COMSOL Multiphysics^® 6.2 发布亮点

AC/DC 模块更新

COMSOL Multiphysics^® 为“AC/DC 模块”的用户引入了新的磁力机械，旋转，时间周期 接口，为模拟电动机和发电机带来了强大的耦合功能，同时还添加了多个特征用于轻松定义包含运动液体、气体和固体对象的模型。请阅读以下内容，进一步了解这些更新。

新增快速电机求解器

对于非线性时间周期问题，现在可以直接使用新的磁力机械，旋转，时间周期 接口来求解稳态条件，这是通过在时间维度上引入周期性并使用稳态求解器一次求解所有时间框架来实现的，从而可以节省大量的计算时间。相较于另一种方法，即运行瞬态问题直至达到周期性稳定状态，这一新方法更加高效。此外，该方法还能够直接访问频域内容（高阶谐波），可用于高级多物理场环境，典型用例包括电机和变压器研究。在这些场景中，层压损耗和电磁力与传热、结构力学和压力声学相耦合，特别适用于参数化扫描和优化研究。您可以在永磁电机坎贝尔图和永磁电机效率图教学案例中查看这一新接口的应用演示。

图中演示永磁同步电机中的 磁力机械，旋转，时间周期接口设置。

单导体线圈和多匝线圈支持周期性

对于线圈和一般导体（绞合导体或实心导体），现在支持真正的三维周期性。用于磁场、磁场和电场 以及旋转机械，磁 接口中的线圈 域的几何分析 子特征现在包含与周期性条件 特征结合使用的周期性边界 子特征，这一改进在处理具有扇区对称形式的电机模型时尤为实用，如电机系列教程所示。

新增电动机和发电机的多物理场接口与多物理场耦合

新的旋转机械中的磁-弹性相互作用 多物理场接口使用磁力，旋转机械 多物理场耦合将固体力学 与旋转机械，磁 接口相结合，在域级别连接结构与电磁物理场，其中将麦克斯韦应力引起的载荷施加在可变形的旋转结构上。需要注意的是，这个多物理场接口需要“结构力学模块”。

旋转机械中的磁-刚体相互作用 多物理场接口通过相同的磁力，旋转机械 多物理场耦合将多体动力学 与旋转机械，磁 接口相结合。这种多物理场耦合可以计算由气隙力引起的变形和应力在定子和转子中的分布情况，其应用包括带有不平衡转子的磁轴承和电机等。请注意，这个多物理场接口需要“多体动力学模块”。

除上述特征以外，新版本还对一些现有的机电耦合进行了组合和重新设计，以简化工作流程。您可以在内置式永磁电机的电磁和机械分析以及永磁电机的磁-结构相互作用教学案例中查看这些新功能的应用演示。

固体力学接口与 旋转机械，磁接口之间的耦合，用于对内置式永磁 (IPM) 电机执行电磁和机械分析。

Restructured Magnetomechanics Multiphysics Couplings

The Magnetic Forces, Lorentz Coupling, and Magnetomechanical Forces multiphysics couplings have been deprecated and replaced by a single multiphysics coupling called Magnetomechanics. The coupling can be used to combine the Solid Mechanics interface with either the Magnetic Fields or Magnetic Fields, No Currents interface. If it is used to couple a Solid Mechanics interface with a Magnetic Fields, No Currents interface, the coupling becomes equivalent to the former Magnetic Forces coupling. If it is used to couple a Solid Mechanics interface with a Magnetic Fields interface, a check box enables the user to choose between options that are equivalent to the former Lorentz Coupling and Magnetomechanical Forces couplings. The new Magnetomechanics multiphysics coupling requires the MEMS Module, Structural Mechanics Module, or Acoustics Module.

“磁场”接口的固体和液体处理功能得到改进

借助磁场 接口中现有的和新的固体中的安培定律 和流体中的安培定律 特征，用户现在能够更加轻松地使用移动材料来构建模型。这些特征提供了更加用户友好的实现方式，有助于确保液体、气体和真空以及固体对象都能够使用适当的参考坐标系。除此之外，这些特征还使用户能够更直观地设置多物理场耦合，例如，流体中的安培定律 特征允许与磁流体动力学或等离子体物理场进行耦合，而固体中的安培定律 特征则允许进行磁力耦合。您可以在哈特曼边界层和 E 磁芯变压器教学案例中查看这些新特征的应用演示。

“磁场”接口的“自由空间”特征

磁场 接口中添加了新的默认特征自由空间，用于指定靠近所建模设备的物理环境 - 通常在空气或真空中。该特征为用户提供了一个起点，可以在其基础上添加其他特征（例如固体中的安培定律 或流体 特征），以便局部指定材料属性和激励形式。自由空间 特征带有内置的稳定性 选项。这可以添加一个人工电导率项，使得自由空间中的集肤深度比典型工作频率下的建模设备大一个数量级；假设导致如此大集肤深度的小电导率对结果的保真度几乎没有影响，但它的存在提高了求解器的可靠性和速度。此外，新版本还提供用户定义的选项，可用于手动调整稳定性。您可以在海底电缆 8 - 电感效应三维模型和不对称导体板上的多匝线圈教学案例中查看这一新功能的应用演示。

带有 稳定性选项的 自由空间默认特征，如三相电力变压器模型所示。

多匝线圈域支持利兹线

均匀多匝导线 线圈的线属性 栏已得到扩展，现在支持利兹线建模常用的多个选项，包括用于指定单位长度的（交流）电阻（取自用户定义的分析模型、测量结果或供应商提供的规格表）的选项，以及用于指定总有效电阻的选项。这些选项可以简化在非理想条件下工作的绞合导体（例如，具有内部接触电阻的分割导体以及在更高频率下工作的利兹线（和线圈））的建模工作流程。

线圈导线单位长度的电阻，用于指定分割导体（三相海底电缆的芯导体之一）的属性。

“周期对”特征已扩展至二维轴对称

磁场 接口现在支持周期对 特征，用于在二维轴对称（以前仅支持平面二维）模型中模拟线性磁力机械，这使得对旋转对称（管状）机械进行二维建模成为可能。“周期对”特征可以将滑移网格两侧的物理场有机地联系在一起，其中在运动方向上具有周期性。“周期对”的典型用例是直线电机二维模型模型。

增强对迭代求解器和 CAD 装配的支持

对于电流、磁场，无电流 和旋转机械，磁 接口中的连续性 和扇区对称 对特征，您可以为标量势自由度使用一种新的约束选项，名为 Nitsche 约束。这些约束不需要共形网格，也不需要拉格朗日乘子，因此大大简化了网格划分序列，同时支持更广泛的求解器选项。

Nitsche 约束选项用于连接 PCB 的各个层，其中每一层都采用独立的网格。（注：视图在垂直方向上进行了拉伸。）

端接终端的电压激励

静电、电流 和磁场和电场 接口中的终端 特征配备了端接 选项，使用户能够将终端连接到能够表示负载或传输线的阻抗上。端接 选项现已扩展为支持电压激励，适用于模拟各种高频压电 MEMS 器件。

电压馈电端接终端，用于对叉指电容器进行建模。

电流的德拜色散模型

电流 接口中引入了色散偏振模型，旨在有效描述弱导电介质中的瞬态效应。当电流守恒 节点下的材料类型设为固体 时，现在可以使用色散 介电材料模型。在色散 子节点中，您可以选择德拜 或多极德拜 色散模型。这些模型不仅适用于生物电磁学和组织建模的电磁 (EM) 加热模型，还可用于频域和瞬态分析。

本例使用 多极德拜色散模型来模拟频率相关的介电材料属性。

“壳”接口中的“压电材料，多层”特征

与先前版本中的多层壳 接口提供的压电材料 特征类似，壳 接口中添加了压电材料，多层 特征。在使用壳 接口求解薄压电复合材料时，这一新功能可以节省组装和计算时间。请注意，此特征需要“结构力学模块”。

导电壳和压阻壳的悬浮电位

壳内电流 和多层壳中的电流 接口的导电壳 和压阻壳 特征中添加了新的悬浮电位 子特征，用于模拟处于悬浮电位的金属电极。请注意，压阻壳 特征需要“MEMS 模块”。

“磁场和电场”接口的背景场特征

磁场和电场 接口中添加了新的背景磁通密度 特征，为用户提供了一种便捷的方法来添加背景场，特别适用于模拟液态金属等场景。您可以在液态金属包层中耦合传热的哈特曼流教学案例中查看这一新特征。

本例使用 背景磁通密度特征模拟磁流体动力学 (MHD)。

新的和更新的教学案例和几何零件

COMSOL Multiphysics^® 6.2 版本的“AC/DC 模块”带来了多个新的和更新的教学案例和几何零件。

电机系列教程

本系列模型演示如何使用 COMSOL Multiphysics^® 在二维、2.5D 和全三维中执行高级电机建模，并包含最终效果，研究了永磁同步电机（常用于现代电动汽车）的性能。

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电机系列教程，几何零件

这些几何零件是“电机系列教程”的一部分。默认情况下，几何包含八个转子极，其中分段磁体嵌入在 V 形构型中。支持直式或倾斜转子与直式或偏斜定子的多样组合。定子有 48 个槽，采用分布式发夹式绕组。您可以修改几何零件以满足您的特定需求。

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永磁电机效率图

在电机的运行过程中，部分能量会以热量的形式发生损耗。许多影响电机效率的属性都受到温度的影响。该模型通过在永磁电机中包含这种温度相关的特性来计算电机的效率。

“案例库”标题：
pm_motor_2d_efficiency_map
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永磁电机坎贝尔图

本例研究电机的声学噪声，通过在一系列电机速度范围内进行模拟，可以捕捉固有振动频率和谐波的变化。随后，可以在坎贝尔图中呈现不同速度和频率下的音量。

“案例库”标题：
pm_motor_2d_campbell_diagram
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内置式永磁电机的电磁和机械分析

内置式永磁 (IPM) 电机中的磁体在转子铁芯中形成窄桥。这些磁桥需要足够坚固，能够承受旋转应力，同时不影响电机的性能。图中显示了磁通密度（顶部）、应力分布（左下）和变形情况（右下）。

“案例库”标题：
interior_pm_motor_stress_analysis
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永磁电机的磁-结构相互作用

本例演示多体动力学与 旋转机械，磁接口之间的耦合。为了准确模拟磁-结构耦合，其中通过由计算得到的电磁力驱动的动网格来表现转子的运动。

“案例库”标题：
pm_motor_2d_structure_interaction
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谐振螺旋线圈

本例使用 磁场和电场接口对自谐振 5 匝铜线线圈进行三维和二维轴对称分析，其中使用特殊的三维边界条件对电容耦合进行建模，从而避免了需要大量计算资源的复杂体网格划分。

“案例库”标题：
resonant_spiral_coil_3d
resonant_spiral_coil_2daxi
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液态金属包层中耦合传热的哈特曼流

在核聚变反应堆中，液态金属将在一种称为磁流体动力学 (MHD) 的流态中与背景磁场相互作用。本模型通过将流体流动与电磁场和传热相耦合来演示 MHD 的工作原理。

“案例库”标题：
3d_hartmann_flow_with_heat_transfer
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磁场中的铁球

本系列模型使用磁场中的铁球作为教科书示例来演示电磁效应的建模，其中包含 4 个模型，涵盖了不同的行为、假设和建模技术。图中是 20 kHz 磁场模型。

“案例库”标题：
iron_sphere_bfield_00_introduction
iron_sphere_bfield_01_static
iron_sphere_bfield_02_60hz
iron_sphere_bfield_03_20khz
iron_sphere_bfield_04_13mhz
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电路中的 FEM 电阻

这个介绍性模型演示了两种不同的方法将电路模型与有限元仿真相耦合。其中圆柱体是有限元部分，表示连接到 电路接口的电阻器。

“案例库”标题：
circuit_fem_resistor
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