COMSOL Multiphysics 岩土力学模块介绍(精品文档)
comsol软件文档资料集锦(十二)
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两帮的变形更加严重,有水压下变形比无水压增大30%多。
4.储层微观结构的随机模型及其渗流规律的数值模拟.zip 基于储层岩心的CT图像，采用随机理论研究了储层孔隙微观结构的随机分布 特征，基于Monte-Carlo随机模拟技术，重建了储层的二维微观孔隙结构；采 用Comsol Multiphysics软件对重建的二维孔隙结构内的微观流动进行了数值 模拟，针对微观模拟的结果分析了其对应的宏观渗流参数；进而研究了孔隙 微观几何参数的随机分布特征对其宏观渗流力学的影响，分析了储层宏观渗
基于comsol的采动覆岩渗透特性分析基于隔水关键层的相关理论采用comsolmultiphysics多物理场耦合数值模拟软件建立了采动覆岩渗流的数值分析模型对顶板岩层因上覆含水层水压力的变化而引起的位移应力和渗流速度场变化的情况进行了数值模拟得出了含水层水压力变化对顶板岩层各点的位移和应力影响的相关结论为矿区顶板水害事故的防御和治理提供一些参考
comsol软件文档资料集锦 （十二）
更新时间：2014-12-11
以下是小编整理的一些有关comsol软件文档资料集锦(十二)以及相关文档
的简介，其中包括了一些软件相关的教程、以及相关的应用仿真的坚固性系数对瓦斯运移的影响
在不同的热、湿迁移所造成的土壤热特性和初始含水量的条件。
3.水压作用下软岩巷道稳定性数值模拟 借助COMSOL软件建立了不同埋深和有无水压的数值计算模型,研究了有水与无 水条件下软岩巷道的应力与变形规律。结果表明:软岩巷道蠕变随着埋深的增 加而增加,埋深900 m的变形比500 m增大了300%多;在水压的作用下,顶底板和
10.第二代像增强器散热装置的设计与实现 设计并实现了一种梭型散热片装置,结合环形半导体制冷片对像增强器的光阴 极直接制冷。首先利用COMSOL仿真软件对散热片散热性能做了仿真测试,最后 实际测试了该散热装置的散热性能。仿真与实验结果比较符合,并且都表现出 该散热装置可以达到比较理想的散热效果,与此同时,也有效减小了因采用水 冷却系统的体积,增加了系统的便携性。
COMSOL Multiphysics 简要介绍
• 特定的应用模型和扩展
• 支持Matlab®和Simulink®的双向调用 通过模型树建模 信息、求解过程和数字结果
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COMSOL Multiphysics 简要介绍
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结构力学模块
• 应用于力学分析
• 交互式建模和模拟环境
– 大量的预置物理应用模式 – 自定义PDE应用模式
主菜单
主工具条
设定
绘图窗口
• 无穷的耦合能力
– 无限的物理量耦合 – 不同维度/尺度耦合 – 与实验结果耦合
• 完备地前处理器功能
– 简单实用的几何建模 – 导入主流CAD文件格式 – 强大的网格剖分功能
• 多种功能强大的求解器 • 强大的后处理能力
– 静态、动态和振动、非线性、多物理场耦合 – 结构力学专用单元、专用分析模式 – 各种材料：压电、非线性、各向异性、自定义本构。。。 – 接触和摩擦分析
COMSOLMultiphysics中文使用手册8
COMSOLMultiphysics中文使用手册8COMSOL Multiphysics 中文使用手册8-选项菜单第四节选项菜单Options §4.1 轴/格点设定Axes/Grid Settings 轴/格点设定：设定x,y坐标的范围，例如x(-5~5)、y(-6~6)；或设置格点之间间隔，还可以在画图区域突出某些点的坐标，如：突出x=0.5和 1.5，y＝0.7所在的点§4.2 更新符号Update Symbols更新符号：更新符号（在画图模式下是灰色的），结构分析时有效，用于显示模型约束的标记§4.3 常数Constants常数：把常数用字符表示，也可以把常数和字符以文件的形式保存或加载§4.4 表达式Expression全局表达式Global Expressions：定义能在所有几何层(Geom level)中使用的变量表达式标量表达式Scalar Expressions：定义仅能在当前的几何层(Geom level)中使用的变量表达式子域表达式Subdomain Expressions：定义子域上的变量表达式边界表达式Boundary Expressions：定义边界上的变量表达式边表达式EdgeExpressions：定义边上的变量表达式点表达式Point Expressions：定义点上的变量表达式内部网格边界表达式Interior Mesh Boundary Expressions：定义内部网格边界上的变量表达式§4.5 积分耦合变量Integration Coupling Variables积分耦合变量：在一个设定区域对给定的表达式积分，得到的值可以被应用到全局区域或某个子区域、边界、点，该值为一个标量。
下面表示在编号为 1的2D区域上对常数 1进行积分area = ∫∫1dΩ ，得到的就是编号1的2D区域的面积子变量Subdomain Variables：在选定的子域上对表达式积分边界变量Boundary Variables：在选定的边界上对表达式积分点变量Point Variables：在选定的点上对表达式积分§4.6 拉伸耦合变量Exptrusion Coupling Variables拉伸耦合变量：把源端区域上的值映射到目的端，当源端和目的端维数相同的时候，进行逐点映射。
COMSOL Multiphysics CFD模块介绍
COMSOL Multiphysics CFD模块介绍
计算流体力学(CFD)模块是COMSOL产品套件中对于复杂流体模拟的首选工具。
利用先进的湍流模型我们可以仿真可压缩流体和不可压缩流体的自然对流或强迫对流。
CFD模块的一个重要特性便是它能够精确地模拟多物理场流，比如非等温流的共轭热传，流构耦合，伴有粘性加热的非牛顿流，和粘度伴随浓度变化的流体。
多孔介质流接口能够实现各向同性，各向异性介质，以及自动结合自由流和多孔区域的模拟。
此外还可以实现对搅拌容器的旋转构件的二维和三维流体模拟。
针对均质两相流的模块接口包括了一个由细悬浮颗粒流和宏观尺寸气泡流的泡状流组成的混合模型。
对于跟踪两相流界面，我们提供了水平集和相场两种解决方法。
CFD模块中有针对先进传输和反应流体模拟提供了结合化学反应工程模块时自动扩展的工具。
对于流构耦合，可以利用结合结构力学模块和CFD模块来解决弹性固液耦合，以及流润滑和流体弹性力学。
应用领域：
•共轭传热
•旋风分离器,过滤器和分离装置
•电子冷却
•风扇，格栅和泵
•车辆和结构的外部绕流
•管道，阀门，接口和喷嘴内的流体
•流化床和喷剂
•流构耦合(FSI)
•气泡流
•热交换和散热凸缘
•润滑和流体弹性力学
•医药/生物物理应用，如血管血流问题
•混合器和搅拌容器
•非等温流
•非牛顿流
•聚合物流和粘弹性流
•多孔介质流
•沉淀，乳液和悬浮液
•湍流。
COMSOL Multiphysics 结构力学模块介绍
COMSOL Multiphysics 结构力学模块介绍
结构力学模块专门用来计算结构的受力及变形情况。
例如，计算部件或子系统在载荷下的变形情况，对壳结构和桁架结构的分析功能等。
模块分析功能包括：
∙静力分析；
∙准静态瞬态分析；
∙动态分析；
∙固有频率分析；
∙频率响应分析；
∙线性屈曲分析；
∙弹塑性行为；
∙超弹性行为；
∙大变形分析；
∙参数研究。
基于材料破坏临界面理论，在后处理中可对结构进行高、低循环疲劳分析和多轴疲劳分析。
针对具体对象，结构力学模块可以和COMSOL Multiphysics模块或者其他分析模块任意组合，来分析实际问题中的多物理场现象。
应用领域：
∙声学－结构耦合
∙生物力学和生物工程学
∙屈曲分析
∙弹塑性材料和超弹性材料分析
∙机电设备
∙疲劳分析
∙流固耦合
∙断裂力学
∙多物理场接触
∙压电效应
∙聚合物力学
∙应力光学效应
∙热摩擦
∙热－结构耦合
∙粘弹性和热力蠕变
血管血流分析：血管在血流作用下发生变形
微型机器人足部三维模拟
曲轴模态分析
流-固耦合分析
血管支架展开过程的变形分析
粘弹性结构阻尼器。
COMSOL软件文档资料集锦(一)
16.基于COMSOL和iSIGHT的磁悬浮轴承优化设计
为了提高磁悬浮轴承的性能,如何更高效、更实用的对其进行分析和设计,一 直是很多学者的努力方向,为此,提出了一种COMSOL与iSIGHT软件相结合的方 法。该文以8极径,向主动磁悬浮轴承为例,采用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件对其进行了仿真,建立起相应,的模型并得出该轴承的磁场 分布,在此基础上整合多学科设计优化软件iSIGH,采用了,多岛遗传算法进一 步对该模型进行优化设计,并实现了这一过程的自动化,最后得出指定约束条 件下磁悬浮轴承的最优参数。结果表明,COMSOL与iSIGHT软件相结合来对磁悬 浮轴承进行分析设计,是一个快捷、有效的方法,也为其他系统的仿真与优化 提供了依据和参考,具有一定的现实意义。
学
sol Multiphysics在教育中的应用 COMSOL 2005年多物理场用户大会演讲.Comsol Multiphysics在教育中的应用
6.使用comsol多物理超越传统有限元 COMSOL 2005年多物理场用户大会演讲：使用comsol多物理超越传统有限元
7.延续工程师使用习惯的COMSOL Multiphysics v4.1——COMSOL中国区用户
SOL Multiphysics模拟地球物理地下勘测发出的低频电磁波
COMSOL 2005年多物理场用户大会演讲.COMSOL Multiphysics模拟地球物理地 下勘测发出的低频电磁波
11.基于COMSOL多物理的直接甲醇燃料电池的建模工具 COMSOL 2005年多物理场用户大会演讲：基于COMSOL多物理的直接甲醇燃料电 池的建模工具
19.基于COMSOL的井地电阻率正演研究
首先,利用有限元算法建立井地电阻率测量模型,进行了数学分析,并选取了合
COMSOL_Multiphysics(FEMLAB)简介
一、简介
COMSOL Multiphysics（原FEMLAB）是一个专业有限 元数值分析软件包，是对基于偏微分方程的多物理场模 型进行建模和仿真计算的交互式开发环境系统。它为所 有科学和工程领域内物理过程的建模和仿真提供了一种 崭新的技术！
五、典型建模过程
1. 建立几何模型：
COMSOL Multiphysics软件提供了强大的CAD工具用于创建一维、二 维和三维几何实体模型。通过工作平面创立二维的几何轮廓，并使用 旋转、拉伸等功能生成三维实体。用户也可以直接使用基本几何形状 （圆、矩形、块和球体）创立几何模型，然后使用布尔操作形成复杂 的实体形状。
用户也可以在COMSOL Multiphysics软件中引入其它软件创建的模型。 COMSOL Multiphysics软件的模型导入和修补功能可以支持DXF格式 （用于二维）和IGES格式（用于三维）的文件。也可以导入二维的 JPG、TIF和BMP文件并把它们转化成为COMSOL Multiphysics的几何 模型，对于三维结构也同样如此，甚至可以支持三维MRI（磁共振数 据）数据。
地球科学模块使得COMSOL Multiphysics可以解决地球物理和环境科 学中的一些问题。COMSOL Multiphysics提供了预设的物理模型，这 允许您将您自己的控制方程和自由表达式写入模型的性质中去。因此， 在有限元分析中，解决地球科学所面临的简单或者复杂问题，使用 COMSOL Multiphysics将它们耦合起来进行分析是非常方便简捷的。
COMSOL Multiphysics应用领域：
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；微电机系统；微波工程；光学；光子学； 多孔介质；量子力学；无线电频率部件；半导体设备；结构力学； 传动现象；波的传播等。
comsol结构力学模块介绍
– 粘弹性
• 用户自定义非线性材料模型 • 大形变（结构非线性）
– 大位移/旋转 – 应力硬化效果和非线性弯曲
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分离鼓振动分析
第12个本征值为11.6Hz，阀动器的大 振幅
最小的本征值为3.21Hz，大尺度管线 的缺点
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结构力学模块
静态线弹性分析
多物理场
热－固耦合 压电 声－结构耦合 流－固耦合
动态和振动
模态分析 频响分析 瞬态分析
非线性分析
材料非线性 结构非线性 边界非线性
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案例展示
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结构力学模块的特点（续）
• 坐标系统
COMSOL Multiphysics结构力学应用
• 材料非线性问题 -- 弹塑性材料模拟
• 接触问题
阻尼影响
• 钢结构支架通常存在百分之几的阻尼比
边界载荷
• 设定边界载荷大小，在边界载荷上右键添加谐波扰动。
频域求解器设置
• 前面的分析表明，第一共振频率是117赫兹。为了 正确捕获的共振峰，可以围绕这些频率值进一步分 析。
预应力频率响应分析
• 在圆孔处添加一个旋转坐标系下的边界载荷。
非线性问题
预应力和应变
• 模型在施加所考虑的荷载之前已存在应力或应变
线性屈服分析
• 大变形梁
粘土层屈服分析
• 岩土材料本构 • 使用无限元 • 网格的使用
应力集中
• 轮毂中的应力集中问题。首先通过求解全局模型获 得变形，然后将变形作为边界在一个局部子模型中 求解应力集中。
静态线性分析
静态线性分析
静态线性分析（框选）
壳体厚度设定
• 在壳体接口中设定厚度
缘载荷
• 圆孔处施加缘载荷
后处理计算
• 计算螺钉处 的y方向的 反作用力
瞬态分析
• 分析类型选择Time Dependent
参数、变量、坐标系
固体力学设定
• 右键点击线性材 料模型，添加阻尼
作用力
• 在圆孔处施加硬接触和作用力
设定瞬态求解器
• 设定时间的步长（此为后处理步长）
求解变量的缩放
• 在缺省求解器设置中进行求解变量的缩放
特征频率分析
• 选择Eigenfrequency分析类型
条件设定
• 设定固定约束（螺钉）和边界载荷（圆孔）
特征频率求解器
• 设定待求特征频率数 • 设定特征频率收索
COMSOL Multiphysics在岩土力学工程中的应用
p = 3MPa, T = 310K (温度升高为 10 K)
p(t = 0) = 3 MPa T(t = 0) = 10 K pw = 0.1 MPa Tw = 0 K A
100 m
内边界条件:
瓦斯压力 pw = 0.1MPa 煤层温度 Tw = 0
p / x 0 T / x 0
Gui , jj
G u j , ji Fi p,i K s ,i K T T,i 0 1 2
T——变温 吸附瓦斯含量，满足Langmuir 型曲线， 同时与煤层温度有关
s sgVsg
吸附应变系数
1.2 瓦斯运移方程（质量守恒方程）
m g q g Q p t
on matrix
Effect of gas desorption deformation, term s
√
0 exp v
p p s T T v 0 0 s 0 T T0 Ks Ks
2011.10.19
汇报的主要内容
1、煤层瓦斯运移的THM耦合模型及数值模拟 2、多场耦合条件下的岩体损伤模型及数值求解
1. 煤层瓦斯运移的THM耦合模型
1. 煤层瓦斯运移的THM耦合模型
瓦斯渗流场
孔隙率 有效应力， 渗透率 瓦斯吸附、解 吸引起的煤层 பைடு நூலகம்形
热对流
吸附瓦斯含量及 吸附瓦斯的解吸， 游离瓦斯的状态
煤岩体损伤过程的THM多场耦合模 型及及其在COMSOL中的实现
岩石破裂与失稳研究中心 资源与土木工程学院采矿工程研究所
COMSOL Multiphysics 在岩土与地下水环境中的应用
地热交换系统中道分布
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
土壤修复模拟 利用电磁修复被重金属污染的土壤，重金属在电磁场中迁移效果模拟
模型来自法国保罗热能和过程实 验室，该模型分析了通过电驱动 进行土体的修复过程，此处面对 的污染物主要是重金属离子，过 程中通过压力梯度驱动力和电动 驱动力两种作用进行重金属离子 的去除，通过HelmholtzSmoluchowski方程可以把电场同 流场耦合关系进行定义，压力梯 度的驱动作用则可以通过达西定 律引入，然后将该速度场耦合入 溶质运移方程实现浓度场的求解， 这是一个典型的多场耦合问题
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
岩土与地下水环境—物理场
溶质运移 温度场 地下水渗流 固体力学
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
岩土与地下水环境—物理场
溶质运移 温度场 地下水渗流 固体力学
仿 真 智 领 创 新
热对流
吸附瓦斯含量及 吸附瓦斯的解吸， 游离瓦斯的状态
应力场（煤层变形）
应变能 温度应力
温度场
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
典型问题分析
变形、瓦斯分布与运移、温度的影响（THM耦合模型）- 续 p p p p T T 1 2 Ks t T T Tar T T T ar ar t
Simulating inspires innovation
典型问题分析
流固耦合 —— 比奥固结（续）
第96页的参数、函数、变量和耦合-comsol
简介COMSOL MultiphysicsC O M S O L M u l t i p h y s i c s简介© 1998–2017 COMSOL 版权所有受列于/patents的美国专利 7,519,518、7,596,474、7,623,991、8,457,932、8,954,302、9,098,106、9,146,652、9,323,503、9,372,673 和 9,454,625 保护。
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如需联系技术支持，请访问 COMSOL Access 页面/support/case，创建并提交在线请求表单。
其他有用链接包括：•技术支持中心：/support•产品下载：/product-download•产品更新：/support/updates•COMSOL 博客：/blogs•用户论坛：/community•活动：/events•COMSOL 视频中心：/video•技术支持知识库：/support/knowledgebase文档编号：CM010004目录简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5COMSOL Desktop®. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6示例 1：扳手的结构分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30模型向导. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31几何. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32材料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35全局定义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36物理场和边界条件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38网格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42结果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43收敛性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46示例 2：母线板 - 多物理场模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53模型向导. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55全局定义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57自动完成与查找参数和变量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58几何. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60材料. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63物理场和边界条件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68网格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77结果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77| 3开发 App. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85高级主题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96参数、函数、变量和耦合 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96材料属性和材料库. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100添加网格. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102添加物理场. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104参数化扫描. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126并行计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139COMSOL Multiphysics 客户端-服务器 . . . . . . . . . . . 142附录 A - 构建几何. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145附录 B - 键盘和鼠标快捷键. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161附录 C - 语言元素和保留名称. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164附录 D - 文件格式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178附录 E - 使用 LiveLink™ 插件连接 . . . . . . . . . . . . . . . . 1854 |简介首次使用 COMSOL Multiphysics®软件之前，请仔细阅读本书。
COMSOL Multiphysics 在岩土工程领域的应用案例集
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多分支井
从一根管道中分岔出很多分支，能有效地提高采油效率，因为众多分支可以绕过不可渗透的区域，进入富油区。本例 耦合流体流动和固体形变，在 COMSOL Multiphysics 中轻松快捷地进行了一个孔隙弹性分析，估算了由抽油引起流体压力变 化，并继而产生应力、应变和位移。分析估算抽取地下水过程中的 3D 压缩，流体流动符合达西（Darcy）定律，与应力－应 变分析进行耦合分析。模拟的结果放到库仑表达式中，分析由抽油引起的压缩会在什么位置大到引起井的破坏。结果表明破 坏在分支井的交叉处发生。 案例来源： Earth_Science_Module/Flow_and_Deformation/multilateral_well
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u
k W n S p esdl gZ
Darcy Brinkman
chns 2
uesdl
p
esdl
p
chns 2
(u chns (u chns ) T ) 0
Pchns P0
案例来源：内部 ppt 煤岩体瓦斯、水渗流耦合过程数值模型及其在矿山工程中的应用 素材由杨天鸿教授提供
Time＝1s时渗透性系数分布图
Time＝1e7s时渗透性系数分布图
全国统一客户服务热线：400 888 5100
网址: 邮箱:info@ -7-
距 离 /m
p
u
隔水边界
chns 2
I 1 p (uchns 2 (uchns 2 )T ) n pchns n
COMSOL_Multiphysics(FEMLAB)简介
热传递模块的新特征:
¾基于放射原理的面－面辐射 ¾对于自然对流和热膨胀的非等温流动 ¾有任意流速的流动边界条件以描述风扇的运作 ¾带有低和高传导率的薄层和壳中的热传递 ¾对于组织与生热现象之间相互作用的生物热力学方程，如电磁场领域 ¾热传递过程的后处理 ¾可以处理任意热传递过程的高度灵活性和广泛适用性 ¾平面外热传递边界条件 ¾各向异性热传导率 ¾从电子、热处理和加工过程中的热分析领域到医疗技术和生物工程的20个 精简模型 ¾COMSOL Multiphysics中的所有功能，尤其是其中无限制的多物理场耦合 功能
二维应用： •平面应力； •平面应变； •厚板分析； •轴对称； •欧拉梁；
三维分析： •固体； •欧拉梁；
•壳体；
在所有这些分析中，用户可以直接输入材料性质，也可以通过内嵌材料 库方便快捷地调用它们。同时，定义正交各向异性和完全各向异性材料 性质也是相当方便的。材料的性质可以是任意空间、时间或者其它变量 的函数。
用户也可以在COMSOL Multiphysics软件中引入其它软件创建的模型。 COMSOL Multiphysics软件的模型导入和修补功能可以支持DXF格式 （用于二维）和IGES格式（用于三维）的文件。也可以导入二维的 JPG、TIF和BMP文件并把它们转化成为COMSOL Multiphysics的几何 模型，对于三维结构也同样如此，甚至可以支持三维MRI（磁共振数 据）数据。
• 基于公式的建模 • 基于应用的建模
– 不同领域的应用模块 – 预置的物理模式 • 多物理场建模 – 任意耦合 – 界面中定义单独的物理场，后台自动生成耦合矩阵
COMSOL_Multiphysics在岩土工程中的应用
COMSOL Multiphysics在岩土工程中的应用摘要：目前,COMSOL Multiphysics作为全球第一款真正的多物理场耦合分析软件，由于其具有多场问题全耦合分析的强大功能，能够帮助科研人员得到更精确地模拟结果,被广泛适用于岩土工程研究的各个领域。
本文就COMSOL Multiphysics在岩土工程中采矿工程中的岩土工程问题、氯盐对混凝土耐久性影响的问题、基桩动测问题方面的应用作出相应简单的介绍。
阐述COMSOL Multiphysics软件在该领域的强大功能和适用性，说明COMSOL Multiphysics 在岩土工程中的应用。
1.多物理场耦合数值模拟软件系统(COMSOL Multiphysics)的介绍多物理场耦合数值模拟软件系统(COMSOL Multiphysics)是一个专业有限元数值分析软件包,是专为描述和模拟各种物理现象而开发的基于偏微分方程的多物理场模型仿真计算的有限元分析软件包。
COMSOL Multiphysics软件系统包括结构力学、化学、电磁学、地球科学、微机电、声学等模块。
在使用COMSOL Multiphysics软件的过程中,用户可以自己建立普通的偏微分方程形式,也可以使用COMSOLMultiphysics提供的特定的物理应用模型。
这些特定的物理应用模型包括预先设定好的模块和在一些特殊应用领域内已经通过微分方程和变量建立起来的用户界面。
通过COMSOL Multiphysics的多物理场功能,用户可以选择不同的模块,同时模拟任意物理场组合进行耦合分析。
为了便于比较, 在COMSOL Multiphysics结构力学模块中,用户可以完全利用COMSOL Multiphysics中无限制多物理场和基于偏微分方程的表达式进行分析,因此可以随意地将结构力学分析与其它物理现象如电磁场、流场和热传导等耦合起来进行分析。
SOL Multiphysics在采矿工程中的岩土工程问题中的应用伴随采矿工程中的岩土工程问题常常是复杂的多物理场耦合问题，其基本问题是岩体或土体的稳定、变形和渗流问题、煤层甲烷运移问题。
COMSOL Multiphysics 隆重发布新版本新模块新功能
COMSOL Multiphysics V42a隆重发布新版本新模块新功能COMSOL Multiphysics V4.2a亮点简介COMSOL Multiphysics在多物理场仿真模拟和分析领域已经建立了快速革新的的良好信誉。
最新的4.2a版本在COMSOL Multiphysics旗舰产品成功史上添加了新的一笔。
通过引入工程师和科学家们感兴趣的新功能，COMSOL正在创造一个在广度和深度无与伦比的集成分析平台。
在4.2a版本中主要的创新点如下：粒子追踪模块在CFD，电磁，声学和其他应用领域，追踪粒子和物理场之间的相互作用。
Creo™ Parametric实时链接与PTC™公司最新的设计软件进行无缝双向的CAD集成。
更快速和高效的参数化扫描对于大量的参数化扫描控制内存的使用，并能够快速建立响应图。
导入数字高程图(DEM)导入拓扑表面数据，并结合到固体区域中，用于诸如流体，结构、或电磁等各种物理场的分析。
导入图像基于照相数据或者扫描数据，以材料查找表的形式导入2D图像。
交互式切片图和等值面图绘制面图和切片图时进行快速交互式定位。
磁勘探是一种铁矿勘探中常用的地质学勘探方法。
这幅图片显示了根据导入的地形数据模拟所表征的地下几何结构。
被动式磁勘探于精确的区域性磁异常图形。
本案例求解铁矿在地磁场作用下产生地表和空中的磁异常图形。
粒子追踪模块粒子追踪模块扩展了COMSOL Multiphysics在流场或电磁场中的轨迹计算功能，包括粒子与物理场之间的相互作用。
所有模块都可以和粒子追踪模块进行无缝结合，可以引入驱动粒子运动的额外的建模工具和物理场。
质谱仪用来分离和鉴别中的不同物质，广泛应用于材料工程和环境科学。
本图显示在一个四极透镜中不同分子量的离子的运动轨迹。
电场中同时包含直流和交流部分，这是实现质谱仪功能的要素。
本例模拟计算了石英粒子通过一个静态混合器的轨迹。
由于粒子具有质量，只有一定数量的粒子能到达出口，这可以通过后处理来得到，还可以计算传递属性。
comsol在岩土工程中的应用研究
A2 A 3
15 20 25 30 35
A4
40 45 距离/m
流速分布图
压力分布图
工况1—Darcy区域和Brinkman区域渗透率一致 工况2—Brinkman区域渗透率提高10倍但边界流量和工况1一致 工况3—Brinkman区域渗透率提高10倍且保持边界恒定高压力
断层突水速度场
断层突水压力分布
973 计划
h1
h
h2
阻水带
h3
导升带
流体流动方程分析 Darcy 渗流方程
研究内容
Darcy渗流方程以线性层流为主、忽略流体惯
性力，适合低渗透多孔介质。水流在含水层中的流 动符合这个方程 k u = − ⋅ (∇p + ρgZ )
η
N-S 方程
Navier-Stokes方程描述流体在重力、黏性阻
微震监测情况
微震监测情况
监测的声发射信号
三维建模
勘探线布置图
计算模型
根据济钢 张马屯铁矿 矿区工程地 质资料，包 括矿区工程 地质剖面 图，大围幕 区工程地质 剖面图，矿 区及大围幕 区各钻孔资 料，工程地 质及水文地 质报告，对 矿区矿体及 各地层进行 三维地质建 模。
计算模型
帷幕 砂砾石 闪长岩 大理岩 闪长岩
从含水层到巷道（A1-A4）流速与压力分布曲线(沿A1- A2- A3- A4方向)
0.0006 0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0 0 5 10 15 20
工 况 1 工 况 2 工 况 3
2.5E+06
6倍
Brinkm an
2.0E+06
Brinkman
工况1 工况2 工况3
COMSOL_Multiphysics_脚本功能详述
• MPHMATRIX集成刚度矩阵
中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司 CnTech Co.,Ltd--- Leading Engineering Virtual Prototyping Solutions Provider
info@
COMSOL建模的脚本接口
• 以模型对象形式存在 • 每个指令对应于模型树中的一个节点 • 自动应用缺省设定 • 不需要进行几何分析– 自动进行对应的处理 • 与Java API的指令类似 • 以API的方式进行封装 • 向下兼容3.5a M脚本
info@
在MATLAB命令行中建模
• 求解
• 创建绘图组
• 可以在MATLAB中绘图 或在服务器中绘图（需要带选项启动：-graphics）
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• MPHGEOM
– 在MATLAB图形中绘制几何
• MPHMATRIX
– 组装方程和约束矩阵
• MPHMESH
– 在MATLAB图形中绘制网格
• MPHGETU
– 返回解矢量
• MPHGETP
– 获得解数据集的信息
• MPHEVAL
– 在节点上计算表达式
• MPHGLOBAL
–计算全局变量
• MPHINTERP
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COMSOL Multiphysics在岩土工程中的应用
COMSOL Multiphysics在岩土工程中的应用摘要：目前,COMSOL Multiphysics作为全球第一款真正的多物理场耦合分析软件，由于其具有多场问题全耦合分析的强大功能，能够帮助科研人员得到更精确地模拟结果,被广泛适用于岩土工程研究的各个领域。
本文就COMSOL Multiphysics在岩土工程中采矿工程中的岩土工程问题、氯盐对混凝土耐久性影响的问题、基桩动测问题方面的应用作出相应简单的介绍。
阐述COMSOL Multiphysics软件在该领域的强大功能和适用性，说明COMSOL Multiphysics 在岩土工程中的应用。
1.多物理场耦合数值模拟软件系统(COMSOL Multiphysics)的介绍多物理场耦合数值模拟软件系统(COMSOL Multiphysics)是一个专业有限元数值分析软件包,是专为描述和模拟各种物理现象而开发的基于偏微分方程的多物理场模型仿真计算的有限元分析软件包。
COMSOL Multiphysics软件系统包括结构力学、化学、电磁学、地球科学、微机电、声学等模块。
在使用COMSOL Multiphysics软件的过程中,用户可以自己建立普通的偏微分方程形式,也可以使用COMSOLMultiphysics提供的特定的物理应用模型。
这些特定的物理应用模型包括预先设定好的模块和在一些特殊应用领域内已经通过微分方程和变量建立起来的用户界面。
通过COMSOL Multiphysics的多物理场功能,用户可以选择不同的模块,同时模拟任意物理场组合进行耦合分析。
为了便于比较, 在COMSOL Multiphysics结构力学模块中,用户可以完全利用COMSOL Multiphysics中无限制多物理场和基于偏微分方程的表达式进行分析,因此可以随意地将结构力学分析与其它物理现象如电磁场、流场和热传导等耦合起来进行分析。
SOL Multiphysics在采矿工程中的岩土工程问题中的应用伴随采矿工程中的岩土工程问题常常是复杂的多物理场耦合问题，其基本问题是岩体或土体的稳定、变形和渗流问题、煤层甲烷运移问题。
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岩土力学模块还为混凝土和岩石的模拟提供了非常强大的工具： Willam-Warnke, Bresler-Pister, Ottosen, 和 Hoek-Brown 都被作为内置参数供用户选择，更可被应用 和扩展于更通用的脆性材料上。此外，该模块能方便的与其他模块功能，如多孔介质流， 孔隙弹性，以及基体模块的溶质传输功能等结合使用。
•用户自定义土壤,岩石和水泥土材料 •Willam-Warnke 混凝土模型
COMSOL Multiphysics 岩土力学模块介绍
岩土力学模块是作为结构力学模块的一个特殊附加模块，主要用于模拟一些岩土工程应用， 比如隧道、挖掘、边坡稳定性和支护结构。模块中设置的专门的接口以研究塑性问题、变 形问题、土壤和岩石的失效问题、以及它们与混凝土和人造结构间的交互作用问题。模块 中也提供了不同土壤材料本构： Cam-Clay, Drucker-Prager, Mohr-Coulomb, Matsuoka-Naka, and Lade-Duncan。除了内置的塑性模型，用户还可以借助于 COMSOL Multiphysics 提供的通用的方程接口创建屈服函数。此外，计算温度场和其他 场数值的关系也能被融合到材料的定义中。