die Simulation von Spulen, Elektromotoren und Generatoren. Hier erfahren Sie mehr über die Updates.

Neue Formulierung für das Interface Electrostatics

Das Interface Electrostatics enthält jetzt eine neue Gleichungsformulierung für die genauere Berechnung elektrostatischer Kräfte, was besonders bei der Modellierung von MEMS wie Beschleunigungsmessern und Gyroskopen nützlich ist. Durch die direkte Lösung des elektrischen Verschiebungsfeldes verbessert dieser Ansatz die Genauigkeit in Geometrien mit scharfen Ecken und ermöglicht genauere Kraftbewertungen selbst bei gröberen Netzen. Im Gegensatz zur herkömmlichen potentialbasierten Formulierung verwendet die neue Methode eine gemischte Formulierung, bei der zwei Gleichungen gelöst werden, eine für das elektrische Verschiebungsfeld (D) und eine für das elektrische Potential (V). In Version 6.3 ist diese verbesserte Formulierung als Option Mixed finite element für 2D- und 3D-Elektrostatik verfügbar. Mixed finite element ist die Standard-Diskretisierungsoption für die Interfaces Electromechanics, wenn das MEMS Module oder das AC/DC Module in Kombination mit dem Structural Mechanics Module verwendet wird. Diese neue Formulierung ist im Tutorial-Modell Micromachined Gyroscope with Mixed Formulation zu sehen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Electrostatics, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Gyroskopmodell im Grafikfenster.
Der Abschnitt Discretization im Einstellungsfenster des Knotens Electrostatics zeigt die Optionen für die D-V-Formulierung (bezeichnet als Mixed finite element).

Umfassende Unterstützung für die Modellierung der Dispersion, einschließlich biologischer Gewebe

Sowohl für das Interface Electrostatics als auch für das Interface Electric Currents stehen drei neue dispersive dielektrische Materialmodelle zur Verfügung: Cole–Cole, Havriliak–Negami und User defined. Diese Modelle sind sowohl für Frequenzbereichsstudien als auch für transiente Studien verfügbar. Die Modelle basieren auf der in der vorherigen Version eingeführten Funktion Partial Fraction Fit, was bedeutet, dass die dispersiven Materialien auch direkt an gemessene Daten angepasst werden können.

Darüber hinaus kann das vorhandene dispersive Materialmodell Multipole Debye in Kombination mit Materialdaten im neuen Ordner Biological Tissues in der AC/DC Module Material Library verwendet werden. Dieser Ordner enthält Werte für die elektrische Leitfähigkeit, die relative Permittivität und die Referenztemperatur sowie die Relaxationszeiten und die Beiträge zur relativen Permittivität mehrerer Debye-Pole für 54 biologische Gewebetypen. Diese Materialdaten sind besonders nützlich für medizinische Anwendungen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Materialknoten Heart, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Herzschrittmachermodell im Grafikfenster.
Der Ordner Biological Tissues in der Material Library des AC/DC Module enthält Materialeigenschaften für viele biologische Gewebetypen.

Modell für hochfrequente Verluste und homogenisierte Litzenspulenleiter

Das Leitermodell Homogenized multiturn im Feature Coil enthält jetzt ein Modell High-frequency effective loss, das standardmäßig aktiviert ist. Im Frequenzbereich weist dieses Modell eine effektive Drahtleitfähigkeit und eine komplexe Permeabilität zu, um die Feldverteilung und den Wechselstromwiderstand einer vollständig aufgelösten Spule unter Berücksichtigung von Skin- und Proximity-Effekten zu modellieren. Darüber hinaus verknüpft eine neue Option Wire properties namens From resistance and mutually coupled circuit die Spule mit einem internen Schaltkreis, um induktive Verluste sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich zu simulieren.

Das Leitermodell Homogenized litz coil unterstützt den Verlust bei hohen Frequenzen und ermöglicht die Angabe der Litzenzahl und des Gleichstromwiderstands pro Längeneinheit, wodurch der durch Verdrillungsmuster hinzugefügte Widerstand ausgeglichen wird. Darüber hinaus kann der Litzendrahtwiderstand pro Längeneinheit mithilfe von Spezifikationen, Messungen oder frequenzabhängigen Ausdrücken festgelegt werden.

Die folgenden Tutorial-Modelle veranschaulichen diese neuen Features:

Eine verdrehte 3D-Litze in Blau und Orange.
Ein Beispiel für eine 3D-Litzdrahtsimulation, die zur Untersuchung verschiedener Verdrillungsschemata und zur Validierung effektiver Verlustmodelle verwendet wird.

Neues Feature Laminated Core

Das neue Feature Laminated Core ermöglicht durch die Approximation der Lamellen als anisotropes effektives Medium die effiziente Modellierung von laminierten Kernen in Transformatoren, elektromechanischen Aktoren und Elektromotoren. Das Feature unterstützt sowohl lineare als auch nichtlineare magnetische Eigenschaften, einschließlich Relative permeability, B-H curve und Effective B-H curve. Um das Verhältnis von magnetischem zu nichtmagnetischem Material anzugeben, kann Stacking direction festgelegt und Stacking factor angepasst werden. Darüber hinaus können Widerstands- und Magnetverluste mithilfe empirischer Modelle wie den Modellen Steinmetz oder Bertotti einbezogen werden. Das Feature Laminated Core ist in den Interfaces Magnetic Fields; Magnetic Fields, No Currents und Rotating Machinery, Magnetic verfügbar.

Die folgenden Tutorial-Modelle zeigen das Feature Laminated Core:

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics mit hervorgehobenem Knoten Nonlinear Magnetic Core 2 im Model Builder, dem entsprechenden Einstellungsfenster des Knotens Laminated Core, Ampère’s Law und einem Motormodell im Grafikfenster.
Das Einstellungsfenster für das Feature Laminated Core zeigt Optionen zur Angabe des Stapelfaktors, der Stapelrichtung, der magnetischen Eigenschaften und des Verlustmodells.

Verbesserte Benutzerfreundlichkeit für Verbindungen von Schaltungen

Die Benutzerfreundlichkeit von Verbindungen zwischen Schaltungen wurde erheblich verbessert, sodass es einfacher ist, mithilfe der Features Terminal und Coil Features von Gebieten zu verbinden, wie das Interface Electric Currents oder Magnetic Fields mit dem Interface Electrical Circuit. Die automatisierte Funktionalität übernimmt nun das Vervollständigen von Schaltungsverbindungen, wenn ein Gebiet oder ein Rand mit einer elektrischen Schaltung verbunden wird. Darüber hinaus sind die Import- und Exportfunktionen für Schaltungen jetzt über die COMSOL API for use with Java zugänglich, sodass Apps, Modellmethoden und Add-Ins automatisch Schaltungen abrufen oder exportieren können. Dies ist besonders nützlich für die Extraktion von Lumped-Schaltkreisen, welche auf der Grundlage von Widerstands-, Kapazitäts- und Induktivitätsmatrizen generiert werden, die aus Finite-Elemente-Modellen abgeleitet werden. Die folgenden Tutorial-Modelle zeigen diese neuen Verbesserungen:

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Terminal, das entsprechende Einstellungsfenster, ein IGBT-Modul im Grafikfenster und das Fenster Add Electrical Circuit Connection.
Die Features Terminal und Coil sind jetzt mit der Schaltfläche Add Electrical Circuit Connection ausgestattet, die die Einrichtung von Systemen mit verbundenen Schaltungen erleichtert.

Neue Multiphysik-Interfaces Elektromechanics

Die neuen Interfaces Electromechanics, Shell und Electromechanics, Membrane vereinfachen die Modellierung der Verformung dünner Strukturen, wie Mikrofonmembranen, die durch elektrostatische Kräfte beeinflusst werden. Diese Interfaces enthalten automatisch die Multiphysik-Kopplung Electromechanics, Boundary für die nahtlose Integration mit Schalen- oder Membranelementen und verwenden das Interface Electrostatics zur Modellierung des elektrischen Feldes. Die Interfaces, die in den Tutorial-Modellen Brüel & Kjær 4134 Condenser Microphone und Axisymmetric Condenser Microphone demonstriert werden, erfordern auch das Structural Mechanics Module.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Electromechanics, Boundary; das entsprechende Einstellungsfenster und ein Mikrofonmodell im Grafikfenster.
Die neue Multiphysik-Kopplung Electromechanics, Boundary wird im Mikrofonmodell Brüel & Kjær 4134 verwendet, um bei der Kopplung der Interfaces Electrostatics und Membrane den Modellaufbau zu vereinfachen.

Neue und aktualisierte Modelle, neue App und neues Add-In

COMSOL Multiphysics® Version 6.3 bietet neue und aktualisierte Modelle, eine neue App und ein neues Add-In für das AC/DC Module.

Permanent Magnet Motor in Steady State

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Multiphase Winding, das entsprechende Einstellungsfenster, einen 2D-Motor im Grafikfenster und zwei 1D-Plots.
Das Interface Magnetic Machinery, Rotating, Time Periodic löst direkt für den stationären Betrieb, wobei die Effekte nichtlinearer Materialien und induzierter Ströme vollständig berücksichtigt werden. In diesem Tutorial-Modell wird eine verteilt gewickelte Innenraum-Permanentmagnetmaschine modelliert, um die Grundlagen des zeitperiodischen Interface zu demonstrieren.

Application Library Titel:
pmm_steady_state

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Piezomagnetic Cell Rover

Ein Antennenmodell, das die magnetische Flussdichte zeigt.
In diesem Tutorial wird gezeigt, wie eine für den Einsatz in lebenden Zellen entwickelte miniaturisierte magnetostriktive Antenne modelliert wird. Die Spannung in der Antenne, die magnetische Flussdichte, die Stromdichte und die Verschiebung der Spitze des Geräts werden bei der Resonanzfrequenz untersucht.

Application Library Titel:
piezomagnetic_cell_rover

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B-H Curve Checker App

Eine App, die eine B-H-Kurve mit der magnetischen Flussdichte auf der y-Achse und dem Magnetfeld auf der x-Achse anzeigt.
Die B-H Curve Checker App wurde verbessert. Insbesondere unterstützt die App nun Eingabedaten, die nicht bis zur vollständigen Sättigung reichen. Die Daten werden unter der Annahme ergänzt, dass die differentielle Permeabilität abnimmt und sich schließlich bei der Vakuumpermeabilität einpendelt. Diese Ergänzung führt zu realistischeren Sättigungseffekten in Modellen mit hohen Flusskonzentrationen.

Application Library Titel:
bh_curve_checker

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Circuit Extractor Add-In

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Circuit Extractor, das entsprechende Einstellungsfenster und einen 1D-Plot im Grafikfenster.
Das Add-In Circuit Extractor ermöglicht die automatische Extraktion von Lumped-Schaltkreisen durch Analyse der konzentrierten Widerstands-, Kapazitäts- und Induktivitätsmatrix, die aus dem Finite-Elemente-Modell abgerufen wird. Die vom Add-In extrahierten Widerstandsnetzwerke wurden aktualisiert, um den SPICE-Standard besser zu erfüllen.