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COMSOL Multiphysics® 6.3 Release Highlights

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Updates im Structural Mechanics Module

Für Nutzer des Structural Mechanics Module bietet COMSOL Multiphysics® Version 6.3 neue Multiphysik-Interfaces für die Modellierung der Elektromechanik in dünnen Strukturen, eine überarbeitete Kontaktformulierung und Tools für die Modellierung von Schweißpunkten und Verbindungselementen mit vereinfachten Workflows. Hier erfahren Sie mehr über die Updates.

Neue Electromechanics Multiphysik-Interfaces

Die neuen Interfaces Electromechanics, Shell und Electromechanics, Membrane vereinfachen die Modellierung der Verformung dünner Strukturen, die durch elektrostatische Kräfte beeinflusst werden, wie beispielsweise Mikrofonmembranen. Diese Interfaces fügen automatisch die Multiphysik-Kopplung Electromechanics, Boundary für eine nahtlose Integration mit Schalen- oder Membranelementen hinzu und verwenden das Interface Electrostatics zur Modellierung des elektrischen Feldes. Dies wird in den Tutorial-Modellen Brüel & Kjær 4134 Condenser Microphone und Axisymmetric Condenser Microphone demonstriert. Die Interfaces benötigen zusätzlich zum Structural Mechanics Module das AC/DC Module oder MEMS 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 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. Dieses neue Feature ist in folgenden Tutorial-Modellen zu sehen:

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.

Vereinfachte Modellierung von Verbindungselementen

Bei Strukturen, die durch eine große Anzahl von Verbindungselementen wie Nieten oder Bolzen verbunden sind, kann die manuelle Modellierung jedes einzelnen Elements zeitaufwendig werden. Um dies zu erleichtern, wurde dem Interface Shell ein neues Feature Fasteners hinzugefügt. Dieses Feature erkennt automatisch paarweise kreisförmige Löcher an parallelen Rändern der Schale und verbindet sie. Bei der Steifigkeit der Verbindung werden Eigenschaften wie Materialdaten, Durchmesser der Verbindungselemente und Plattendicke berücksichtigt. Es ist auch möglich, Sicherheitsfaktoren für die Befestigungselemente auf der Grundlage benutzerdefinierter Ausdrücke zu berechnen. Das neue Tutorial-Modell Postbuckling Analysis of an Aircraft Fuselage veranschaulicht dieses Feature.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Fasteners, das zugehörige Einstellungsfenster und zwei Grafikfenster.
Das Fenster Settings für den Knoten Fasteners, die Verschiebung aus einer Postbuckling-Analyse eines genieteten Flugzeugrumpfes und eine Detailansicht der Verbindungskräfte an der Verbindung zwischen Holm und Rahmen.

Punktschweißen

Für das Interface Shell wurde ein neues Feature Spot Welds hinzugefügt, das die Modellierung von Strukturen erleichtert, die durch eine große Anzahl von Schweißpunkten verbunden sind. Die Positionen der Schweißpunkte werden als Liste angegeben, die aus einer Textdatei importiert werden kann. Die Implementierung ist unabhängig vom Netz an den verbundenen Rändern der Schale und umfasst eine benutzergesteuerte Steifigkeit. Die von jedem Schweißpunkt übertragenen Kräfte und Momente können auch in grafischer und tabellarischer Form ausgewertet werden. Das neue Tutorial-Modell Spot-Weld Connection in a Double Hat Beam veranschaulicht dieses neue Feature.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Spot Welds, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Balkenmodell im Grafikfenster.
Das Fenster Settings für den Knoten Spot Welds und eine Eigenmode für ein punktgeschweißtes Trägerprofil.

Kontaktformulierung für innere Ränder

Das Interface Solid Mechanics wurde um ein neues Feature Interior Contact erweitert, das es ermöglicht, Kontaktbedingungen wie Reibung, Adhäsion und Kohäsion an inneren Rändern zu berücksichtigen. Bei dieser Formulierung sind keine Kontaktpaare und Baugruppen erforderlich und die Analyse kann geometrisch linear sein. Dieses Feature kann für Modellierungsanwendungen wie Bolzenverbindungen und durch Kohäsionsbruch getrennte Ränder verwendet werden. Die Tutorial-Modelle Mixed-Mode Debonding of a Laminated Composite und Vibration of a Squeezed Plate wurden aktualisiert, um dieses neue Feature zu demonstrieren.

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.

Fitting von viskoelastischen Daten

Eigenschaften für viskoelastische Materialien werden häufig im Frequenzbereich gemessen und sind in der Regel als frequenzabhängige Speicher- und Verlustmodule verfügbar oder werden mithilfe von Modellen für fraktionale Ableitungen approximiert. In dieser Version wurde dem Feature Viscoelasticity eine neue Funktion hinzugefügt, die solche Daten mithilfe eines Partial-Fraction-Fit auf Zeitbereichs-Funktionen abbildet. Dadurch können Nutzer zeitabhängige Simulationen von viskoelastischen Materialien durchführen, unabhängig von der ursprünglichen Form der Materialeigenschaften. Dieses neue Feature ist in den Tutorial-Modell Eigenmodes of a Viscoelastic Structural Damper zu sehen.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Viscoelasticity, das entsprechende Einstellungsfenster und einen 1D-Plot im Grafikfenster.
Das Fenster Settings für die viskoelastische Datenanpassung und eine Vorschaugrafik, die einen Vergleich der Anpassung an die Quelldaten für Speicher- und Verlustmodul zeigt.

3D-Visualisierung von Balken und Rohren

Mit den neuen Datensatztypen Beam und Pipe ist es nun möglich, eine vollständige 3D-Visualisierung für Balken- und Rohrelemente zu erreichen. Diese Datensätze können beispielsweise zur Visualisierung der Spannungsverteilung und von Variablen über den Querschnitt verwendet werden. Die integrierten Querschnittstypen, Rectangle, Circular, Box, Pipe, H-profile, T-profile, U-profile, C-profile und Hat, werden unterstützt. Die folgenden Tutorial-Modelle zeigen diese neue Funktionalität:

Eine Verbindung in einem Rahmen mit roten Pfeilen.
Eine Verbindung in einem Rahmen, visualisiert mit dem neuen Datensatz Beam.

Stabilisierung im Interface Membrane

Die Steifigkeit von Membranen außerhalb der Ebene wird durch die Spannung innerhalb der Ebene gesteuert. Daher ist es üblich, dass Membranen in einer anfänglichen spannungsfreien Konfiguration numerisch instabil sind, bevor externe Lasten hinzugefügt werden. Mit dem neuen Feature Stabilization im Interface Membrane ist es möglich, während der ersten Iterationen eine automatische Stabilisierung zu erreichen, bevor die Struktur durch die induzierte Belastung ihre korrekte physikalische und numerische Steifigkeit erreicht hat. Die folgenden Tutorial-Modelle veranschaulichen dieses Feature:

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit hervorgehobenem Knoten Stabilization, das entsprechende Einstellungsfenster und ein Airbag-Modell im Grafikfenster.
Die Einstellungen für den neuen Knoten Stabilization mit einer aufgeblasenen Membranstruktur im Grafikfenster.

Add-In Random Particulate Composite

Unter dem Zweig COMSOL Multiphysics der Add-in Libraries wurde ein neues Add-In zur Erzeugung von Geometrieteilen für zufällige Partikelverbundwerkstoffe hinzugefügt. Das Add-In kann verwendet werden, um kugelförmige Partikel innerhalb eines rechteckigen Blocks zu erzeugen, wobei ihre Positionen und Größe fest oder zufällig basierend auf verschiedenen Wahrscheinlichkeitsverteilungen verteilt sind.

Die Benutzeroberfläche von COMSOL Multiphysics zeigt den Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Random Particulate Composite RVE, das entsprechende Einstellungsfenster, ein Geometrieteil im Grafikfenster und ein Histogramm.
Das Add-In Random Particulate Composite RVE im Model Builder, das erstellte Geometrieteil und ein Histogramm.

Materialbibliothek-Ordner Composites

Der neue integrierte Ordner Composites ist in drei Materialgruppen unterteilt: Faserbestandteile, Matrixbestandteile und Laminate. Dieses Feature erleichtert die Einrichtung von Modellen mit gängigen Arten von Verbundlagen. Sie können sich diese neuen Materialien in folgenden Tutorial-Modellen ansehen:

Der Material Browser in COMSOL Multiphysics zeigt die Eigenschaften eines ausgewählten Verbundmaterials an.
Der neue Ordner Composites in der Materialbibliothek.

Neue Tutorial-Modelle

COMSOL Multiphysics® Version 6.3 bringt mehrere neue Tutorial-Modelle für das Structural Mechanics Module.

Response Spectrum Generator

Eine App mit einem 1D-Plot, der die Beschleunigung zeigt.
Eine App zur Erstellung von Antwortspektren aus Messdaten oder analytischen Ausdrücken.

Application Library Titel:
response_spectrum_generator

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Phononic Crystal

Ein Modell eines phononisches Kristalls, das einen Teil des P-Wellenfeldes zeigt.
Eine periodische Wiederholung von Einschlüssen in einem ansonsten homogenen Substrat verhält sich wie ein Filter für elastische Wellen in bestimmten Frequenzbereichen.

Application Library Titel:
phononic_crystal

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Postbuckling Analysis of an Aircraft Fuselage

Ein Modell eines Flugzeugrumpfes, das die Stärke der Verschiebung zeigt.
Die Verschiebung aus einer Postbuckling-Analyse eines genieteten Flugzeugrumpfes.
Download aus der Application Gallery

Spot-Weld Connection in a Double Hat Beam

Ein Balkenmodell mit mehreren Schweißpunkten, das die Schwingungsform zeigt.
Eine Eigenform für ein punktgeschweißtes Trägerprofil.
Download aus der Application Gallery

Micromechanical Model of an Octet-Truss Lattice Cell

Eine 3D-Oktett-Fachwerk-Gitterzelle, die eine Verformung zeigt.
Eine Oktett-Fachwerk-Gitterzelle unter Schubverformung.

Application Library Titel:
micromechanical_model_of_an_octet_truss_lattice_cell

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Piezomagnetic Cell Rover*

Zwei Antennenmodelle, die die magnetische Flussdichte und die Spannung anzeigen.
Magnetische Flussdichte (vorne) und Spannung (hinten) in einer miniaturisierten magnetostriktiven Antenne, die für den Einsatz in lebenden Zellen entwickelt wurde.

Application Library Titel:
piezomagnetic_cell_rover

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*Erfordert das AC/DC Module