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标题:机械与结构力学中的多物理场仿真 [打印本页]
作者:康小数 时间:2015-10-20 09:59
标题:机械与结构力学中的多物理场仿真
本帖最后由 康小数 于 2015-10-29 15:06 编辑 0 X ?/ F$ P0 a

; N5 d: O0 K9 I* W
结构力学是首个将有限元作为标准工具的工程领域，这种精确和有效的计算方法也确实给机械和工程设计带来了很大帮助。实际的力学问题通常涉及多种相互影响的物理现象，例如， 由于受热产生的热应力和热膨胀问题，流体与固体的相互作用问题，以及压电材料中的电磁、电场、声场等的相互作用问题，等等。这就需要我们在分析力学时考虑多物理场的概念。
$ `0 J7 v0 c& K9 F6 V& I& {
多物理场仿真已经被越来越多的研究人员所采用，逐渐成为制造业中高效设计、减少开发成本、缩短产品研发周期的一个重要环节。COMSOL 即为广大科研及设计人员提供了这样一款多物理场仿真工具，能够轻松地将任意数量的物理场，如电磁、力学、传热、流体流动和化学反应等，耦合在一起。
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有很多世界知名企业，比如波音、ABB 等公司，都在用 COMSOL 多物理场仿真软件进行产品研发和设计。
# X2 P; h$ {/ k' \) @6 {
1.热应力和热膨胀

' c: t9 {: a. K- H0 y# v% o
现代飞机的整个机身大量使用了碳纤维复合材料（如波音 787 梦想客机），因为这种材料重量轻且具有极其出色的强度。在复合结构层合板中添加多孔金属箔（EMF），用以消散由雷击产生的过量的电流和热量。波音研究与技术中心（BR&T）的工程师正在利用 COMSOL 多物理场仿真软件和物理测量，以确保受到地空飞行周期产生的热应力后 EMF 防护涂层可以保持完好无损。
& E0 J3 ]. F% b

(, 下载次数: 543)


5 F3 P7 n) x' F5 B/ a
左侧是来自 COMSOL 模型的复合结构层合板，右侧是多孔金属箔的几何。SWD 和 LWD 对应于菱形的短对角线和长对角线。网格纵横比 SWD/LWD 是在仿真中发生改变的参数之一。
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2.流固耦合
+ a8 } q4 e- v C; S) J/ V
 近年来，出现了在船上利用球鼻船首来容纳不同类型声纳系统的设计，但对于结构振动对此类声纳导流罩内换能器系列运转的干扰程度还存在疑问。意大利造船学研究与实验国家研究所（INSEAN）使用 COMSOL 多物理场仿真模型来捕捉湍流边界层激振。由于在模型中考虑用了球鼻船首的复合材料的复杂性以及湍流边界层负载，他们就能模拟湍流边界层与球鼻船首进行相互作用时会产生得自噪声，以减少振动对换能器的影响。 " p: m6 P3 v. o) Q* z

; E5 q$ X6 ]' L
(, 下载次数: 552)

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; h% W$ R5 Q. \* F: T
球鼻船首
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( A7 j; X K- ]# B
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* _' J) W$ H0 F' v+ n
" O3 V7 o1 I5 j+ B
左图：对球鼻船的 1 : 8 比例模型进行实验活动。球鼻船的某个部分被替换为透明材料， 透明材料上放置了一个加速计。仿真固显示了系统的结构响应（右）。
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3.电场与机械耦合 2 b; R! r0 Q9 g& N

9 f! |+ g+ j8 m: |( ^ ABB 在田纳西州阿拉莫的变压器组件专家面临的最大问题是要创造设计出一种供分接开关使用的绝缘材料，使之能够承受数千伏的应力。为了解决介电应力问题，ABB 构造了一个几何模型，并将其无缝同步到 COMSOL 软件中。这样，他们便能调整大型 CAD 装配件中的几何，然后生成进行大规模仿真所需的高质量网格。通过使用 COMSOL 仿真，ABB 能够开发出基于实际场条件下执行 100 万次操作的分接开关。 ( k" B0 u! h G: k, C/ S( h0 Z# f

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(, 下载次数: 564)
+ l# K" ^8 p$ H5 ^) Z: p" l5 L
6 F t8 b- x0 N! k
ABB 的田纳西州阿拉莫设施中的真空电抗式负载分接 开关。
" n- g; }2 _1 ?' n) s
(, 下载次数: 569)
! Z3 V. g2 ^- J1 n' b
! m% O/ i! V+ ^( U: D6 Y
使用 COMSOL Multiphysics ,在两个相邻相上施加电压时，旁路开关（处于开路位置）和真空断流器装配体的介电应力仿真。右边的装配体设置为接地。
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9 J3 Y9 j; K( O' L0 S) ?
4.换能器设计
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0 O) ]- R, t) [- T + [; J! O0 ^8 V
工业级声音及振动分析会面临多种挑战，从交通和机场噪声，到汽车发动机振动，再到风力涡轮机噪声，声压级涵盖从低于听力阙值的声压级一直到正常大气压条件下的最高声压。Brüel & Kj?r A/S 一直是声音与振动测量及分析行业的领导者，现在他们必须能够设计出可满足一系列不同测量标准的麦克风和加速度计以及产品质量控制。为了能够满足这些要求，公司在研发流程中加入了仿真来作为一种验证其设备精度和准确度，以及测试新型创新设计的方法。 2 l# q7 l) d* M: y# k

& X+ _* {. t9 D( y5 Y
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" C! z. [3 n- w E; u, _ + P) D" T: u! v& t
图：左：4134 麦克风图片，包含振膜上方安装的保护格栅。右：典型麦克风音头的截面图，显示了其中的主要零件。

" [; S$ J6 i4 K
1 u% r7 F4 D8 w9 }! ?. q # r" w- _. e5 j) ^
了解更多机械力学领域的仿真实例，可参看： ( M, P3 ^8 q$ Q! t1 H0 ~: _

E; M" R( j; e% ~ 用户故事集锦
' }* h- h, ^* p7 W4 {; K( _6 a9 O
 COMSOL力学博客 1 P' q( t; @( [3 @- g7 m1 m

' ^3 N% E' R! _& w7 n 6 |5 m$ A* t; ^
本文所引用的例子均来源于 COMSOL，版权归 COMSOL 公司所有。如需转载本文，请联系本文作者。
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7 Y" W/ X$ C- t8 D" Z
% H4 I* v* R& L, J
9 l! [& [; i2 b8 N" w3 I" j& H
作者:liupt888 时间:2015-10-20 16:15
学习一下！！！
作者:没文化 时间:2015-10-20 17:00
有限元，学习一下
作者:清风自来_ 时间:2015-10-20 19:42
支持一下。。。
作者:番茄西瓜 时间:2015-10-20 20:26
学习啦
作者:好学很好学 时间:2015-10-20 20:51
很高端的东西哈
作者:陌上古道 时间:2015-10-20 22:06
有相关的电子文档么，分享一下！！
作者:康小数 时间:2015-10-21 09:46
陌上古道 发表于 2015-10-20 22:06 4 b* C$ i$ Y" U$ ^$ W0 b$ ?) u* q
有相关的电子文档么，分享一下！！
/ c- d1 X6 W2 e/ B0 T8 C8 J) u
我看到官网最下方有“技术资源集锦”的链接，里面案例啊啥的都挺多的，很多都是pdf格式的，可以看下啦。
. M: `# @7 N5 H) d http://cn.comsol.com/resources 7 |( p% f0 e9 W5 {3 I$ h% C' L
作者:余存 时间:2015-10-21 09:57
小白前来报到
作者:爱猫人士薛定谔 时间:2015-10-21 11:32
楼主能讲讲和其他有限元软件相比， 比如ANSYS /NASTREN ，这个软件的特点是什么？
作者:水水5 时间:2015-10-21 19:55
能模拟气固比1:1的粉体流动么？
作者:设计师之路 时间:2015-10-21 21:47
太专业 5 c% s! E/ k0 w( M9 x
作者:菜鸟hong32696 时间:2015-10-22 08:12
好文章，值得学习。
作者:mrplplplpl 时间:2015-10-22 08:20
这个要顶一下， 谢谢楼主， 学习了
作者:康小数 时间:2015-10-22 08:48
爱猫人士薛定谔 发表于 2015-10-21 11:32 ' Q; U/ ^' v7 k$ Z! ^2 }' t
楼主能讲讲和其他有限元软件相比， 比如ANSYS /NASTREN ，这个软件的特点是什么？

, i3 W( Y( b& L, N6 fCOMSOL 最主要有两大特点：一是多物理场无缝耦合。所有物理场的模拟的都是统一的平台，可以不限数量的耦合任意的物理场，比如传热、电磁、流体等等。第二个就是可以用户自定义，大家可以在软件里自定义材料参数啊、边界条件啊、控制方程啥的，都很方便，因为有的时候自己写的方程，就可以随意的在软件中设置。 4 M) G/ E. r" O
其实单场也蛮强大的哦，覆盖了电磁、流体、声学、传热、化工、电化学等等，当然还有力学啦
3 h, e% h" d' P4 f q. H" A, A$ r. U7 zCOMSOL去年新推出了一个APP，让没有建模基础的人也可以做自己的仿真啦 . B' J6 H% i0 A U, C5 \; j. [
如果感兴趣可以去COMSOL的官网上瞅一下啦，上面各种资料
$ ]6 V- g4 S0 @. J9 }* Fcn.comsol.com
作者:康小数 时间:2015-10-22 08:56
水水5 发表于 2015-10-21 19:55
' r5 R% k g; C0 a' \能模拟气固比1:1的粉体流动么？

# v$ U e; L0 U6 g3 c9 ]0 G2 Y可以啦，这个可以用COMSOL的CFD模块来模拟滴 3 x3 t$ G% j" o+ E
其实有一个非常相似的案例，模拟的流化床，里面的固体颗粒浓度很大，用双欧拉模型进行求解的，固体粉末和流体流动。每个相均为连续相，且相互贯穿,每个相分别满足质量和动量守恒。也可以实现空间中压力连续，通过压力和相之间的交换系数（复杂！）实现相之间的耦合。下面是这个例子的链接啦： ; Z5 _% e6 S% [
http://cn.comsol.com/model/circulated-fluidized-bed-12297
- a+ o$ C& v4 r如果下不着，可以找他们要这个模型，发邮件到 info.cn@comsol.com就行啦 9 J( i6 v) q& L0 g3 c4 R
作者:康小数 时间:2015-10-22 08:58
设计师之路 发表于 2015-10-21 21:47
3 k. \1 K, [$ ^( M, @) r太专业

8 \6 T. H5 B( L: w3 B3 r' x可以去官网上看看介绍了解下哦
" ~/ r$ G$ q6 A; rcn.comsol.com , C: f( o; x8 u% {
这个上面的介绍比较易懂，其实软件上手半小时就够啦
6 V1 I. H9 [- X这个是介绍的一些知名公司的应用
作者:康小数 时间:2015-10-22 09:01
mrplplplpl 发表于 2015-10-22 08:20 0 P+ q4 G }% @3 x
这个要顶一下， 谢谢楼主， 学习了

! Y3 e+ H( d" e* n# O! `% n9 G' q# Q! E3 c谢谢啦，可以上COMSOL官网了解更多应用，下载各种学习资料
@4 R( E S8 E6 M) X8 e) T1 Ecn.comsol.com
作者:原始人的锤子 时间:2015-10-22 09:11
mark
作者:刺客之吻 时间:2015-10-22 10:08
看什么都想学一点，知道了一点久了没用也就还了 3 ^& @- q& c! E; Q: M- d, [
主要是COMSOL怎么用，有没有免费的
作者:康小数 时间:2015-10-22 11:09
刺客之吻 发表于 2015-10-22 10:08 ' h+ a& o8 |6 u8 p( c" C
看什么都想学一点，知道了一点久了没用也就还了 5 L+ C4 W& I" q5 X
主要是COMSOL怎么用，有没有免费的
# b5 [$ b: t+ ]. |# r) \5 T. m
有免费试用版的！
/ [! y, D5 O# ^0 P$ n学习COMSOL的方法很简单，COMSOL有很多免费的Workshop，也就是免费入门培训课程，在全国各地都有，基本每个多有几十次，参加workshop就会有免费的试用版哦。可以点击以下的链接查看workshop信息： . t7 I! {: f7 ^! ]- a
http://cn.comsol.com/events/?type[]=event
/ [2 e) t* t6 m( h; z6 m
0 _$ s# ~7 y( k我们这里还有一篇博客专门介绍如何学习COMSOL的，可以看看 1 e- @# c4 j( ~" }* Z' ?" c+ _: p
http://cn.comsol.com/blogs/how-to-learn-comsol-multiphysics-cn/ & {) y+ @7 }* |! R2 y6 H6 @
看完以后你就会发现学习COMSOL其实是So easy!
作者:陈云奇哥 时间:2015-10-22 12:26
一般工厂好像用不到吧
作者:康小数 时间:2015-10-22 13:08
陈云奇哥 发表于 2015-10-22 12:26
( `6 n: g, `( h* }, i$ J9 ~( y一般工厂好像用不到吧
L! K4 l8 q+ d3 _" R# s
COMSOL在各个行业都有应用，这个只是列举了些知名企业的应用，你可以通过下面的链接看看一般工厂的应用 & }' j1 d6 i5 v; P2 i: B
http://cn.comsol.com/stories
作者:大华破碎机 时间:2015-10-22 14:26
机械结构力学及控制国家重点实验哦！！！好好学习一下
作者:supchao 时间:2015-10-22 17:47
学习了
9 F' }1 B7 y* D% t3 v, S* y% X
作者:12qwaszx12 时间:2015-10-22 18:53
能否对粘性阻尼进行分析，如果有两个物体，用联轴器进行连接。他们之间产生的转角误差能够用这个多物理场进行分析吗？
/ F5 \' v. m; } H" T
: @9 a2 L ]& W) E, p9 T
& U! c5 R7 |, e9 ^
作者:康小数 时间:2015-10-23 11:21
12qwaszx12 发表于 2015-10-22 18:53 & v, S9 O: ^! i4 b1 R. I) r1 @
能否对粘性阻尼进行分析，如果有两个物体，用联轴器进行连接。他们之间产生的转角误差能够用这个多物理场进 ...

( e$ p. P- x0 d可以的啊！在软件里用弹簧和阻尼进行设置，超简单。复杂一点可以非线性材料可以做的，COMSOL专门有一个多体动力学模块，可以设置各种连接。可以去网站上看看： % Q, e- b* n: J% v+ s: y# i0 w
http://cn.comsol.com/products
作者:xudingjia820 时间:2015-10-23 12:41
我也来学习的。
作者:冒泡的小金鱼 时间:2015-10-23 15:16
了解一下
作者:franka叔叔 时间:2015-10-24 14:17
有没有sw的有限元资料？？？
作者:智造360 时间:2015-10-24 16:08
刚准备进入这个行业，楼主的信息很有帮助。
作者:吴继彬 时间:2015-10-25 09:17
学习一下
作者:dahui0502 时间:2015-10-26 12:09
这款软件的单纯的力学分析与ansys相比怎么样
作者:LYY635432086 时间:2015-10-26 15:36
还没接触到那么高深的领域
作者:康小数 时间:2015-10-27 12:00
dahui0502 发表于 2015-10-26 12:09
7 T8 ~, r5 D7 ^: ^7 z" \! L这款软件的单纯的力学分析与ansys相比怎么样

7 n; B/ `1 s0 z1 L$ ~ d# r. b, iCOMSOL的力学分析概况多种材料类型（线弹性、线粘弹性、各向异性、压阻、压电小应变和大应变塑性）和单元类型（实体、壳、膜、桁架、刚性连接、铰链、弹簧和阻尼等等），并且可以自定义本构方程。感兴趣的话可以点击下面的网址去了解更多信息：
' z( @( i/ ?+ l1 K http://cn.comsol.com/products
作者:布丁小尤 时间:2015-10-29 10:26
没文化 发表于 2015-10-20 17:00
( h, ?* I' e6 z$ [3 i) w4 ]7 I有限元，学习一下

( Z/ ^0 x7 Q8 O8 f$ e请问一下，您是做哪方面的呀，我也是做仿真分析的，恳请交流 , d. S7 I3 r8 s8 k: c* C4 ?
作者:崇文树 时间:2015-10-29 11:58
学习了
作者:cqr123cqr 时间:2015-10-29 21:14
支持 学习
作者:搬砖的 时间:2015-10-29 22:20
感觉基本功不够扎实，玩不转。
作者:月光倾城2015 时间:2015-10-30 10:54
学习一下
作者:zmqop 时间:2015-10-30 11:26
多多学习
作者:syt求知 时间:2015-10-30 20:55
学习了，感谢楼主 6 k9 |9 z7 z6 r' F' p2 Q7 H# f6 y. i
作者:liaoyd 时间:2015-10-31 08:26
学习一下啊
7 Q2 ~& h. d: P5 q
作者:程一曦 时间:2015-10-31 09:27
受教了，高端大气上档次的学术
作者:程一曦 时间:2015-10-31 09:27
忘了给楼主点一个大赞，
作者:顺其自然WM 时间:2015-11-1 17:21
支撑
作者:taurussyq 时间:2015-11-1 19:19
开眼了，学习一下。
作者:懒洋洋1105 时间:2015-11-5 13:03
学习一下，很好
作者:liujian911116 时间:2015-11-5 15:33
大牛
作者:renquanwei 时间:2015-11-5 17:18
楼主是干什么工作的啊？
作者:zhi05 时间:2015-11-5 18:34
高级的东西！！！
作者:牡丹红雨 时间:2015-11-7 17:08
有相关的电子文档么，分享一下！！
作者:supchao 时间:2015-11-9 16:50
学习了
6 S' t+ Q/ z/ T
作者:石鱼_1 时间:2015-11-10 13:34
个人推荐想学习有限元的同仁可以了解下ANSYS，ANSYS workbench比comsol好入手。
作者:luo1542924755 时间:2015-11-10 22:55
要求知啊
作者:大牛123 时间:2015-11-12 13:21
作者:QQ153447528 时间:2015-11-13 12:16
不错,学习了
! r6 g# D& K9 ^
作者:蓝色精灵 时间:2015-11-15 20:27
楼主挺热心的，第一次听说这个软件有点孤陋寡闻了，个人感觉ANSYS workbench挺容易上手的
作者:ggsyx 时间:2015-11-16 09:13
学习了，谢谢 + x9 M7 R9 u" g) j4 V/ Z% K! K7 ]$ j5 K' [
作者:康小数 时间:2015-11-17 10:43
牡丹红雨 发表于 2015-11-7 17:08 9 z$ g' w/ R- I. q( T# Z1 {
有相关的电子文档么，分享一下！！
+ W$ S( {6 J# Z3 D3 d8 \) n7 e9 u( Q
有啊！
7 S2 G. ?! Z1 Q在COMSOL中文官网上就可以找到产品库的pdf文档下载： http://comsol.com/c/2wwz
. k0 l3 [! ]! {# Y" G
作者:山鸡ljh 时间:2015-11-18 14:09
学习学习
作者:山鸡ljh 时间:2015-11-18 14:09
不错好有用啊
作者:daiguobin3001 时间:2015-11-18 21:12
讲的很细致啊
作者:陈浩79 时间:2015-11-19 15:03
流固耦合，特别是复杂的好像还是不行吧
0 G; W1 \( l7 R) u+ R比如燃烧，多相
作者:sull 时间:2015-11-19 17:13
学习一下下
作者:玩世不恭 时间:2015-11-23 11:11
有限元分析，很值得学习
作者:变色的玫瑰 时间:2015-11-24 13:16
讲的挺好的，自己现在专业知识涉及的好少，就是理论力学和公差于配合
, |/ ^ J6 k( M6 j
作者:101331 时间:2015-11-24 16:40
高端
作者:竹杆捅飞机 时间:2015-11-25 08:53
软件很强大，楼主也很强大
作者:机械nuaa 时间:2015-11-27 11:00
学习一下
作者:康小数 时间:2015-12-1 10:13
陈浩79 发表于 2015-11-19 15:03
6 ~' H! F2 g. i# S- q! b流固耦合，特别是复杂的好像还是不行吧
! `0 ^$ M) H/ a0 _比如燃烧，多相

5 V9 g6 F2 e% m6 B ]2 Q燃烧可以模拟，comsol 有相关的案例，可以在下面的链接下载这个案例模型和PDF文档，如果下载 不了，可以直接在官网上联系COMSOL工作人员帮助下载。
" {2 A; E, ?3 B @5 | http://cn.comsol.com/model/synga ... nd-jet-burner-14881
1 p+ l; p; O$ _多相也可以做，新推出的5.2版本可以模拟三相流动。
作者:ouyexer 时间:2015-12-1 13:23
学习一下，感觉好难得样子
作者:天天天蓝_ 时间:2015-12-1 22:54
在哪儿能下到软件
作者:狂人乙 时间:2015-12-2 10:54
很强大啊，了解了解。
作者:ypw 时间:2015-12-4 16:59
这是怎么做到的
作者:缘浅 时间:2015-12-4 21:55
非常感谢
作者:景遥至善 时间:2015-12-5 09:47
学习了 % f2 U+ i8 i" e& S4 ?) A( F" E
作者:侯爵庄园 时间:2015-12-5 13:30
一直在学习中
作者:1179289471 时间:2015-12-5 20:04
学习了
作者:木子田 时间:2015-12-5 22:39
有限元还是很深的感觉！
作者:xyqzz 时间:2015-12-7 17:20
学习学习
作者:朱魏因斯泰格 时间:2015-12-8 17:36
挺好的 不错！！！
作者:w2022v 时间:2015-12-8 21:23
很有用啊啊啊谢谢
作者:dahui0502 时间:2015-12-9 19:25
有限元，挺好的
作者:老蒋123456 时间:2016-1-15 10:28
挺高端的
作者:爆洲89 时间:2016-3-7 11:02
旁听
作者:机器人55555 时间:2016-3-9 16:11
强大，多物理场的分析啊
作者:hzq7410 时间:2016-3-10 15:25
多物理场分析可是趋势啊！目前应用已经越来越广了
作者:xiaoliuo 时间:2016-3-25 21:03
广告的感觉！！！能下载吗
! S) {# b. c: q
作者:烟雨梦s 时间:2016-5-11 10:49
学习一下 5 U1 r# t }( `# p6 c. j
作者:pj176146714 时间:2016-5-11 15:05
学习了
作者:前景钱 时间:2016-5-12 15:32
我想问一下，有几个人看懂的？
作者:愤斗YX 时间:2016-5-13 23:36
感谢楼主！！！
作者:东风望岳 时间:2016-5-15 22:29
学习一下，电脑以后用的越来越多了，得跟上步伐啊
作者:PoiSonLink 时间:2016-5-22 00:30
有限元分析.参数输入需要懂很多知识啊
作者:飞鸟bird 时间:2016-5-22 14:19
谢谢啦，涨见识了 $ H. F4 D- B7 R. y# U
作者:Twees 时间:2016-5-23 16:05
看着很高端 试试
作者:杨铖皓 时间:2016-5-25 17:07
学习一下
作者:裕和 时间:2016-5-26 17:18
对于我，一个刚学机械的人来说，虽然大多数看不懂，但是看了之后还是，觉得收获蛮多的，支持一下，棒棒哒！
作者:莫小球 时间:2016-5-27 10:46
同时多个物理场好像很不错的样子



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