Novità COMSOL Multiphysics^® versione 6.2

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Aggiornamenti Structural Mechanics Module

Per gli utenti dello Structural Mechanics Module, la versione 6.2 di COMSOL Multiphysics^® introduce un'interfaccia Phase Field in Solids, un metodo di estensione virtuale delle cricche per la valutazione della meccanica della frattura e una funzione che consente l'analisi statica di strutture accelerate non vincolate. Approfondite questi aggiornamenti e altri ancora.

Nuova interfaccia Phase Field in Solids

La modellazione phase-field può essere utilizzata per numerose applicazioni di fisica e in questa versione è stata introdotta una nuova interfaccia Phase Field in Solids. Si tratta di un'interfaccia specializzata nella modellazione di fenomeni che coinvolgono interfacce in movimento all'interno di solidi, come la propagazione di cricche, l'evoluzione del danneggiamento e la crescita dei contorni dei grani.

Modellazione phase-field dell'innesco e della propagazione di una cricca in un provino compatto elastoplastico a trazione.

Nuova interfaccia Transport in Solids

È stata aggiunta una nuova interfaccia Transport in Solids per la modellazione del trasporto di specie, dell'elettromigrazione, dell'infragilimento da idrogeno e di altri fenomeni di trasporto nei materiali solidi. L'interfaccia consente studi stazionari e dipendenti dal tempo del trasporto di una o più specie. Inoltre, se il problema della diffusione è guidato dalle sollecitazioni, l'interfaccia Transport in Solids può essere accoppiata con un'interfaccia Solid Mechanics.

Un modello di elettromigrazione nella tabella dei colori Thermal.

Elettromigrazione guidata da campi elettrici, concentrazione, stress idrostatico e gradienti di temperatura.

Nuovo accoppiamento multifisico Unsaturated Poroelasticity

È stato aggiunto un nuovo accoppiamento multifisico, Unsaturated Poroelasticity, per collegare un'interfaccia Moisture Transport in Solids con un'interfaccia Solid Mechanics. Questo accoppiamento bidirezionale impone la pressione dell'umidità come carico nei pori, mentre le deformazioni strutturali risultanti modificano i coefficienti di accumulo e la porosità. Questo tipo di studi può essere facilmente configurato utilizzando la nuova interfaccia multifisica Unsaturated Poroelasticity, che aggiunge automaticamente un'interfaccia Moisture Transport in Solids, un'interfaccia Solid Mechanics e un accoppiamento multifisico Unsaturated Poroelasticity. Il tutorial Moisture Transport in a Paperboard Roll illustra questa nuova funzionalità. Si noti che questa funzione richiede il Porous Media Flow Module o l'Heat Transfer Module.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Unsaturated Poroelasticity evidenziato, la finestra Settings corrispondente e un modello legno-calcestruzzo nella finestra Graphics.

Umidità relativa in un pavimento composito legno-calcestruzzo, determinata utilizzando l'accoppiamento multifisico Unsaturated Poroelasticity.

Nuova interfaccia multifisica per l'interazione magneto-elastica nelle macchine rotanti

In alcuni componenti rotanti, come i motori elettrici, può essere necessario tenere conto dell'accoppiamento bidirezionale tra il campo magnetico e le deformazioni strutturali. La nuova interfaccia multifisica Magnetic–Elastic Interaction in Rotating Machinery abbina un'interfaccia Solid Mechanics e un'interfaccia Rotating Machinery, Magnetic con funzioni di mesh mobile. Un nuovo accoppiamento multifisico, Magnetic Forces, Rotating Machinery, viene utilizzato per applicare i carichi derivanti dalle sollecitazioni magnetiche di Maxwell su una struttura rotante conforme. Allo stesso tempo, la deformazione causata da una combinazione di carichi magnetici e forze centrifughe influenzerà il campo magnetico. Un esempio di come questa interfaccia possa essere utilizzata per studiare le deformazioni e la distribuzione delle sollecitazioni in un motore elettrico è mostrato nel nuovo modello Electromagnetic and Mechanical Analysis of an Interior Permanent Magnet Motor. Si noti che questa funzione e il tutorial richiedono l'AC/DC Module.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Magnetic Forces, Rotating Machinery evidenziato, la corrispondente finestra Settings e i due grafici dei risultati di un modello di motore.

Densità di flusso magnetico e sollecitazioni in un motore a magneti permanenti interni, modellato utilizzando l'interfaccia multifisica Magnetic-Elastic Interaction in Rotating Machinery.

Nuovo accoppiamento multifisico Thermal Expansion, Thin Layer

Il nuovo nodo di accoppiamento multifisico Thermal Expansion, Thin Layer consente di accoppiare l'espansione termica nei contorni che hanno un modello di materiale Thin Layer con il campo di temperatura sugli stessi contorni calcolato in un'interfaccia Heat Transfer. Questa nuova funzionalità è visibile nel tutorial Heating Circuit aggiornato.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Thermal Expansion, Thin Layer evidenziato, la corrispondente finestra Settings e tre finestre Graphics che mostrano un modello di circuito di riscaldamento.

Sollecitazioni, potenziale elettrico e temperatura determinati in un circuito di riscaldamento modellato utilizzando il nuovo accoppiamento multifisico Thermal Expansion, Thin Layer.

Strutture non vincolate nella modellazione con contatto

I problemi di contatto spesso comportano vincoli insufficienti fino a quando il contatto non è stato stabilito. Di conseguenza, la matrice di rigidità diventa singolare. Per ovviare a questa difficoltà intrinseca è stata aggiunta la nuova funzione Stabilization. I tutorial Prestressed Bolts in a Tube Connection e Prestress of Main Bearing Cap Bolts sono stati aggiornati per illustrare l'uso di questa funzione.

Metà di un modello di connessione a tubo che mostra la pressione di contatto nella tabella dei colori Rainbow.

Pressione di contatto in una connessione tubolare imbullonata.

Calcolo del Warpage

In alcune applicazioni, come i PCB, una superficie planare deve mantenere un grado sufficiente di planarità affinché la struttura funzioni correttamente dopo l'applicazione dei carichi. Alle interfacce Solid Mechanics, Shell e Layered Shell è stata aggiunta una nuova funzione Warpage per valutare lo scostamento di una superficie dalla sua forma originale. L'uso di questa nuova funzionalità è dimostrato nei tutorial aggiornati Thermal Stresses in a Layered Plate e Heating Circuit.

Un modello di circuito di riscaldamento che mostra la distorsione e la superficie planare.

Confronto tra una superficie planare distorta (strato colorato) e una ideale (strato grigio semitrasparente).

Cavità riempite di fluido

All'interfaccia Solid Mechanics è stata aggiunta la nuova funzionalità Enclosed Cavity. Questa funzione consente di modellare cavità chiuse, piene di fluidi, senza la necessità di creare una mesh della cavità stessa. La pressione nella cavità agisce come un carico sulla struttura e il volume della cavità è controllato dalle deformazioni della struttura. Sono disponibili diverse equazioni di stato per il contenuto di una cavità (contenuti come gas isotermi o adiabatici o fluidi incomprimibili). Questa nuova funzionalità è dimostrata nei tutorial Hyperelastic Seal e Biventricular Cardiac Model.

Il gonfiaggio di un palloncino mediante una pompa ad aria. Il pistone in movimento all'interno della pompa d'aria diminuisce il volume racchiuso, aumentando così la pressione dell'aria all'interno del pallone.

Metodo dell'estensione virtuale della cricca

È stata aggiunta una nuova funzione Virtual Crack Extension come alternativa al metodo dell'integrale J per determinare i tassi di rilascio di energia e i fattori di intensità delle sollecitazioni. Con questa nuova funzione è possibile eseguire le stesse analisi, ma tenendo conto anche dei carichi sul corpo e dell'espansione termica. Questa funzione è utilizzata nel tutorial aggiornato Single Edge Crack.

Un modello che mostra la sollecitazione in corrispondenza di una fessura nella tavola dei colori Prism.

Contorni delle sollecitazioni in una lastra con una cricca a bordo singolo sottoposta a un carico di trazione.

Analisi Inertia Relief

L'analisi della rilevazione dell'inerzia è un tipo speciale di analisi statica per strutture non vincolate che vengono accelerate da carichi esterni, in cui i carichi esterni e le forze inerziali della struttura devono mantenere un equilibrio dinamico delle forze. In tutte le interfacce di Structural Mechanics è stata aggiunta la nuova funzionalità Inertia Relief. Questa funzione può essere utilizzata per automatizzare l'impostazione di una speciale sequenza di studio che calcola il campo di accelerazione, le forze d'inerzia corrispondenti e le sollecitazioni risultanti. Questa nuova funzione è utilizzata nella versione aggiornata di Bracket - Structural Mechanics Tutorials.

Un modello di aereo che mostra le deformazioni delle ali nella tabella dei colori Prism.

Deformazioni dell'ala di un aereo durante una manovra di cabrata.

Funzionalità Piezoelectric Material, Layered nell'interfaccia Shell

Per l'interfaccia Shell è disponibile la nuova funzione Piezoelectric Material, Layered. Questa nuova funzione consente di risparmiare tempo di assemblaggio e di calcolo per la risoluzione di compositi piezoelettrici sottili. Questa nuova funzione richiede l'AC/DC Module o il MEMS Module. Se è disponibile anche il Composite Materials Module, la funzione può essere utilizzata in shell multistrato, dove i singoli strati possono avere proprietà materiali diverse.

Un modello di risonatore che mostra il modo S0 nella tabella dei colori Rainbow.

Il modo S0 di un risonatore a onde di Lamb a 7.99 GHz, calcolato utilizzando l'interfaccia Shell e la nuova funzione Piezoelectric Material, Layered.

Miglioramenti alla funzionalità Fiber

Nella versione 6.0 è stata introdotta la possibilità di aggiungere una distribuzione di fibre a un materiale aggiungendo un sottonodo Fiber. Nella versione 6.2 sono state apportate diverse estensioni a questa funzionalità. Ad esempio:

Questa funzionalità è ora disponibile anche nell'interfaccia Shell. In questo contesto, alle fibre possono essere assegnate anche una rigidità a flessione e una posizione di spessore trasversale.
Il modello di materiale della fibra può ora essere una funzione generale non lineare tra sollecitazione e deformazione.
Il sottonodo Fiber può ora essere aggiunto ai modelli di materiale in una funzione Thin Layer.

Questi aggiornamenti sono visibili nel nuovo tutorial Tire Inflation.

L'interfaccia utente di COMSOL Multiphysics mostra il Model Builder con il nodo Fiber evidenziato, la finestra Settings corrispondente e un modello di calcestruzzo nella finestra Graphics.

I rinforzi in una lastra di calcestruzzo possono essere modellati posizionando le fibre in una posizione di spessore trasversale in uno shell.

Un modello di pneumatico che mostra le sollecitazioni nella tabella dei colori Prism.

La sollecitazione di von Mises nei rinforzi in corda di uno pneumatico.

Spostamento limitato

Alle interfacce Solid Mechanics, Multibody Dynamics, Shell, Layered Shell e Membrane è stata aggiunta la possibilità di prescrivere uno spostamento limitato (cioè la distanza massima che un punto, un bordo o un contorno può percorrere in una certa direzione). Questa funzionalità può essere vista come una versione semplificata dell'analisi del contatto, in cui non è necessario un secondo oggetto per fermare il movimento. Nelle versioni precedenti, questa funzionalità era disponibile solo nelle interfacce di tipo edge, come Beam o Truss, e quindi era applicabile solo agli edge o ai punti.

Una guida di allineamento del tubo che limita lo spostamento radiale del tubo. Viene utilizzata una condizione al contorno Displacement Constraint con l'opzione Limited anziché un'analisi di contatto completa. La guida di allineamento, qui rappresentata da un anello, visualizza i limiti di spostamento, ma non fa parte del modello.

Aggiornamenti al grafico Octave Band

Il grafico Octave Band può ora essere utilizzato per analizzare i risultati basati su una simulazione transitoria. I dati transitori vengono trasformati nel dominio della frequenza prima di essere analizzati. Il grafico Octave Band dispone ora anche di un tipo di input General (non-dB) che può essere utilizzato per analizzare i dati di assorbimento in acustica o i dati di velocità di vibrazione per tracciare una funzione di risposta in frequenza (FRF) in un modello di vibrazioni strutturali.

Tutorial nuovi e aggiornati

La versione 6.2 di COMSOL Multiphysics^® porta diversi tutorial nuovi e aggiornati nello Structural Mechanics Module.

Elastic Cloaking with Polar Material

Quattro grafici di un modello di cloaking elastico nella tabella dei colori Wave Light.

Confronto tra il campo libero generato da un carico puntiforme e il campo attorno a un ostacolo schermato.

Titolo in Application Library:
elastic_cloaking
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Scattered-Field Formulation for Elastic Waves

Sei grafici che mostrano il campo diffuso nella tabella dei colori Spectrum.

Onde P e S che impattano su una cavità, un'inclusione rigida e un'inclusione elastica.

Titolo in Application Library:
scattered_field_elastic_waves
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Homogenized Model of a Corrugated Sheet

Sei grafici di un modello di lastra corrugata nella tavola dei colori Rainbow.

Le proprietà omogenee di una lastra ondulata sono determinate attraverso l'applicazione di una serie di casi di carico fondamentali su una cella unitaria.

Titolo in Application Library:
corrugated_sheet
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Ladder Frame

Un modello di telaio ladder che mostra le sollecitazioni nella tabella dei colori Prism.

Distribuzione delle sollecitazioni e carichi applicati per il telaio di una struttura per autocarri leggeri.

Titolo in Application Library:
ladder_frame
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Micromechanical Model of a Triply Periodic Minimal Surface (TPMS)-Based Composite

Un modello di cella unitaria giroide in verde e rosa.

Una cella unitaria giroide basata su TPMS è sottoposta a condizioni al contorno periodiche per ottenere proprietà meccaniche e termiche omogenee.

Titolo in Application Library:
micromechanical_model_of_a_tpms_composite
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Eigenfrequency Shifts Caused by Temperature Changes

Quattro grafici di un modello di cantilever nella tavola dei colori Aurora Borealis.

La sensibilità delle frequenze proprie rispetto alle variazioni di temperatura viene studiata per diversi tipi di condizioni al contorno.

Titolo in Application Library:
frequencyshift
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Micromechanical Model of a Piezoelectric Fiber Composite

Un modello in composito nei colori verde acqua e rosa.

Le proprietà piezoelettriche omogeneizzate sono calcolate per un composito in cui le fibre e la matrice sono costituite da materiali piezoelettrici diversi.

Titolo in Application Library:
micromechanical_model_of_a_piezoelectric_composite
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Postbuckling Analysis Using an Incremental Arc Length Method

Un grafico 1D che mostra la forza in funzione dello spostamento con una linea rossa e cerchi neri.

Forza in funzione dello spostamento durante il processo di snap-through di uno shell cilindrico poco profondo, simulato con il metodo della lunghezza d'arco incrementale.

Titolo in Application Library:
postbuckling_shell_arclength
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Vacancy Electromigration in Integrated Circuit (IC) Interconnect Lines

La concentrazione e il flusso totale all'interno di un metallo sono indicati nella tabella dei colori Rainbow Light.

La migrazione delle vacanze all'interno di un metallo - guidata da campi elettrici, concentrazione, stress idrostatico e gradienti di temperatura - costituisce un fenomeno altamente accoppiato.

Titolo in Application Library:
vacancy_electromigration
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Electromagnetic and Mechanical Analysis of an Interior Permanent Magnet Motor

Due modelli di motore, con la sollecitazione mostrata nel modello di sinistra e il campo magnetico mostrato a destra.

Sollecitazioni (sinistra) e campo magnetico (destra) durante una simulazione transitoria di un motore a magneti permanenti interni (IPM).

Titolo in Application Library:
interior_pm_motor_stress_analysis
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Hydrogen Diffusion in Metals

Un modello di campione di metallo che mostra la concentrazione nella tabella dei colori Prism.

Concentrazione e flusso di idrogeno in un campione metallico dentellato sottoposto a diffusione guidata dalla concentrazione e dallo stress.

Titolo in Application Library:
hydrogen_diffusion
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Bracket — Inertia Relief Analysis

Un modello di staffa che mostra le sollecitazioni nella tabella dei colori Prism e il campo di accelerazione tramite le frecce blu.

Il campo di sollecitazione e accelerazione quando il componente è sottoposto a forze che causano un'accelerazione angolare libera.

Titolo in Application Library:
bracket_inertia_relief
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Moisture Transport in a Paperboard Roll*

Un modello di rotolo di cartone che mostra la distribuzione dell'umidità relativa.

Distribuzione dell'umidità relativa e deformazione in un rotolo di cartone.

Application Library Title:
paperboard_roll
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*Requires the Porous Media Flow Module

Bracket — Harmonic Vibration Fatigue (richiede il Fatigue Module)

Una vista in primo piano di un modello di staffa che mostra la fatica nella tabella dei colori Prism.

Utilizzo a fatica di una staffa sottoposta a carichi statici e a carichi armonici durante una scansione in frequenza lineare.

Titolo in Application Library:
bracket_fatigue_harmonic_vibration
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