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Infinitely Closer to Real无限接近真实！

中仿科技

2011年10月

COMSOL Multiphysics力学应用专题介绍

2011年中国区用户年会

何燕云（Basara He）



多物理场分析的本质是求解偏微分方程组

jQV

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S=S(T)

电学

传热

力学

电-热-结构多场耦合

耦合关系

电-热

热应力

科研创新的新契机：交叉学科（多物理场分析）



COMSOL Multiphysics全球第一款真正的多物理场耦合分析软件

Modules

Livelinks for CADCAD Import

Livelinks for MatlabJava Script



COMSOL Multiphysics全球第一款真正的多物理场耦合分析软件

一个功能强大的平台有限元数值模拟平台

类似于公式解释器形式的图形化操作界面

填空式的操作方法

任意耦合的多物理场分析平台

多物理场耦合

多维度/尺度耦合

与实验结果进行耦合

突出的特点易用性

可自由切换的多种语言操作界面

简单鼠标操作和填空，自动耦合物理场

开放性

对用户透明，支持用户建立自己的模型

可修改底层数学模型

灵活性

与MATLAB无缝连接

JAVA标准的API



COMSOL Multiphysics的主要特性

主菜单主工具条设定绘图窗口

通过模型树建模信息、求解过程和数字结果

• 交互式建模和模拟环境– 大量的预置物理应用模式– 自定义PDE应用模式

• 无穷的耦合能力– 无限的物理量耦合– 不同维度/尺度耦合– 与实验结果耦合

• 完备地前处理器功能– 简单实用的几何建模– 导入主流CAD文件格式– 强大的网格剖分功能

• 多种功能强大的求解器

• 强大的后处理能力

• 特定的应用模型和扩展

• 支持Matlab®的双向调用



怎样学习使用COMSOL

详尽的手册

大量标准应用案例

各种常见的物理场

各种常见工程应用

内容详尽的说明文档

完整的操作步骤说明

可通过检索来找到案例

中仿科技公开培训



COMSOL Multiphysics V4.2



传热问题

散热片对流冷却

焦耳热和热膨胀

研究由温差引起的能量传递的科学

金属冷却和相变Success story:

Ugitech optimizes steel casting process



传热问题• 三种能量传递方式

-- 热传导

-- 对流

-- 辐射



通常情况下，对于热辐射的模拟，我们是将它作为一个边界条件来定义的。

热辐射

电厂锅炉内的辐射传热



流体流动:– 粘性加热

– 压强做功

生物加热

电磁场加热

– 焦耳

– 感应

– 微波

化学反应

…

温度有关的材料属性

COMSOL Multiphysics 为很多的传热应用提供预定义接口

热现象常常耦合多种物理场



热--结构耦合

热

结构

复合板热应力分析

摩擦搅拌焊接



传热模块

结构力学模块



• 静力学

• 动力学

血管支架展开模拟

线性结构分析

应力应变关系

桥梁本征频率分析

结构力学



研究力的平衡或物体的静止问题

考虑-- 结构分析-- 静力分析-- 模态分析-- 屈曲分析-- 非线性分析

静力学分析



• 线弹性材料

• 超弹性材料

• 弹塑性材料

• 粘弹性材料

超弹性材料分析

焊点粘塑性蠕变

各种材料本构



非线性土体模型：‐ Cam‐Clay弹塑性土体模型：‐ Drucker‐Prager

‐ Capped Drucker‐Prager‐Mohr‐Coulomb‐ Capped Mohr‐Coulomb‐Matsuoka‐Nakai‐ Lade‐Duncan

混凝土模型：‐ Bresler‐Pister‐Willam‐Warnke‐ Ottosen

岩石模型：‐ Hoek‐Brown‐ Generalized Hoek‐Brown

韧性材料与饱和土：‐ von Mises‐ Tresca

浅黏土层屈服分析

深基坑开挖模拟

岩土本构



粘弹性阻尼器频率响应分析

动力学和振动分析

电动机转子特征频率分析



接触、摩擦、疲劳分析

安全钩应力分析



声学模块

传热模块结构力学模块岩土力学模块



随处可见的声学现象

• 声压分析

• 声—结构耦合

• 气动声学

汽车内部声场

柱状低音炮航空发动机气流噪声

汽车消声器

声学隐身斗篷



换热器中的热流耦合分析

• 在此模型中，研究管-壳的热交换过程。

• k-ε湍流模型用来模拟完全的湍流流动。



连续铸造• 连铸工艺中的冷却与凝固过程

– 注意其中的相变



热应力

• 多层板热初始应力（800℃—20℃）

两层板间的热应力作为初始应力



振动生热

• 分析杆件结构小幅振动产生的热量

• 首先计算频域内

的线性热-弹性响应

• 然后计算热弹性动

力学非线性的力学损

耗而产生的热量分布



梁的大变形与线性屈曲

• 采用平面应力应用

模式模拟梁的变形

情况



粘土层屈服分析

• 岩土材料本构

• 使用无限元

• 网格的使用



• 土壤可塑性与接触分析

深基坑开挖



• 原位（重力）应力

• 两步分析：

--计算土壤在隧道开挖前

的应力状态

---求解开挖部分土壤后的

弹-塑性行为

隧道开挖



弹性波地层传播



声--壳耦合

• 壳体振动发声

声压与声压级分布



扬声器驱动器

• 磁-声-固耦合分析--包括音圈电磁场分析和音膜声-结构分析

声压级分布灵敏度曲线



总结

• COMSOL Multiphysics VS 热—力—声研究

-热

三种传热方式的任意组合分析

-力

模拟仿真的基础

结合岩土本构研究岩土工程问题

-声

提供具有针对性的工业级解决方案


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