comsol多物理场耦合
comsol多物理场耦合仿真流程
comsol多物理场耦合仿真流程英文回答：
COMSOL is a powerful software tool that allows for the simulation of multiphysics phenomena. It enables the coupling of different physical fields, such as heat transfer, fluid flow, and structural mechanics, to
accurately model complex systems and analyze their behavior. The simulation process in COMSOL typically involves several steps, which I will outline below.
1. Geometry Definition: The first step is to define the geometry of the system being simulated. This can be done using the built-in CAD tools in COMSOL or by importing a geometry file from an external software. The geometry
should accurately represent the physical system and include all necessary details.
Comsol经典实例017：双绕组圆环天线的无线电能传输仿真
在 COMSOL Multiphysics 5.5 版本中创建
Comsol经典实例017：双绕组圆环天线的无线电能传输仿真无线电能传输是指发射单元和接收单元之间的无接触式能量传输，为电气设备提供了一种简便的充电方法，并支持同时对多个设备进行充电。随着技术的持续发展，无线充电的应用日趋广泛，涵盖手机、日用品、新能源汽车等。
在本案例中，系统全面地介绍如何使用 COMSOL Multiphysics® 对无线充电设备进行多物理场耦合建模仿真，包括：线圈建模、天线激励的设置、天线之间的能量耦合、位置更改对能量传输效率的影响等。同时，还将结合案例讲解建模设置的要点及注意事项，并演示在 COMSOL® 5.5 中如何对无线充电设备进行仿真。
一、案例简介
本例通过研究针对 UHF RFID 频率调谐的两个圆环天线之间的能量耦合，阐述了无线电能传输的概念，并通过片式电感器来减小天线的尺寸。发射天线的方向固定，而接收天线旋转，我们根据S参数研究最佳耦合构型。
图1 基于接收天线方向计算两个圆环天线之间耦合效应的模型。空气域和完美匹配层未在此图
中显示
二、模型定义
模型由两个印刷圆环天线组成，天线被带有完美匹配层(PML) 的空气域包围。对于UFH RFID 通信，天线的工作频率为915 MHz。薄铜层在2 mm 聚四氟乙烯 (PTFE) 板上形成图案。铜层的厚度从几何上看非常薄，但它比该频率下铜的集肤深度s =2.15 μm 厚得多，因此将其模拟为理想电导体(PEC)。通过在每个圆形铜迹线的中间插入代表0805 表面贴装器件的集总电感器，使天线直径减小到约0.22λ0。在配置为PEC 的每条迹线的分离部分，分配一个具有50 Ω参考阻抗的集总端口来激励或终止天线。
多物理场耦合分析软件COMSOLMultiphy
多物理场耦合分析软件COMSOL
Multiphy
COMSOL Multiphysics AC/DC Module视频教学--2D旋转电机(二)点击下载
这个例子是旋转电机模型的扩展,机械运动利用常微分方程描述,计算了电
磁力的力矩.此外他利用对称性把模型尺寸降低到原来的八分之一.
COMSOL Multiphysics AC/DC Module视频教学--2D旋转电机(一)点击下载
这个例子是旋转电机模型的扩展,机械运动利用常微分方程描述,计算了电
磁力的力矩.此外他利用对称性把模型尺寸降低到原来的八分之一.
COMSOL Multiphysics视频教学--Modelling With Finite Element Methodes第十四章的实例动画和.mph文件点击下载
第十四章直流微装置的磁流体动力学数值模拟
磁流体动力学理论(MHD)研究电磁场中导电流体的交互作用。它在很多领域，包括热核反应、太阳和太空等离子体、火箭引擎中都有着非常重要的作用。目
前对MHD的研究兴趣越来越集中在芯片实验中的微尺度流动控制应用上。驱动MHD微尺度泵的Lorentz力，在方向和大小上取决于施加的磁场B和电场E矢量。这种泵的主要特性就是可以控制局部流体流动，不需要力学设备就可以精
确控制流体在微尺度流道网络中按照预定路径流动。这种借助Lorentz力的局
部流体控制方法使得流体控制变得十分灵活，例如流体可以双向流动、累积、
减速甚至回退。与电动泵使用高的轴线电压相比，MHD微型泵使用低的横向电场。低的发热量使其可以用于驱动对高温和电压敏感的生物流动过程。简单的
基于COMSOL的树脂基复合材料固化成型过程多场耦合仿真
仿真结果分析-帽型制件树脂体积分数
无孔
20 18 16 14 12 10
8 6 4 2 0
Φ6mm孔
树脂分布不均匀性\%
18 15 12
8
0
6
12
20
孔径\mm
帽型制件树脂分布不均匀性
当硅橡胶芯模预制 调型孔孔径为12mm时， 辅助成型的帽型加筋 结构制件树脂分布较 均匀，不均匀性为8%。
Φ12mm孔
B777
MD82 F15
F16A B767
C17 MD87 A340
B757
MD11 MD90
0
1975 1980 1985 1990 1995 2000
2005
2010
年份
国外复合材料在飞机上应用的过程
B787机身固化热压罐Φ9m×23m B787长桁与壁板共固化机身
复合材料用量\%
一、课题研究背景、现状与思路
面临的挑战
复合材料制件固化成型过程多物理场交互耦合，使得数值模拟 难以实现其精确预测和控制。
一、课题研究背景、现状与思路
课题研究思路
固化工艺参数
材料时变参数
热-化学模型
固化度 温度
热-流-固强耦合
固化度
黏度
温度
流动-密实模型
树脂和纤维体积分数 树脂流速
树脂 体积分数
Comsol软件介绍
Comsol软件介绍
我不是做广告的啊COMSOL介绍
COMSOL Multiphysics
多物理关注前沿科技，解决多场直接耦合难题——COMSOL Multiphysics助您登上科学的巅峰
COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件。广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。
COMSOL公司于1986 年在瑞典成立，目前已在全球多个国家和地区成立分公司及办事机构。COMSOL Multiphysics起源于MATLAB的T oolbox，最初命名为Toolbox 1.0。后来改名为Femlab 1.0（FEM为有限元，LAB是取自于Matlab），这个名字也一直沿用到Femlab 3.1。从2003年3.2a版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics。
COMSOL Multiphysics以其独特的软件设计理念，成功地实现了任意多物理场、直接、双向实时耦合，在全球领先的数值仿真领域里得到广泛的应用。
在全球各著名高校，COMSOL Multiphysic已经成为教授有限元方法以及多物理场耦合分析的标准工具，在全球500强企业中，COMSOL Multiphysic被视作提升核心竞争力，增强创新能力，加速研发的重要工具。
2006年COMSOL Multiphysics再次被NASA技术杂志选为"本年度最佳上榜产品"， NASA技术杂志主编点评到，"当选为 NASA科学家所选出的年度最佳CAE产品的优胜者，表明COMSOL Multiphysics是对工程领域最有价值和意义的产品。"
COMSOL在电解槽中的多物理场耦合研究
COMSOL在电解槽中的多物理场耦合研究电解槽是一种常见的电化学设备，用于电解金属或电解液体中的化学
物质。在电解槽中，电流通过电解质溶液，导致物质的电解反应和转移。COMSOL Multiphysics能够模拟电解槽中的电流分布、电位分布、气泡生
成和流体流动等多种物理过程，实现多物理场的耦合研究。
首先，COMSOL可以模拟电解槽中的电流分布。通过设定电解槽的几
何形状、电极位置和电流密度等参数，COMSOL可以计算出电流在电解质
溶液中的分布状况。这对于电解槽的设计和优化非常重要。例如，在铝电
解工业中，通过优化电极的形状和位置，可以实现电流的均匀分布，提高
电解效率和产能。
其次，COMSOL可以模拟电解槽中的电位分布。通过设定电极的电位、电解质的电导率和电极表面的反应速率等参数，COMSOL可以计算出电解
质溶液中的电位分布情况。这对于了解电解过程中的电极势、浓差极化和
电解液中的电位梯度非常重要。通过优化电位分布，可以减少电极势的损失，提高电解效率。
此外，COMSOL还可以模拟电解槽中的气泡生成和流体流动。通过设
定气体生成速率、气体的溶解度和流体的速度场等参数，COMSOL可以计
算出气泡在电解质溶液中的生成和运动情况，进而影响流体流动。这对于
了解电解槽的气泡运动、气体传送和搅拌效果非常重要。通过优化气泡的
生成和流体的流动，可以提高电解槽的传质效率和混合效果。
最后，COMSOL还可以实现多物理场的耦合模拟。在电解槽中，电流
分布、电位分布、气泡生成和流体流动等多个物理过程相互耦合，相互影
响。通过将这些物理过程耦合起来，COMSOL可以模拟电解槽中的整体效应，对优化电解槽的设计和操作提供指导。
COMSOL软件在流体、结构、传热等多物理场耦合领域的应用
COMSOL软件在流体、结构、传热等多物理场耦合领域的应⽤
Subsurface Flow Module
基于地下⽔流动分析地球物理现象
在建的核废料储存库，⽤于在接下来的10 万年内储存乏燃料棒。该模型模拟的情形是：燃料束套筒发⽣破裂，导致核废料通过周围的岩⽯裂隙发⽣渗漏，并回充到上⽅的隧道中。
饱和与变饱和渗流
地下⽔流动模块⾯向需要仿真地下或其他多孔介质中的流体流动的⼯程师和科学家们，并且还可以将这种流动过程与其他现象建⽴联系，例如多孔弹性、传热、化学反应和电磁场等。它可以⽤于模拟地下⽔流动、废料与污染物在⼟壤中的扩散、油与⽓体的流动，以及由于地下⽔开采⽽引发的⼟地沉陷等现象。地下⽔流动模块可以模拟管道流、饱和与变饱和多孔介质或裂隙中的地下⽔，并可与传质、传热、地球化学反应和多孔弹性等模型相耦合。许多不同的⾏业需要⾯对岩⼟物理和⽔⼒领域的挑战。民事、采矿、⽯油、农业、化⼯、核能和环境⼯程等领域的⼯程师经常需要考虑这些现象，因为他们从事的⾏业会直接或间接（通过环境因素）影响我们⽣存的地球环境。
地下⽔渗流影响许多地球物理属性
地下⽔流动模块内包含了许多专⽤的接⼝，⽤于模拟地下环境中的流动及其他现象。作为物理接⼝，它们可以与地下⽔流动模块内的其他任意物理接⼝组合并直接耦合，或与
COMSOL 模块套件中任何其他模块的物理接⼝组合并直接耦合。例如，地下⽔流动模块的多孔弹性模型与岩⼟⼒学模块中的描述⼟壤和岩⽯的⾮线性固体⼒学模型相耦合。
融合地球化学反应速率和动⼒场
COMSOL 使您可以在地下⽔流动模块物理接⼝中的编辑区域内灵活地输⼊任意公式，这对于在质量传递接⼝中定义地球化学反应速率和动⼒场⾮常有⽤。但是，将这些物理接⼝与化学反应⼯程模块耦合将意味着，您可以通过该模块易⽤的物理接⼝定义化学反应，模拟多个多物质反应。对于模拟核废料数千年间在其储存库中的扩散及多步反应过程，这两种模块的组合会很有⽤。
多物理场耦合分析与高性能计算
1.1 COMSOL Multiphysics
• COMSOL Desktop COMSOL桌面提供了清晰的模型树，与当今主流CAD软件类似的桌面架构，使用户可以轻松地 完成从建模过渡到分析的整个过程，犹如在CAD中建模一样便捷地掌控仿真分析的每个环节
• 当前版本的ADINA以结构、流体、热及其耦合模拟功能为主，尽管可在结构、流体、热中考 虑电磁效应的存在或影响，但还不能处理复杂的电磁场现象分析以及电磁现象与其它物理因 素的耦合影响。
1.4 ADINA
• 实现双向流固耦合（FSI），允许流固介面网格不相吻合
• 在流固互动过程，可以自动重建分布网格，以避免因过度变形而造成网格扭曲，导致计算停 止。
可以将一个独立的问题分散到 不同节点上以求解不同部分
1.1 COMSOL Multiphysics
用户可直接在软件中进 行二维和三维建模。全 面的第三方CAD导入功能， 支持当前主流CAD软件格 式文件的导入。
完全开放的 架构
用户可在图形界面中轻松自 由定义所需的专业偏微分方 程。任意独立函数控制的求 解参数，材料属性、边界条 件、载荷均支持参数控制.
• ADINA的发展历经三十多年的历史，公司致力于开发全球领先技术的多物理场工程仿真分析 系统，ADINA的很多求解技术持有专利，其非线性问题稳定求解、多物理场仿真等功能一直 处在全球领导地位。
COMSOL在电解槽中的多物理场耦合研究
国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心 资源与环境工程学院资源过程工程研究所
5
前期工作
电热场耦合 电磁场耦合
国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心 资源与环境工程学院资源过程工程研究所
6
前期工作
电解质液面高度对电解槽能量平衡的影响
Table. Thermal Balance in Different Current Intensities
国家盐湖资源综合利用工程技术研究中心 资源与环境工程学院资源过程工程研究所
4
背景介绍
电解法是生产金属镁最常用的方法之一。电解熔盐氯化镁将会在 阴阳极板上分别产生金属镁和氯气 • 总反应：MgCl2 → Mg + Cl2 • 阳极：2Cl- → Cl2 + 2e• 阴极：Mg2+ + 2e- → Mg 由于氯气和金属镁极易发生反应，因此电解质的流动状态将会极 大的影响金属镁生产效率。
• •
Sun, Z., Liu, C., etc., Saving Energy with Changes of Electrolyte Depth in Magnesium Electrolysis Cell. Minerals Engineering. (submitted) Sun, Z., Zhao, Y., Liu, C., etc. Effects of technological parameters on electric field in magnesium electrolysis cell. The Society for Mining, Metallurgy, and Exploration. (submitted)
COMSOL软件在流体结构传热等多物理场耦合领域的应用
COMSOL软件在流体结构传热等多物理场耦合领域的应用COMSOL软件是一款强大的多物理场耦合仿真软件，广泛应用于流体、结构、传热等领域。其灵活的模型构建和求解技术使其成为工程师和科学
家解决复杂的多物理问题的首选工具。以下将详细介绍COMSOL在流体、
结构和传热领域的应用。
在流体领域，COMSOL可用于流体流动、传质、多相流和空气动力学
等问题的建模和仿真。例如，在流体流动领域，COMSOL可以用于模拟和
分析各种流动情况，如湍流、边界层、旋转流动等。通过使用不同的物理
模型和边界条件，可以模拟各种复杂的流体行为，如湍流的涡街和流过物
体的气流。COMSOL还能够进行流体和结构耦合仿真，模拟流体对结构的
影响，如振动和压力。
在结构领域，COMSOL可用于机械振动、固体力学和结构动力学等问
题的建模和仿真。例如，在机械振动分析中，COMSOL可以模拟机械系统
的自由振动和强迫振动，并分析其频率响应和模态形状。在固体力学领域，COMSOL可以用于模拟和分析各种材料的应力和应变分布，以及结构的变
形和失稳行为。COMSOL还可以进行结构和流体耦合仿真，模拟流体对结
构的振动和压力的影响。
在传热领域，COMSOL可以用于模拟和分析各种传热问题，如热传导、对流传热、辐射传热和相变传热等。例如，在热传导分析中，COMSOL可
以用于模拟材料的温度分布和传热速率，以及热源对材料的影响。在对流
传热分析中，COMSOL可以模拟流体流动对传热的影响，例如冷却系统中
的换热器和散热器。COMSOL还可以模拟辐射传热，如太阳辐射和热辐射
COMSOL在电解槽中的多物理场耦合研究
COMSOL在电解槽中的多物理场耦合研究电解槽是一种重要的化学反应设备，广泛应用于电化学加工、金属提
取和化学合成等领域。COMSOL Multiphysics软件是一种用于多物理场建
模和仿真的工具，可以用来研究电解槽中的多种物理现象的耦合效应。本
文将介绍如何使用COMSOL进行电解槽的多物理场耦合研究。
首先，需要建立电解槽的几何模型。COMSOL提供了强大的几何建模
工具，可以根据实际情况自定义电解槽的形状和尺寸。在建立几何模型时，需要考虑电解槽内的电极和电解液的位置和形状。
接下来，需要定义电解槽中各个物理场的方程和边界条件。例如，对
于电极表面的电化学反应，可以使用Butler-Volmer方程描述电极上的电
流与电极电势之间的关系。对于电解液的输运过程，可以使用液体流动模型。
然后，需要选择适当的物理场耦合方式。在电解槽中，电流、质量输
运和热传递等多个物理现象之间存在相互作用。COMSOL提供了多种物理
场耦合模块，用户可以根据具体情况选择适合的物理场耦合方式。
在进行仿真之前，需要输入电解槽的材料参数和工艺条件。例如，电
极的导电率、电解液的扩散系数和流速等。这些参数可以从实验数据中获取，也可以通过文献或计算得到。
完成模型设置后，可以进行仿真计算。COMSOL的求解器使用有限元
方法对模型进行离散化，然后通过迭代求解来得到方程的数值解。通过仿
真计算，可以获得电解槽中各个物理量的分布和变化趋势。
最后，可以对仿真结果进行后处理和分析。COMSOL提供了丰富的后处理工具，可以将仿真结果可视化，并绘制图表进行分析。例如，可以绘制电极上的电流密度分布图，分析电解槽中的反应速率和效果。
基于COMSOL多物理场耦合仿真建模方法研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｒ ｏ ｏ ｍ ａ ｉ ｒ － ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｒ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｏ ｆ ４ ｋ ｅ ｙ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ，ｅ ａ ｃ ｈ ｏ ｆ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｓ ａ ｌ ｏ ｔ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ
ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ’ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｋ ｅ ｙ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ Ｓ Ｏ ａ ｓ ｔ ｏ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｒ ｔ ｍａ ｉ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ’ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｍａ ｉ ｎ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ，ａ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｒ ｙ ｏ ｆ ｒ ｅ ｆ ｒ ｉ ｇ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ．Ｔｈ ｉ ｓ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｒ ｙ ｉ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｓ ｋ ｅ ｙ
功能强大的多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics
全球第一款真正的多物理场耦合分析软件
——COMSOL Multiphysics
COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件，它是以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。用数学方法求解真实世界的物理现象，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。目前已经在声学、生物科学、化学反应、弥散、电磁学、流体动力学、燃料电池、地球科学、热传导、微系统、微波工程、光学、光子学、多孔介质、量子力学、射频、半导体、结构力学、传动现象、波的传播等领域得到了广泛的应用。
COMSOL Multiphysics起源于MATLAB的Toolbox，最初命名为Toolbox 1.0。后来改名为Femlab 1.0（FEM为有限元，LAB是取自于Matlab），这个名字也一直沿用到Femlab 3.1。从2003年3.2a版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics，目前最新版本为2008年发布的3.5a。到现在，COMSOL Multiphysics 已经成为一套很完善的通用数值分析软件，下图是软件的整体构架：
COMSOL Multiphysics软件设计理念独特，她抛弃了传统意义上的单元（库）的概念，抛弃了网格划分时单个单元刚度矩阵的概念，将多个偏微分方程（组）直接组装成一个总的刚度矩阵。这样出现的结果即是，不管求解多少个物理场，我们只需选择对应的偏微分方程进行任意组合，软件自动联立求解，实现任意多物理场、直接、双向实时耦合。
comsol多物理场耦合仿真流程
comsol多物理场耦合仿真流程英文回答：
The simulation process for coupling multiple physics fields in COMSOL involves several steps. First, you need to define the geometry of your model. This includes specifying the dimensions and shape of the objects in your simulation. Once the geometry is defined, you can assign the appropriate material properties to each object. This step is crucial as it determines how each material will interact with the different physics fields.
Next, you will need to define the physics interfaces. These interfaces are used to couple the different physics fields together. For example, if you are simulating a heat transfer problem, you will need to define an interface that connects the heat transfer physics with the solid mechanics physics. This allows the heat generated by the solid to be transferred to the surrounding environment.
COMSOL多物理场耦合仿真建模方法
３ 热声耦合 １ 热 声耦合仿真 建模 方 法 ３． ７］ 实 际 上 就 是 热 与 声 的 相 互 转 化。 热声耦合效应 ［ 热量分布会引起传声 介 质 的 密 度 变 化 ， 进而影响声场 的分布 ， 同时由于热场中各处声压不同 ， 热场分布也会 因此而产生变化 。 热声 耦 合 仿 真 建 模 方 法 如 下： 首先在 Ｃ Ｏ Ｌ ＯＭＳ Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｈ ｓ ｉ ｃ ｓ软 件 中 调 用 压 力 声 学 模 块 和 传 热 模 块 ， ｐ ｙ 在压力声学模块中调 用 传 热 学 中 的 温 度 分 布 参 数 ， 在 传热模块中添加声压 边 界 条 件 ； 接下来软件会在代表 热场和声场的两个模 块 之 间 来 回 迭 代 ， 每次运算都要 ， 调用前一次的结果 进 而 仿 真 出 热 和 声 之 间 的 相 互 影 响。 ２ 应 用实例 ３． 为验证此方法的正确性同样选取了简单的模型来 进行热声耦合仿真分析 。 建立一个正方形的空气域模 型， 分两种情况进行了模拟 ， 第一种情况下温度场分布 达 均匀 ， 第二种情况下 左 侧 温 度 比 右 侧 温 度 高 ６ ０ ℃， 到稳态后温度沿 ｘ 轴 为 线 性 分 布 。 两 种 情 况 下 ， 在左 ， 。 大小为 ２Ｐ 侧加一个入射平面波 ， 其频率为 ５ ０Ｈ ｚ ａ ０ 图 ６ 为热场分布对声场分布的影响 。 由图 ６ 中可以看 出， 有温度场分布情况下声场分布更密集一些 。 根据理论我们可 以 知 道 ， 温度高的地方气体的密 度会下降 ， 在此处的声速就会下降 ， 在频率不变的情况 下， 其波长就会变短 ， 其声场分布就会变得密集 。 仿真结果与理论 推 导 一 致 ， 说明该仿真建模方法 。 的正确性
多物理场耦合仿真概念-概述说明以及解释
多物理场耦合仿真概念-概述说明以及解释
1. 引言
1.1 概述
概述:
多物理场耦合仿真是指在工程领域中，多种不同物理场之间相互影响和相互作用的现象。这些物理场包括但不限于结构力学、流体力学、热力学、电磁场等。在实际工程中，许多系统往往会涉及到多个不同物理场的耦合作用，例如汽车发动机中的燃烧、传热和传动就是多物理场耦合的一个典型例子。
多物理场耦合仿真技术的发展，使得工程师可以更好地模拟和分析这些复杂系统的行为，帮助设计师优化产品设计、提高产品性能、减少开发成本。因此，多物理场耦合仿真技术在工程领域中具有越来越重要的意义。
本文将围绕多物理场耦合仿真的概念、仿真方法与技术以及应用领域进行探讨，旨在为读者提供更多关于这一领域的了解和掌握。
1.2 文章结构
本文主要分为三个部分：引言、正文和结论。
在引言部分，我们将介绍本文的背景和动机，说明多物理场耦合仿真的重要性和应用价值。接着，我们将简要介绍文章的结构，让读者了解本文的整体框架。
在正文部分，我们将首先介绍多物理场耦合的概念，包括其定义、特点和应用范围。然后，我们将详细探讨多物理场耦合仿真的方法和技术，包括常用的数值计算方法和仿真工具。最后，我们将分析多物理场耦合仿真在不同应用领域中的具体应用和优势。
在结论部分，我们将总结本文的主要内容，展望多物理场耦合仿真的未来发展方向。我们还将强调多物理场耦合仿真在工程和科学研究中的重要性和前景，为读者留下深刻印象。最后，我们将以简洁的话语结束全文，为整篇文章画上完美的句号。
1.3 目的
本文旨在探讨多物理场耦合仿真的概念和应用。通过对多种物理场之间耦合关系的分析和仿真技术的介绍，我们将深入了解不同物理场相互作用的机制，以及如何利用仿真方法来模拟和预测在这些场之间的相互影响。我们将探讨多物理场耦合仿真在工程、科学和其他领域的应用，探讨其对技术发展和创新的意义。最终，我们希望本文能够为相关领域的研究人员和工程师提供有益的信息和启发，促进多物理场耦合仿真技术的进一步应用和发展。
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• 使用分离求解器来降低内存的消耗
• 求解顺序依次是流体变量
小技巧
• 自动网格重新剖分避免反转单元
小技巧
• 自动网格重新剖分避免反转单元
小技巧
• 自动网格重新剖分避免反转单元 • 自动网格重新剖分 开 自动网格重新剖分 关
小技巧
• 自动网格重新剖分
热--结构耦合
• 定义体热源为固 体振动产生的总 能量密度
固体力学
• 右击线性弹性材料模型，添加阻尼条件
固定约束
• 左端端面设置固定约束
边界载荷
• 右端施加边界载荷，定义单位面积所受的力
网格剖分
• 按照默认的网格剖分设定进行剖分
瞬态求解器
• 设定求解步长 0至2秒，0.05秒 为一输出步长
• 使用分离迭代求解
固体），不需要ALE
流-固耦合接口
• 在流-固耦合接口中:
• 结构外部载荷是由流体力提供的 • 移动壁条件由结构速度场来设定 • 网格位移即为结构位移
• COMSOL Multiphysics自动计算壁上的流体力
- 预定义的表达式适用于总力
• 流-固耦合接口是三个物理接口的组合:
• 结构力学 • 层流 • 移动网格
多物理场耦合
不同类型的流-固耦合
• 刚体大位移
– 使用移动网格描述固体位移 – 位移可以指明（旋转机械等） – 刚体运动可以使用ODE计算
• 弹性小变形
– 弹性体应力分析 – 结构变形很小，所以不需要使用移动网格
• 弹性大变形
– 结构变形很大，导致流道发生变化，需要使用移动网格。
流-固耦合
• 定义流体与固体域 • 流固耦合边界被自动定义 • 只需要定义物理性质（流体和
• 建立几何如图，这是音箱的防尘盖，材料为钛合金， 外加一层空气域，研究振动发声问题。
定义选择集
• 为方便后续操作，建立选择集，可以重命名。
声-壳耦合接口
• 使用声-壳耦合接口来进行模拟 • 在设定区中可以设
定壳体的厚度
内部壳
• 将壳体结构设定 为内部壳
描述位移
• 在内圈边界上施加描述 位移边界条件
3D 稳态 FSI
• 几何: 参数 • 固体材料性质
3D 稳态 FSI
• 几何: 立方体 (长, 宽, 高)
3D 稳态 FSI
• 几何: 工作平面Workplane 1(yz 平面, x-coordinate = 8e-5)
3D 稳态 FSI
• 几何： 工作平面>几何>矩形 1 (宽 1.5e-5, 高 10e-5, 位置: x_corner 4e-5)
• 分析类型:
• 线性和非线性稳态分析 • 本征频率分析 (Resonant) • 阻尼固有频率分析 • 线性和非线性瞬态分析 • 频率响应分析
压电设备材料
• 材料模型设定
压电设备
• 正效果: 应力导致极化
• 逆效果: 电场导致应变
• 典型材料: COMSOL有23种压电材料属性
• 陶瓷 – 天然石英 • 铅锆钛酸(PZT) – 工程陶瓷 • 聚偏二氟乙烯(PVDF) – 聚合物
• 典型应用
• 声纳传感器 • 超声波清洗 • 打印头 • 影响设备 • 位置/力传感器和控制器（如自动对焦摄像头）
案例: 压电复 合梁
案例：压电设备
• 几何结构 PZT-5H 1000 μm x 200 μm x 10 μm
Silicon 1000 μm x 200 μm x 20 μm
案例：压电 固定端
网格剖分
• 规则几何结构，使用映射和扫掠网格剖分
弹性波地层传播
声固耦合接口
• 声固耦合 • 声壳耦合 • 声压电耦合
预定义耦合 接口
• 弹性波 • 多孔介质弹性波
• 多孔介质与其中饱和液的相互作用 • 基于Biot理论 • 快、慢纵波 • 横波
15.98KHz
声-固耦合
声-壳耦合
案例：声-壳耦合
内部声音硬边界（壁）
• 像壳一样，壁也分为内壁和外壁
球面波辐射
• 在球体表面上添加 球面波辐射边界
网格剖分
• 对于不同的区域定义不同的网格大小
频率响应分析
• 计算结构在1k[Hz]、6k[Hz]下的频率响应
压电问题
• 压电设备(pzd)
• 2D 固体 (平面应力, 平面应变和轴对称) • 3D 固体
其他边界为自由
设备
内部边界是电势和 接地
电势V0 = 1 [V] 在压电材料 色上表面
案例：压电设备
• 网格剖分
案例：压电设备
• 频率响应
• 做一个特征频率分析
案例：压电 • 找到模态频率
• 查看模态
设备
3D 稳态 FSI
• 几何: 拉伸 1.5e-5
3D 稳态 FSI
• 入口流速: 1[m/s]
3D 稳态 FSI
• 网格剖分: 物理控制, 单元尺寸- Extra Coarse
小技巧
• 使用带有平滑过渡的阶跃函数来开始瞬态分析
• 在前期尽量避免使用瞬态分析，以保证达到一致的初始条件
• 使用描述网格位移条件来降低移动网格（ALE）中 的低质量/反转网格
热
摩 擦 搅 拌 焊 接
复 合 板 热 应 力 分 析
结构
热膨胀
振动生热
• 分析杆件结构小幅振动产生的热量
• 首先计算频域内 的线性热-弹性响应 • 然后计算热弹性动 力学 非线性的力学损 耗而产生的热量分布
案例：热应力分析
参数定义
• 定义上下板的温度
几何模型
• 建立三个矩形
材料定义
• 三层复合板分别定义三种材料属性
弹性波传播问题
参数与几何
超弹性材料模型
• 右键固体力学，添加超弹性材料模型 • 在超弹性材料模型中通过下拉菜单选择Murnaghan
• 在材料定义节点中 定义其材料属性
对称边界
• 将图中所示的三个面定义为对称边界
描述位移边界
• 在左侧端面施加描述位 移边界条件，给出其在x 方向的位移表达式。
3D 稳态 FSI
• 几何: 工作平面 1>几何>矩形 2 (宽 6e-5, 高 3e-5, 位置: x_corner 4e-5, y_corner 7e-5)
3D 稳态 FSI
• 几何: 工作平面 1>几何>并集 (去掉保留内部边界的勾选)
3D 稳态 FSI
• 几何: 工作平面 1>几何>圆角 (内部角点, radius1.5e-5)
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两层复合板
• 右键点击线弹性材料模型 选择热膨胀
描述位移
• 结构左上角的点，施加 固定约束
• 结构右上角的点，添加 描述位移条件
三层复合板
• 右键点击线弹性材料 模型，添加热膨胀、 初始应力和应变
初始应力和应变
• 添加两层复合板的 热应力作为初始应力
描述位移
• 结构左上角的点，施加 固定约束
案例：3D 稳态FSI
• 使用预定义的流固耦合 接口，计算由流体流动 导致的固体变形
• 求解一个稳态问题
流体流动 出口
入口
其他边界:无滑移壁
流固交界面
结构力学 流体载荷 固定
求解器
• 默认求解器: 迭代求解器分离求解
• 减少内存占用 • 需要一个适当的网格
求解器
• 全耦合，直接求解器
• 内存占用，对于精细的网格需要更多的物理内存 • 鲁棒性。 能够在较粗糙的网格上进行计算。
• 结构右上角的点，添加 描述位移条件
网格划分
• 使用映射网格剖分
求解器设置
• 分步求解
案例：振动生热
几何模型
材料定义
• 分别定义为不同的材料（红色为钛，蓝色为铝）
物理定义
• 使用固体传热及固体力学接口
固体传热（温度）
• 定义左端面的温度
固体传热（热通量）
• 定义向周围散热的热通量
固体传热（热源）