COMSOL Multiphysics^®5.5 发布亮点

结构力学模块更新

COMSOL Multiphysics^®5.5 版本为“结构力学模块”的用户引入了壳和膜的接触建模、壳的塑性、蠕变、黏塑性和黏弹性，以及用于管力学分析的物理场接口。请阅读以下内容，了解这些结构力学特征及其他新增功能。

接触建模功能得到扩展

接触建模功能已扩展到更多的物理场接口，现在可用于：固体力学、多体动力学，壳（新）、多层壳（新）以及膜（新）。此外，您也可以分析通过其中任意两个接口建模的边界之间的接触。同样，您还可以对边界（以上任意接口在其中处于活动状态）与任意已划分网格的部分之间的接触进行建模，即使后者没有指派任何物理场亦是如此。

以下模型使用了这一新功能：

• 拱受块体挤压仿真（新模型）
• 两个接触拱的不稳定性（新模型）
• 接触环之间的摩擦
• 弹簧扣
• 使用罚公式的弹簧扣接触分析
• 瞬态滚动接触
• 超弹性密封条

塑性、蠕变、黏塑性和黏弹性扩展功能

壳接口现在提供塑性、蠕变、黏塑性和黏弹性特征，专用于模拟金属和合金的非弹性变形。这对于在模拟薄壁结构时减少计算时间起着非常重要的作用。您可以选择全厚度方向的积分点数量，获取精度和计算时间之间的平衡。金属框架的扭曲和弯曲和正交材料压力容器 - 壳版本模型演示了这一新特征。

“剥离”增强功能

新版本现在提供两个基本系列的剥离模型：基于位移的损伤和新增的基于能量的损伤。此外，您也可以使用新的指数分离牵引分离定律进行建模。由于材料刚度的损失，剥离模型本质上是不稳定的，为了改善数值特性，您可以采用延迟损伤正则化方法。

用于分析涉及传热的 FSI 问题的多物理场接口

在某些流-固耦合 (FSI) 问题中，流体与固体之间的传热非常重要。通常，这一过程还伴随着固体中的热致变形或应力。新版本新增了流-固耦合，共轭传热多物理场接口，方便您建立包含这些效应的模型。该接口将三个物理场接口（固体和流体传热、固体力学和层流）与动网格和适当的多物理场耦合相结合。与所有其他 FSI 接口一样，该接口可以轻松地将流动从层流变为湍流。您可以在气流中的双金属片模型中查看这一新特征。

两相流流-固耦合

用于流-固耦合的多物理场接口套件添加了两个新条目用于分析两相流：流-固耦合，两相流，相场和流-固耦合，两相流，相场，固定几何。当您从“模型向导”中选择流-固耦合，两相流，相场选项后，系统会添加层流、固体力学和相场接口，以及流-固耦合和两相流多物理场耦合及变形域特征。固定几何选项包含相同的特征（变形域特征除外）。您可以在两相流流-固耦合模型中看到这一新功能。

管力学分析

新的管力学接口提供执行管道系统应力分析的功能。除了外部机械载荷，您还可以分析通过管壁的内压、轴向曳力和温度梯度。流体载荷可以直接从管道流接口获取，温度可以从管道传热接口获取。您可以在管道内流动与应力的耦合分析模型中看到这一新接口。

旋转域中的固体力学

在模拟包含旋转域和静止域的混合系统中的多物理场问题时，可以在共转构型中使用固体力学接口，从而只为相对于旋转的变形进行建模。与求解包含大型全局旋转在内的总位移相比，这种做法要有效得多。在许多情况下，甚至可以使用线性公式来求解力学问题。为此，旋转坐标系特征提供了刚体转动和相对位移的叠加，用于控制其他物理场接口工作的空间坐标系。

梁之间的非刚性关节

您可以在梁接口中指定在一个点相交的两条（或多条）边具有不连续的自由度。通过使用新的梁端释放特征，您可以选择不连续的点以及释放梁端的方向（位移和/或旋转）。此功能可用于模拟框架中的内部铰链或其他机构，如新的门式起重机的应力分析模型。

磁滞磁致伸缩材料

非线性磁致伸缩材料已扩展为包含磁滞 Jiles–Atherton 模型，适用于研究电力变压器和旋转电机等应用中的滞后损耗效应。模型参数与磁性材料的微观物理效应有关，也可以根据实验数据进行估算。

随机振动分析

如果载荷本质上是随机的，例如阵风的湍流或道路引起的车辆振动，对于这种情况，我们无法以确定的方式来描述这些载荷。使用随机响应分析的新功能，用户可以研究载荷响应，这些载荷由功率谱密度 (PSD) 表示。载荷可以完全相关、不相关或具有特定的用户定义互相关。计算结果的示例包括位移或应力的 PSD，以及频谱分布的均方根 (RMS) 值或较大的力矩。

以下模型演示了这一新功能：

• 深梁的随机响应分析（新模型）
• 支架 - 随机振动分析（新模型）

载荷可视化

现在，所有结构力学物理场接口都支持将施加的机械载荷作为默认绘图。由于载荷图与解相关，因此，使用新的解更新数据集时，箭头方向和颜色都会更新。即使是抽象载荷（如作用在刚性连接件和刚性域上的力和力矩），也会在它们的真正应用点上绘制出来。新版本为此功能引入了一个新的箭头类型，用于绘制作用力矩。超过 100 个模型使用这个新功能进行了更新。

用户定义的膜材料

膜接口中添加了外部应力-应变关系材料模型，您可以据此添加自己用 C 语言或其他编程语言编码的材料模型。

壳的刚性连接件中的点选择

现在，您可以在壳接口的刚性连接件特征中选择点和边。这样，就可以在点级别添加一个仅连接到一组点的刚性连接件，从而可以更轻松地创建简化的螺栓连接或铆接等各种连接。

壳和板的直接刚度输入

在壳和板接口中，您现在可以使用膜和抗弯刚度来描述横截面的弹性刚度，而不是通过材料数据和厚度来描述。这种新的截面刚度材料模型有助于对均质的复杂结构（例如波纹板）进行建模。此外，您也可以在柔度表单中提供输入。

通常，由于局部细节被移除，往往很难直接计算均质材料中的应力。因此，在只需要考虑刚度的情况下，这种材料模型最为有用。不过，对于这种操作已明确定义的情况，您可以选择输入表达式来确定如何根据截面力计算应力。

薄结构传热的多物理场耦合

热膨胀的影响在固体以及像壳和膜这样的薄结构中非常重要。新版本添加了多物理场耦合，用于将薄结构传热分析计算出的温度自动传递到相应的结构力学接口。

为此，新版本新增了三个多物理场接口：

• 热应力，壳与壳传热和壳的耦合接口
• 热应力，多层壳与壳传热和多层壳的耦合接口
• 热应力，膜与壳传热和膜的耦合接口

不仅如此，您还可以从固体传热接口中的薄层特征连接到结构力学接口。

更新的加热电路模型演示了这一功能。

具有质量的弹性薄层

弹性薄层特征专用于对厚度比几何结构其余部分更薄的层进行抽象建模，其功能通过新增的质量分布得到了增强。这对于高保真结构动力学仿真起着重要的作用。

新的“弹性波，时域显式”物理场接口

新的弹性波，时域显式物理场接口基于间断伽辽金时域显式方法，可以对弹性波在固体中的传播实现高效多核计算，其中包含的的特征可以提供真实的材料数据，包括各向异性和阻尼。该接口适用于模拟超声波在换能器和传感器等固体中的传播，无损检测 (NDT) 应用，以及涉及许多波长上的瞬态传播（包括地震波在土壤和岩石中的传播）的任何大型声学系统。

您可以在以下模型中看到这一新接口的应用演示：

• 地震后的地面运动：一座小山的散射（新模型）
• 各向同性-各向异性试样：弹性波传播（新模型）
• 角钢梁无损检测（新模型）
• 浸入式超声检测装置（新模型）

“声-结构相互作用，时域显式”接口的多物理场

新版本为大型瞬态声-结构相互作用仿真提供了新的声-结构相互作用，时域显式多物理场耦合，可以将压力声学，时域显式和新的弹性波，时域显式物理场接口相结合。为了充分利用时域显式公式，在耦合具有不同属性的域时，必须使用不相容网格。这是通过使用处理几何装配的新的对；声-结构边界，时域显式多物理场耦合来实现的。不相容网格的使用是对不连续单元属性的自然扩展和使用。您可以在浸入式超声检测装置模型中看到此功能的应用演示。

新的教学案例

5.5 版本新增了多个教学案例。