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2 种计算机主板冲击响应分析方法的比较
在进入市场之前，主板和其他易碎的电子元件需要能够承受一定的机械冲击负荷。这就是休克反应分析的用武之地。
如何在封闭空间中建立基源模型
故事始于阿基米德正在处理的一桩金皇冠诈骗案。当他洗澡的时候突然有了灵感：将一个物体浸入水中，所排出的水量与该物体的体积相同，这样他就可以查出掺有杂质的黄金了。阿基米德高兴地大喊：“找到了（eureka）！”但是会有人会听到这著名的呐喊吗？通过仿真，我们可以评估共振和混响封闭空间（如浴室）的声学效果，及其对基源的响应。
通过 2 种网格自适应方法实现更高效的计算
网格自适应的目标是通过修改网格实现更高效地求解。通常，我们希望使用尽可能少的网格单元获得精确的解，在不太重要的区域使用较粗的网格，在感兴趣的区域使用较精细的网格。有时，我们甚至可能会考虑各向异性单元。从 5.4 版本开始， COMSOL Multiphysics® 软件包含了一些增强方法以调整网格。这篇博客，让我们来看看如何使用这些方法。 确定所需网格单元的大小 要对网格进行自适应操作，必须知道所需的网格单元大小。然而，找到合适的网格大小并不容易，事实上这需要进行大量的研究。对于稳态和特征值问题，我们可以使用COMSOL Multiphysics 中的 自适应和误差估计 功能基于内置的误差估计自动调整网格。 COMSOL 软件中的网格自适应方法并不局限于使用内置的误差估计，它还具有更高地灵活性。可以先在粗网格上求解一个较简单的问题，然后基于此解通过求解一个表达式来控制较难问题的单元大小。另外，还可以使用导入的插值函数或任何自定义表达式来控制单元大小。 本文不讨论这方面内容，而是假设已经隐式或显式地知道所需的单元大小是 x，y 和 z（三维空间）的函数。也就是说，网格单元的边长由该边中点坐标的函数表达式确定。当然，一般情况下不可能完全满足此要求，即使是一个三角形单元也需要满足三角形不等式。但是，请记住：大小表达式代表空间中每个点所需的单元边长。 根据大小表达式调整网格的 2 种方法 COMSOL Multiphysics 的 网格节点下有 2 种不同的方法可以构建适应大小表达式的网格。 第一种方法，我们可以在网格划分序列中使用大小表达式 属性来改变生成网格的大小。如果使用研究中的网格自适应功能，则相当于选择了 重新生成网格 选项，其中的自由网格生成器（自由三角形网格，自由四边形网格和自由四面体网格）会考虑网格大小。另一方面，例如 映射 、扫掠 和某种程度上的 边界层）会忽略大小表达式属性（根据定义，结构化网格不能遵循大小可变的字段）。简单来说，就是如果我们构建的是结构化网格，可能无法使用此方法。 另一种方法是使用 自适应 操作。此操作通过单元细化和粗化来修改现有网格。我们可以在具有任何单元类型的网格上以及在导入的网格上使用 自适应 操作。这是一种更强大的方法，并且可能更好地遵循指定的大小表达式。但是，结果通常不如从头开始生成的网格平滑。 下面，我们将详细讨论这 2 种方法，并看看二者产生的结果有何不同。 使用大小表达式属性 如前所述，使用大小表达式属性方法通常能获得高质量的网格。但是，如果这种方法产生的单元质量较差（在大小过渡较快时会出现这种情况），则可能无法达到所需的单元大小。有关网格质量的讨论，请阅读博客：如何检查 COMSOL Multiphysics® 中的网格质量。由于每次调整都是从头开始构建网格，因此对于复杂的几何结构而言，此过程可能非常耗时。 使用 大小表达式 属性对一个圆形几何的三角形网格应用大小表达式，得到高质量的网格单元和大小过渡平滑的网格。 如果已知大小表达式（例如，一个全局插值函数），在背景栅格上进行计算通常很方便（上图中的基于栅格计算）。需要确保栅格分辨率足够高，才能捕获大小表达式描述的所有特征。 当大小表达式取决于已知的空间变化量（例如材料），可以使用 初始表达式 计算选项。这样，就可以使用模型中的任何表达式。软件将在求解前计算表达式（与可用于研究步骤的 获取以下步骤的初始值 命令对比）。我们还可以指定某个研究步，因为一些表达式的值取决于研究。 最后，还可以基于现有解计算。内置的 误差 估计使用的是 误差指示器 表达式类型 ，但也可以使用任意的大小表达式，这取决于现有的解决方案。例如，有时可能想在应力较大的地方细化网格。 使用自适应操作 另一种方法是基于现有的网格进行修改来匹配所需的单元大小。这就是 自适应 操作的作用。它适用于所有单元类型，也可作用于导入的网格。它的许多选项和输入字段与 大小表达式 属性相同。 该操作有三种适应方法：最长边细化，常规细化 和 通用修改。前两种细化方法是基于单元边的二等分法操作。由于这些单元边太长，所有现有网格的顶点被保留，因此这些方法无法被粗化。 自 5.4 版本开始，COMSOL Multiphysics 软件内置了 通用修改 方法。顾名思义，就是以非常通用的方式修改网格： 单元可以被细化 […]
主题演讲视频：通过仿真加强 STEM 教育
教师如何提高学生在科学、技术、工程和数学（STEM）本科课程中的学习效果？为了找到答案，美国哈特福德大学教授 Ivana Milanovic 将基于问题的学习（PBL）和基于探究的学习（IBL）相结合，开发了一种基于仿真的方法。
通过电磁仿真优化平面 PCBs 线圈
无论是血压传感器还是电子货币卡，平面线圈广泛应用智能电子设备中。这些线圈被制备在印刷电路板（PCB）上，是感应耦合的理想选择，尤其是在空间有限的情况下。
如何使用 COMSOL Multiphysics® 模拟关节中的流体摩擦
在各种各样机械设备中，会使用一些部件在相对运动的固体零件之间传递载荷，例如发动机、泵和涡轮等。常见的部件有活塞环、凸轮、齿轮齿和轴承。通常，通过在两个固体零件之间注入润滑油并在组件之间保持一层油膜，可以最大程度地减少摩擦和磨损。
通过密度方法进行拓扑优化
工程师在设计飞机和空间应用中的轻量化结构部件时有很大的自由度，因此使用能够开发自由度的方法很有意义。拓扑优化是在早期设计阶段普遍使用的方法。拓扑优化方法通常需要进行正则化和特殊的插值函数才能获得有意义的设计，这对于新手和有经验的仿真用户而言都比较困难。
通过仿真保持恒温箱中的低温
一架空中救护飞机从头顶飞过，急速驶向一家医院，它正在将一个器官运送到需要它的病人那里，对其进行抢救治疗。为了使器官在运输过程中保持适当的温度，它被放在一个特殊的容器里，这个容器被称为冷箱或恒温箱。通过仿真，您可以分析这些箱子的设计，以确保它们对于挽救生命是可靠的。 通过冷藏链运输易腐物品 恒温箱用于保存各种产品，包括： 器官和组织 药品 易腐食品（如烘焙食品） 疫苗 试剂 例如，当准备好器官准备捐献时，这些容器（以及保存液）是运输过程（通常称为冷藏链）的重要组成部分，因为器官可能在捐赠过程中从一个箱子转移到另一个箱子。当医疗专业人员努力寻找器官并将其传递给合适的配对者时，这个箱子可以保护器官免受高温和低温的影响。理想情况下，器官应保持在 2°C（4°C）至8°C 的特定温度范围内。当恒温箱内温度高于或低于这个温度范围时，器官就会受到损坏。 根据使用目的的不同，恒温箱可能需要持续几个小时到几天的时间。回到我们的器官的例子，许多器官最多可以保存几个小时（例如，肺大约只能保存6个小时）。疫苗没有时间限制，但是与器官一样，疫苗从制造到使用期间都需要保持在 2至8°C 的温度范围内。对于偏远地区的患者而言，此过程可能需要数周时间，并且涉及多种类型的恒温设备，例如冷藏车。 像这样的冷藏车被用来运输易腐物品，例如烘焙食品。 为了使冷藏链中没有断开的环节，每个恒温容器都必须非常好地维持其所需的温度范围。同样也需要了解箱子可以使用的有效时间。为了预测这一时间，工程师可以使用传热仿真软件来分析设计。在下一部分中，我们将看到一个使用传热模块（COMSOL Multiphysics®软件的附加产品）创建的示例。 通过传热模块对恒温箱建模 在此示例中，让我们来看一个恒温箱，它的设计是让放在其中的物体可以在2-8°C的温度下保持至少24小时。这个箱子包含三个主要组件部分： 放于箱子里的物品（例如药物） 冷源（-5°C的冰） 一种绝缘材料（泡沫），它可将冰与周围环境以及箱子中的物品分隔开 在这里，冰实际上是水和增稠剂的低共熔混合物。较高的粘度意味着当冰开始融化时，由于对流运动较少，因此升温速度较慢。另外，您可以通过假设箱子完全装满来简化模型。（如果你在运输过程中使用过度包装来保护产品免受冲击，可能会出现这种情况。) 恒温箱的3D模型。 通过在 COMSOL Multiphysics 中直接输入来自美国供热，制冷和空调工程师协会（ASHRAE）的历史气候数据，就可以轻松计算出箱子周围的温度。这里的天气数据来自西班牙塞维利亚的一个气象站。从6月1日上午6点开始，该模型将包含接下来72小时内变化的温度，温度随时间变化曲线如下图所示。通过应用对流冷却边界条件，可以看到温度是如何影响箱子的。 西班牙塞维利亚6月1日上午6时至6月4日上午6时的气温历史气象数据。 该模型的一个重要方面是冰到水的相变过程。在箱子中，共熔混合物作为一种能量存储设备，被放置在盒子的四面。当冰达到约0°C时，它就开始融化，从周围吸收能量并帮助医疗物品保持冷藏状态。因此，只要箱子中仍然有冰，它就可以防止里面的物品超过8°C这一临界温度。 既然您知道如何将温度保持在理想范围内，那么下一个问题是：这个箱子能保持低温多长时间呢？您可以在下一部分中得到解答。 恒温箱可以让放置其中的物品保持多长冷却时间？ 使用这样的模型，您可以看到箱子中的温度如何随时间变化（本例中为72小时）。如下图所示，冰的温度一开始迅速上升了约4度。 该图显示了在72小时的时间内，最高和最低临界温度（虚线）与箱子内物品的温度以及融化冰的比例关系。 在接下来的24小时内，温度保持平稳状态。在随后的48小时内，温度也保持在正常范围内。但是，在此之后不久，冰就完全融化了，此时温度开始接近临界温度，之后超过了临界温度。你可以由下图看到温度随时间的推移而升高。 箱子温度的动画图。 通过这个例子可以看出，工程师可以使用仿真来分析恒温容器的设计，预测放于箱子内的物品在临界温度范围内可以停留多长时间。然后，他们可以优化设计，确保医疗产品和其他易腐物品在整个旅程中都能得到保护 下一步 单击下面的按钮，就会进入案例库中，在那里可以查看该模型的 PDF 以及 MPH 文件（需要有效的软件许可证的）。 恒温箱示例 进一步阅读 在下列博客文章中了解有关仿真的更多信息： 研究相变材料的热性能 模拟热虹吸管中的相变 具有迟滞的相变材料的热建模