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COMSOL Multiphysics®6.2 发布亮点

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结构力学模块更新

COMSOL Multiphysics®6.2 版本为“结构力学模块”的用户引入了固体相场接口、用于评估断裂力学的虚拟裂纹扩展法，以及可对加速无约束结构进行静态分析的特征。请阅读以下内容，进一步了解这些更新及其他新增功能。

新的“固体相场”接口

相场建模可用于多种物理应用，新版本还引入了新的固体相场接口，专门用于对涉及固体内部移动界面的现象（如裂纹扩展、损伤演化和晶界生长）进行建模。

弹塑性紧凑拉伸试样中裂纹产生和扩展的相场建模。

新的“固体传递”接口

新版本还新增了固体传递接口，用于对固体材料中的物质传递、电迁移、氢脆和其他传输现象进行建模，其中可以对涉及一种或多种物质的传递现象进行稳态和瞬态研究。此外，如果扩散问题由应力驱动，可以将此接口与固体力学接口相耦合。

以 Thermal 颜色表显示的电迁移模型。
由电场、浓度、流体静应力和温度梯度驱动的电迁移。

新的非饱和多孔弹性多物理场耦合

新版本新增了非饱和多孔弹性多物理场耦合，可将固体中的水分输送接口与固体力学接口相耦合，这种双向耦合将水分压力作为一种载荷施加在孔隙中，由此产生的结构变形会改变储水系数和孔隙率。使用新的非饱和多孔弹性多物理场接口可以轻松建立此类研究，将会自动添加固体中的水分输送接口、固体力学接口和非饱和多孔弹性多物理场耦合。您可以在纸板卷中的水分输送教学案例中查看这一新功能的应用演示。请注意，此特征需要“多孔介质流模块”或“传热模块”。

COMSOL Multiphysics 用户界面，显示了“模型开发器”，其中突出显示“非饱和多孔弹性”节点，并显示其对应的“设置”窗口；“图形”窗口中显示木材-混凝土模型。
使用 非饱和多孔弹性多物理场耦合确定木材-混凝土复合地板中的相对湿度。

新的“旋转机械中的磁-弹性相互作用”多物理场接口

在某些旋转部件（例如电动机）中，您可能需要考虑磁场与结构变形之间的双向耦合。新增的旋转机械中的磁-弹性相互作用多物理场接口将固体力学接口、旋转机械，磁接口与动网格特征相耦合。此外，新增的磁力，旋转机械多物理场耦合用于在柔性旋转结构上施加源于磁性麦克斯韦应力的载荷。同时，磁载荷和离心力共同引起的变形也会影响磁场。您可以在新的内置式永磁电机的电磁和机械分析模型中查看如何使用此接口研究电机变形和应力分布的示例。请注意，此特征和教学案例需要“AC/DC 模块”。

COMSOL Multiphysics 用户界面，显示了“模型开发器”，其中突出显示“磁力，旋转机械”节点，并显示其对应的“设置”窗口；还显示电机模型的两个结果图。
使用 旋转机械中的磁-弹性相互作用多物理场接口模拟的内置式永磁电机的磁通密度和应力。

新的“热膨胀，薄层”多物理场耦合

新的热膨胀，薄层多物理场耦合节点可将具有薄层材料模型的边界中的热膨胀与传热接口中计算的相同边界上的温度场进行耦合。您可以在更新的加热电路教学案例中查看这一新功能的应用演示。

COMSOL Multiphysics 用户界面，显示“模型开发器”，其中突出显示了“热膨胀，薄层”节点，并显示其对应的“设置”窗口；三个“图形”窗口显示加热电路模型。
使用新的 热膨胀，薄层多物理场耦合模拟的加热电路中的应力、电势和温度。

无约束结构的接触仿真

接触问题在建立接触之前通常没有足够的约束，使得刚度矩阵变为奇异矩阵。新版本添加了稳定性特征来缓解这一内在问题。您可以在更新的管路连接处的预应力螺栓和主轴承盖螺栓的预应力教学案例中查看此特征的应用演示。

管路连接模型的一半，其中以 Rainbow 颜色表显示接触压力。
螺栓管路连接中的接触压力。

翘曲计算

在某些应用中，例如印刷电路板，平面必须保持足够的平坦度，才能确保结构在承受载荷后能够正常工作。固体力学、壳和多层壳接口中新增了翘曲特征，用于计算平面与其原始形状的偏差。您可以在更新的多层板的热应力和加热电路教学案例中查看这一新功能的应用演示。

显示平面变形前后情况的加热电路模型。
变形平面（彩色层）与完美平面（半透明灰色层）的比较图。

充液腔

固体力学接口中新增了封闭腔特征，可以对充满流体的封闭腔进行建模，无需对腔体本身进行网格划分。腔体内的压力充当结构上的载荷，腔体的体积由结构变形控制。对于腔体内容物（等温或绝热气体或者不可压缩流体等），有多种可供选择的状态方程。您可以在超弹性密封条和双心室心脏模型教学案例中查看这一新功能的应用演示。

使用气泵给气球充气。气泵内移动的活塞会减小封闭的体积，增加气球内压。

虚拟裂纹扩展法

新版本新增了虚拟裂纹扩展特征，可替代 J 积分法确定能量释放率和应力强度因子。利用这一新特征，您可以进行相同的分析，同时还可以考虑体载荷和热膨胀。您可以在更新的单边裂纹教学案例中查看此特征的应用演示。

以 Prism 颜色表显示裂纹应力的模型。
带有单边裂纹的平板受到拉伸载荷作用时的应力云图。

惯性释放分析

惯性释放分析是一种特殊的静态分析，适用于由外部载荷加速的无约束结构，其中结构的外部载荷和惯性力必须保持动态力平衡。新版本在所有结构力学接口中添加了新的惯性释放特征，用于自动设置特殊研究序列，以计算加速度场、相应的惯性力以及产生的应力。您可以在更新的支架 - 结构力学教程中查看这一新特征的应用演示。

飞机模型，其中以 Prism 颜色表显示机翼的变形情况。
飞机在急拉杆机动飞行过程中机翼的变形情况。

“壳”接口中的“压电材料，多层”特征

壳接口中新增了压电材料，多层特征，可在求解薄压电复合材料时节省组装和计算时间。请注意，这个新特征需要“AC/DC 模块”或“MEMS 模块”。如果同时具有“复合材料模块”许可证，还可以将此特征用于多层壳建模，其中各层可具有不同的材料属性。

谐振器模型，其中以 Rainbow 颜色表显示 S0 模式。
使用 壳接口和新的 压电材料，多层特征计算得出的 7.99 GHz 时兰姆波谐振器的 S0 模式。

纤维增强功能

6.0 版本引入了通过添加纤维子节点为材料添加纤维分布的功能，6.2 版本对此功能进行了多项扩展，例如：

  • 现在也可以在壳接口中使用此功能，还可以为纤维指定抗弯刚度和全厚度位置。
  • 纤维的材料模型现在可以是应力和应变之间的一般非线性函数。
  • 现在还可以将纤维子节点添加到薄层特征的材料模型中。

您可以在新的轮胎充气教学案例中查看这些更新功能的应用演示。

COMSOL Multiphysics 用户界面，显示了“模型开发器”，其中突出显示“纤维”节点，并显示其对应的“设置”窗口；“图形”窗口中显示混凝土模型。
可以通过在壳的全厚度位置放置纤维来模拟混凝土板中的钢筋。

轮胎模型，其中以 Prism 颜色表显示应力。
轮胎帘线加强件中的 von Mises 应力。

有限位移

新版本在固体力学、多体动力学、壳、多层壳和膜接口中添加了指定有限位移（即点、边或边界在特定方向上可以移动的最大距离）的功能，这可视为接触分析的简化版本，其中不需要第二个对象来阻止移动。在之前的版本中，此功能仅在梁或桁架等边类型接口中提供以适用于边或点。

限制管径向位移的管对齐导向装置。使用带有 有限选项的 位移约束边界条件，而不是完全接触分析，虽然对齐导向装置（这里由环表示）显示了位移限制，但这并非模型的一部分。

倍频带图更新

现在可以使用倍频带图来分析基于瞬态仿真的结果。在分析之前，需要先将瞬态数据转换到频域。倍频带图还新增了一般（非 dB）输入类型，可用于分析声学中的吸声数据或振动速度数据，以绘制结构振动模型中的频率响应函数 (FRF)。

新的和更新的教学案例

COMSOL Multiphysics®6.2 版本的“结构力学模块”引入了多个新的和更新的教学案例。

极性材料弹性斗篷

以 Wave Light 颜色表显示的弹性斗篷模型的四个绘图。
点载荷产生的自由场与隐形障碍物周围场的比较图。

“案例库”标题：
elastic_cloaking
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弹性波的散射场公式

以 Spectrum 颜色表显示散射场的六个绘图。
冲击空腔、刚性夹杂物和弹性夹杂物的 P 波和 S 波。

“案例库”标题：
scattered_field_elastic_waves
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波纹板的均质模型

以 Rainbow 颜色表显示的波纹板模型的六个绘图。
波纹板的均质属性通过在基本单元上施加多个基本载荷工况来确定。

“案例库”标题：
corrugated_sheet
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梯架

梯架模型，其中以 Prism 颜色表显示应力。
轻型卡车梯架的应力分布和外加载荷。

“案例库”标题：
ladder_frame
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基于三重周期最小曲面 (TPMS) 的复合材料细观力学模型

以青色和粉色显示的螺旋二十四面体基本单元模型。
基于 TPMS 的螺旋二十四面体基本单元受到周期性边界条件的影响，获得均匀的力学属性和热属性。

“案例库”标题：
micromechanical_model_of_a_tpms_composite
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温度变化引起的特征频率偏移

以 Aurora Borealis 颜色表显示的悬臂模型的四个绘图。
研究了不同类型的边界条件下特征频率对温度变化的灵敏度。

“案例库”标题：
frequencyshift
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压电纤维复合材料的细观力学模型

以青色和粉色显示的复合材料模型。
计算纤维和基体由不同压电材料组成的复合材料的均质压电属性。

“案例库”标题：
micromechanical_model_of_a_piezoelectric_composite
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基于增量弧长法的后屈曲分析

一维绘图，其中用红线和黑色圆圈显示力与位移的关系。
采用增量弧长法模拟的圆柱型扁壳突弹跳变过程中力与位移的关系。

“案例库”标题：
postbuckling_shell_arclength
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集成电路 (IC) 互连线中的空位电迁移

以 Rainbow Light 颜色表显示的金属内的浓度和总通量。
在电场、浓度、流体静应力和温度梯度的驱动下，金属内部的空位迁移是一种高度耦合的现象。

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

两个电机模型，左侧模型显示应力，右侧模型显示磁场。
内置式永磁 (IPM) 电机瞬态仿真过程中的应力（左）和磁场（右）。

“案例库”标题：
interior_pm_motor_stress_analysis
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氢在金属中的扩散

金属样品模型，其中以 Prism 颜色表显示浓度。
受到浓度驱动和应力驱动扩散共同影响的带缺口金属样品中的氢浓度和通量。

“案例库”标题：
hydrogen_diffusion
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支架 - 惯性释放分析

支架模型，其中以 Prism 颜色表显示应力，以蓝色箭头显示加速度场。
组件受力产生自由角加速度时的应力和加速度场。

“案例库”标题：
bracket_inertia_relief
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纸板卷中的水分输送*

显示相对湿度分布的纸板卷模型。
纸板卷中的相对湿度分布和变形。

“案例库”标题：
paperboard_roll
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*需要“多孔介质流模块”

支架 - 谐波振动疲劳（需要“疲劳模块”）

支架模型的特写视图，其中以 Prism 颜色表显示疲劳情况。
在线性频率扫描过程中，承受静态载荷和谐波载荷的支架的疲劳使用率。

“案例库”标题：
bracket_fatigue_harmonic_vibration
从“案例下载”页面下载

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