COMSOL Multiphysics^® 6.3 Release Highlights

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Updates im MEMS Module

Für Nutzer des MEMS Module bietet COMSOL Multiphysics^® Version 6.3 genauere Berechnungen elektrostatischer Kräfte und neue elektromechanische Multiphysik-Interfaces für Schalen und Membranen. Hier erfahren Sie mehr über die Updates.

Neue Formulierung für Elektrostatik

Für die elektrostatische Analyse liefert eine neue Gleichungsformulierung genauere Berechnungen der elektrostatischen Kraft, was besonders bei der Modellierung von MEMS wie Beschleunigungsmessern und Gyroskopen nützlich ist. Durch die direkte Berechnung des elektrischen Verschiebungsfeldflusses verbessert dieser Ansatz die Genauigkeit bei Geometrien mit scharfen Ecken und ermöglicht so praktischere Kraftbewertungen. Im Gegensatz zur herkömmlichen potentialbasierten Formulierung verwendet die neue Methode eine gemischte Formulierungstechnik, bei der zwei Gleichungen gelöst werden – eine für das elektrische Verschiebungsfeld (D) und eine für das elektrische Potential (V), wobei letztere als Nebenbedingung dient. Diese D-V-Formulierung, die als Mixed finite element bezeichnet wird, ist sowohl für 2D- als auch für 3D-Modellierung verfügbar und ist die Standard-Diskretisierungsoption für das Interface Electrostatics, das mit dem Multiphysik-Interface Electromechanics verwendet wird.

Ein Modell eines Gyroskops, bei dem die neue D-V-Formulierung verwendet wird, zeigt die Schwingung im Sensormodus mit einer durch die Corioliskraft verursachten Verschiebung außerhalb der Ebene.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Electrostatics, das zugehörige Einstellungsfenster und ein Gyroskopmodell im Grafikfenster.

Die Einstellungen für das Interface Electrostatics, in dem die neue D-V-Formulierung als Mixed finite element bezeichnet wird.

Neue Multiphysik-Interfaces Electromechanics

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, die eine nahtlose Integration mit Schalen- oder Membranelementen ermöglicht, und verwenden das Interface Electrostatics, um das elektrische Feld zu modellieren. Diese Interfaces werden in den Tutorial-Modellen Brüel & Kjær 4134 Condenser Microphone und Axisymmetric Condenser Microphone demonstriert und erfordern zusätzlich das Structural Mechanics Module.

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

Die neue Multiphysik-Kopplung Electromechanics, Boundary wird im Brüel & Kjær 4134-Mikrofonmodell für einen vereinfachten Modellaufbau bei der Kopplung der Interfaces Electrostatics und Membrane verwendet.

Multiphysik-Kopplung Shrinkage and Swelling

Für die Modellierung von Volumenänderungen, die durch Diffusion verursacht werden, wurde eine neue Multiphysik-Kopplung Shrinkage and Swelling hinzugefügt, die die Interfaces Transport in Solids und Solid Mechanics bidirektional verbindet. Diese neue Kopplung kann verwendet werden, um die Auswirkungen von Konzentrationsänderungen auf das Volumen zu simulieren und zu untersuchen, wie Spannungen die Diffusion beeinflussen können. Dies ist beispielsweise bei Akkus nützlich, bei denen aufgrund des Ionentransports sehr große Volumenänderungen auftreten können.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Shrinkage and Swelling, das entsprechende Einstellungsfenster und eine Mikrobatterie im Grafikfenster.

Das Fenster Settings für die Multiphysik-Kopplung Shrinkage and Swelling zur Modellierung des Quellens in einer Festkörper-Mikrobatterie.

Kontaktformulierung für innere Ränder

Ein neues Feature Interior Contact wurde dem Interface Solid Mechanics hinzugefügt, das es ermöglicht, Kontaktbedingungen wie Reibung, Adhäsion und Kohäsion an inneren Rändern zu berücksichtigen. Mit dieser Formulierung sind Kontaktpaare und Baugruppen nicht erforderlich und die Analyse kann geometrisch linear sein. Dieses Feature kann für Modellierungsanwendungen wie Bolzenverbindungen und durch Kohäsion getrennte Ränder verwendet werden.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Interior Contact, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Modell einer Bolzenverbindung im Grafikfenster.

Das Fenster Settings für den Knoten Interior Contact, der zur Modellierung einer Bolzenverbindung unter einer Last verwendet wird.

Neues Standard-Feature Free Space

Ein neues Standard-Feature Free Space wurde dem Interface Electrostatics hinzugefügt. Dieses Feature definiert die physikalischen Bedingungen in der Nähe des modellierten Geräts, typischerweise in Luft oder Vakuum. Das Feature dient als Ausgangspunkt für weitere Verfeinerungen und ermöglicht das Hinzufügen zusätzlicher Features – wie Charge Conservation in Solids – zur lokalen Spezifizierung von Materialeigenschaften und Anregungsmethoden.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Free Space, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Drucksensormodell im Grafikfenster.

Ein kapazitiver Drucksensor, der die Verschiebung einer Membran mit einem darunter liegenden Gebiet vom Typ Free Space zeigt.

Materialbibliothek-Ordner Composites

Der neue integrierte Ordner Composites ist in drei Materialgruppen unterteilt: Faserbestandteile, Matrixbestandteile und Schichten. Diese Funktionalität erleichtert die Erstellung von Modellen mit gängigen Arten von Verbundwerkstofflagen.

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