comsol多物理场耦合

多物理场耦合•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。不同类型的流-固耦合流-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•COMSOLMultiphysics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入口出口流固交界面其他边界:无滑移壁结构力学固定流体载荷求解器•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。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Workplane1(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_corner4e-5)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_corner4e-5,y_corner7e-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)3D稳态FSI•几何:拉伸1.5e-53D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-ExtraCoarse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•可能需要使用网格重新剖分•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--结构耦合热结构复合板热应力分析摩擦搅拌焊接热膨胀振动生热•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•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）•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。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•声壳耦合•声压电耦合•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•横波预定义耦合接口15.98KHz声固耦合接口声-固耦合声-壳耦合案例：声-壳耦合•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•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PZT-5H1000μmx200μmx10μmSilicon1000μmx200μmx20μm案例：压电设备•几何结构固定端其他边界为自由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•找到模态频率•查看模态案例：压电设备