Highlights der COMSOL Multiphysics® Version 4.4

Veröffentlicht am 27. November 2013

Die äußerst leistungsfähige Multiphysik-Software bietet jetzt noch mehr Möglichkeiten. COMSOL Multiphysics Version 4.4 ist mit einer verbesserten und noch bedienungsfreundlicheren COMSOL Desktop-Benutzeroberfläche ausgestattet. Mit dem vollkommen neu gestalteten Desktop können Sie Multiphysikmodelle und leistungsfähigere Solver mit nur wenig Aufwand einrichten. Der Desktop ermöglicht die textbasierte Suche nach Variablen und weist zahlreiche weitere Verbesserungen auf. Sehen Sie sich dieses Video an, in dem die wesentlichen Neuerungen ausführlich vorgestellt werden. Oder klicken Sie unten auf eines der Menüs, um Näheres über die einzelnen Verbesserungen der COMSOL Multiphysics® Version 4.4 zu erfahren.

Näheres über COMSOL Multiphysics 4.4 erfahren Sie in unserem Webinar

Zusammenfassung der wesentlichen Neuerungen

  • COMSOL Multiphysics®

  • COMSOL Desktop® mit Ribbon
  • Der auf Windows®-Plattformen ausgeführte COMSOL Desktop® hat das neue Ribbondesign, damit ein optimierter Arbeitsablauf ermöglicht wird. Sie können schnell die Operationen finden, die Sie zum Einrichten eines Modells und zum Ausführen von Simulationen benötigen.
  • Neuer Multiphysik-Knoten
  • Ein vollständig neuer Multiphysik-Knoten im Modellbaum zum Einrichten von multiphysikalischen Modellen

    • Kombinieren Sie Physikinterfaces, um Ihre eigenen multiphysikalischen Modelle zu definieren
    • Wählen Sie eine der integrierten multiphysikalischen Kopplungen
    • Jedes Physikinterface wird als separater Knoten im Strukturbaum angezeigt
  • 1-Klick-Auswahl
  • Eine neue Auswahlmethode beschleunigt den Modellierprozess, indem Sie einfach mit der Maus auf ein Element zeigen und dann klicken.
  • Textbasierte Suche nach Variablen
  • Die Suchfunktion mit automatischer Vervollständigung in der Windows-Version ermöglicht Ihnen das schnelle Finden von Variablen, die Sie in Ergebnissen verwenden können.
  • Geometrieteilfolgen
  • Geometrieteilfolgen ermöglichen benutzerdefinierte geometrische Grundelemente.
  • If/Else-Anweisungen
  • If/Else-Anweisungen können im Modellbaum zur bedingten Geometrieerzeugung verwendet werden.
  • Zeiteinheiten in Solvern
  • In Studien und Solvern werden jetzt Zeiteinheiten verarbeitet.
  • Export von NASTRAN®-Netzdateien
  • Sie können 2D- und 3D-Netze im NASTRAN®-Netzdateiformat exportieren.
  • Elektrik

  • AC/DC Module
  • Eine Materialbibliothek mit 165 nichtlinearen magnetischen Materialien wurde in das AC/DC Module aufgenommen.
  • RF Module
  • Simulieren Sie Komponenten mit Ports auf inneren Rändern.
  • Wave Optics Module
  • Das Wave Optics Module enthält jetzt Streuung mit einem gaußschen Hintergrundfeld und ein neues Interface für die Lasererwärmung.
  • Semiconductor Module
  • Heteroübergang und Stoßionisation sind nur zwei der vielen Aktualisierungen im Semiconductor Module.
  • Mechanik

  • Heat Transfer Module
  • Es gibt neue Tools für die schnelle Berechnung der Strahlung in beteiligten Medien, des thermoelektrischen Effekts und der Erwärmung in biologischem Gewebe.
  • Structural Mechanics Module
  • Das Structural Mechanics Module ermöglicht Ihnen einfachen Zugriff auf rotordynamische Kräfte, beinhaltet eine neue schnelle Penalty-Methode für Kontakt und hat aktualisierte Kupplungen zwischen Festkörpern und Schalen.
  • Fatigue Module
  • Es gibt neue Methoden zur Ermüdungsanalyse von nichtlinearen Materialien einschließlich thermischer Ermüdung.
  • Multibody Dynamics Module
  • Die Funktionalität wurde um drei neue Gelenktypen sowie Reibung in Gelenken erweitert.
  • Acoustics Module
  • Führen Sie aeroakustische Simulationen auf Basis der linearisierten Euler-Gleichungen aus.
  • Fluid

  • CFD Module
  • Modellieren Sie die Oberflächenrauheit von Wänden in turbulenten Strömungen und erreichen Sie eine deutlich verbesserte Massen- und Energieerhaltung für laminare Strömungen.
  • Neues Produkt: Mixer Module
  • Mit dem Mixer Module können Sie Mischer und Rührkessel simulieren.
  • Mehrzweck

  • Optimization Module
  • Das Optimization Module bietet eine zusätzliche gradientenfreie Methode (BOBYQA) für Geometrieoptimierungen und eine zusätzliche gradientenbasierte Methode (MMA) für Topologieoptimierungen.
  • Particle Tracing Module
  • Partikel-Feld- und Fluid-Partikel-Wechselwirkungen werden jetzt elegant mit einer neuen effizienten Methode simuliert.
  • Schnittstellen

  • LiveLink for SolidWorks®
  • Sie können jetzt benutzerdefinierte Auswahlen synchronisieren.
  • LiveLink for Inventor®
  • Sie können Materialauswahlen und Materialnamen zwischen COMSOL und Inventor® synchronisieren.
  • ECAD Import Module
  • Das Importieren von Dateien im ODB++-Format ermöglicht multiphysikalische Simulationen für eines der am häufigsten verwendeten Formate für Leiterplattenkonstruktionen.

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Previous COMSOL Multiphysics® Versions

Neuer COMSOL Desktop®

Inhaltsverzeichnis

Modellieren mit dem neuen COMSOL Desktop

Duration: 06:08

Das COMSOL®-Ribbon

Effiziente Arbeitsabläufe

Die COMSOL Desktop-Umgebung für Windows® ist dank eines Ribbons mit Registerkarten noch bedienungsfreundlicher. Das Ribbon enthält die Hauptfunktionen zur Erstellung von Modellen und zum Ausführen von Simulationen.

  • Der COMSOL Desktop für Windows®. Der COMSOL Desktop für Windows®.

Der COMSOL Desktop für Windows®.

Die Registerkarte „Home“ enthält die Schaltflächen für die am häufigsten an Modellen ausgeführten Änderungen sowie die Simulationsfunktionen. Auf dieser Registerkarte können Sie die Modellparameter für parametrisierte Geometrien ändern, die Physik und Materialeigenschaften einsehen, das Netz erzeugen, eine Studie ausführen und die Simulationsergebnisse darstellen.

  • Das COMSOL Desktop Ribbon Das COMSOL Desktop Ribbon

Das COMSOL Desktop Ribbon

Die Funktionen für die einzelnen Hauptschritte des Modellierungsprozesses sind in Standardregisterkarten gruppiert. Diese Registerkarten für Definitionen, Geometrie, Physik, Netz, Studie und Ergebnisse sind entsprechend dem Arbeitsablauf von links nach rechts angeordnet.

Das Ribbon ermöglicht den schnellen Zugriff auf Befehle. Die meisten Befehle des Ribbons stehen auch in Kontextmenüs zur Verfügung, die aufgerufen werden, indem mit der rechten Maustaste auf Knoten im Modellbaum geklickt wird. Bestimmte Befehle, wie z. B. der Befehl zur Auswahl des anzuzeigenden COMSOL Desktop-Fensters, können nur über das Ribbon ausgeführt werden. Auf Macintosh®- und Linux®-Plattformen können diese Befehle über Symbolleisten anstatt eines Ribbons ausgeführt werden. Auf bestimmte Funktionen, wie die Änderung der Reihenfolge und die Knotendeaktivierung, kann nur im Modellbaum zugegriffen werden.

Eine neue Schnellzugriffs-Symbolleiste oben im COMSOL Desktop enthält einen Satz von Befehlen, die von der aktuell im Ribbon angezeigten Registerkarte unabhängig sind. Sie können die Schnellzugriffs-Symbolleiste anpassen, indem Sie folgende Befehle in die Symbolleiste einfügen: die meisten Befehle im Datei-Menü, die Befehle zum Rückgängigmachen und Wiederherstellen von Aktionen, zum Kopieren, Einfügen und Duplizieren sowie zum Löschen von Knoten im Modellbaum. Weiterhin können Sie die Schnellzugriffs-Symbolleiste über oder unter dem Ribbon positionieren.

Highlights des neuen COMSOL Desktop®

Hohes Maß an Übersichtlichkeit bei der Steuerung von multiphysikalischen Simulationen

COMSOL ermöglicht effiziente Arbeitsabläufe bei der Modellierung von multiphysikalischen Anwendungen, die thermische Spannungen und elektromagnetische Erwärmung berücksichtigen. Im Modellbaum steht ein spezieller Multiphysik-Knoten zur Verfügung, mit dem Sie die Kopplungen zwischen den einzelnen physikalischen Größen und der Wärmeübertragung steuern können. Wenn ein Multiphysik-Interface, z. B. für Joulesche Erwärmung, direkt im Modellassistenten hinzugefügt wird, wird der Modellbaum um Knoten für elektrische Ströme und die Wärmetransport in Feststoffen erweitert. Zusätzlich wird der Baum um einen Multiphysik-Knoten mit einem Unterknoten für die elektromagnetische Wärmequelle erweitert. Wenn Sie dagegen bereits das Interface „Elektrische Ströme“ verwenden, wird der Modellbaum um den Multiphysik-Knoten erweitert, wenn Sie das Interface „Wärmetransport in Feststoffen“ hinzufügen. Der Multiphysik-Knoten ermöglicht in diesem Fall die Auswahl und Definition der elektromagnetischen Erwärmungssimulation, z. B. Joulesche Erwärmung, indem die entsprechenden Unterknoten hinzugefügt werden.

Mithilfe von Multiphysik-Knoten können die folgenden multiphysikalischen Phänomene modelliert werden:

  • Joulesche Erwärmung
  • Induktive Erwärmung (erfordert das AC/DC Module)
  • Mikrowellenerwärmung (erfordert das RF Module)
  • Lasererwärmung (erfordert das Wave Optics Module)
  • Thermische Spannung (erfordert das Structural Mechanics Module oder das MEMS Module)
  • Joulesche Erwärmung und thermische Ausdehnung (erfordert das Structural Mechanics Module oder das MEMS Module)
  • Thermoelektrischer Effekt (erfordert das Heat Transfer Module)

Die Entwicklung hin zu dieser hocheffektiven Form von Arbeitsabläufen beruht auf stetiger Weiterentwicklung der COMSOL Funktionalität. Die Multiphysik-Knoten ermöglichen Ihnen, physikalische Phänomene separat oder als gekoppelte Phänomene zu behandeln. Sie können diese Kopplungen direkt aktivieren oder deaktivieren. Die Arbeitsabläufe zeichnen sich durch folgende Merkmale aus:

  • Hohe Übersichtlichkeit: Anzeige, Bearbeitung und Steuerung aller beteiligten physikalischen Phänomene sowie deren Kopplungen untereinander als separate Physikinterfaces
  • Effiziente Modellbildung: Schrittweise Realisierung von immer komplexeren Multiphysik-Modellen, indem mit einem einzelnen Physikmodell begonnen wird und weitere Interfaces hinzugefügt werden
  • Einfache Erweiterbarkeit: Erweiterung von vorhandenen multiphysikalischen Kopplungen, indem weitere Physikinterfaces hinzugefügt werden. Sie können die zu koppelnden physikalischen Größen auswählen und zusammen berechnen, sodass verschiedene Simulationen beim selben Modell ausgeführt werden können, ohne ein neues Modell aufsetzen zu müssen.

  • Der neue Multiphysik-Knoten im Model Builder zur Joulesche Erwärmung-Simulation. Durch die Auswahl des Interfaces „Joulesche Erwärmung“ im Modellnavigator werden die Knoten für elektrische Ströme, Wärmetransport in Feststoffen und Multiphysik eingerichtet. Die Kopplung wird über den Unterknoten für die elektromagnetische Wärmequelle gesteuert und kann über die Aktivierungsfunktion aktiviert und deaktiviert werden. Der neue Multiphysik-Knoten im Model Builder zur Joulesche Erwärmung-Simulation. Durch die Auswahl des Interfaces „Joulesche Erwärmung“ im Modellnavigator werden die Knoten für elektrische Ströme, Wärmetransport in Feststoffen und Multiphysik eingerichtet. Die Kopplung wird über den Unterknoten für die elektromagnetische Wärmequelle gesteuert und kann über die Aktivierungsfunktion aktiviert und deaktiviert werden.

Der neue Multiphysik-Knoten im Model Builder zur Joulesche Erwärmung-Simulation. Durch die Auswahl des Interfaces „Joulesche Erwärmung“ im Modellnavigator werden die Knoten für elektrische Ströme, Wärmetransport in Feststoffen und Multiphysik eingerichtet. Die Kopplung wird über den Unterknoten für die elektromagnetische Wärmequelle gesteuert und kann über die Aktivierungsfunktion aktiviert und deaktiviert werden.

1-Klick-Auswahl

Die Auswahl von Geometrieobjekten, Bereichen, Rändern, Kanten und Punkten ist nun leichter. Bewegen Sie den Mauszeiger einfach über einen Rand, um ihn hervorzuheben, und klicken Sie zur Auswahl mit der linken Maustaste. Die vorherige Methode zum Hervorheben durch Klicken mit der linken Maustaste und zur Bestätigung durch Klicken mit der rechten Maustaste kann weiterhin verwendet werden, indem die entsprechende Option unter den Einstellungen aktiviert wird. Innenränder können Sie mit dem Mausrad oder den Auf- und Abwärts-Pfeilen der Tastatur auswählen.

  • Wenn während der Einstellung von Randbedingungen der Mauszeiger über eine Fläche bewegt wird, wird sie rot dargestellt. Bereits ausgewählte Flächen werden blau hervorgehoben. Wenn während der Einstellung von Randbedingungen der Mauszeiger über eine Fläche bewegt wird, wird sie rot dargestellt. Bereits ausgewählte Flächen werden blau hervorgehoben.

Wenn während der Einstellung von Randbedingungen der Mauszeiger über eine Fläche bewegt wird, wird sie rot dargestellt. Bereits ausgewählte Flächen werden blau hervorgehoben.

Textbasierte Suche nach Variablen mit automatischer Vervollständigung

Die neue Suchfunktion mit automatischer Vervollständigung ermöglicht das schnelle Finden von Ergebnisgrößen. Sie können nun mithilfe von drei Methoden auf Ergebnisgrößen zugreifen: Durchsuchen der Liste mit allen Größen, Ausführen der textbasierten Suche oder Eingeben des Ergebnisgrößen-Variablennamens.

  • Die neue Suchfunktion mit automatischer Vervollständigung ermöglicht das schnelle Finden von Ergebnisgrößen. Die neue Suchfunktion mit automatischer Vervollständigung ermöglicht das schnelle Finden von Ergebnisgrößen.

Die neue Suchfunktion mit automatischer Vervollständigung ermöglicht das schnelle Finden von Ergebnisgrößen.

Modellkomponenten

Die einzelnen Bestandteile einer .mph-Modelldatei werden nun als Modellkomponenten bezeichnet. Entsprechend werden die früher als Modell 1, Modell 2, Modell 3 usw. bezeichneten Modellbaumknoten nun als Komponente 1, Komponente 2, Komponente 3 usw. bezeichnet. Die Variablenpräfixe für neue Modelle wurden von mod1, mod2, mod3 usw. in comp1, comp2, comp3 usw. geändert.

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COMSOL Multiphysics®

Inhaltsverzeichnis

Geometrie

Arbeitsebenen: Scheitelpunktversatz, Positionierung und Drehung, neue Typen von Arbeitsebenen

Bei bestimmten Typen von Arbeitsebenen kann nun der Versatz in der Normalenrichtung mittels eines Scheitelpunktes definiert werden. Sie können die Position des Ursprungs und die Richtungen der lokalen Koordinatenachsen präzise definieren. Die Geometrieobjekte einer Arbeitsebene werden nun standardmäßig vereinigt, bevor sie in 3D eingebettet werden. Diese Verfahrensweise ist effizienter und weniger fehleranfällig als die Vereinigung der Objekte direkt in 3D. Um dieses Standardverhalten zu vermeiden, deaktivieren Sie das Kontrollkästchen „Unite objects“.

Zwei neue Typen von Arbeitsebenen stehen zur Verfügung:

  • Parallele Kante: Diese Arbeitsebene ist parallel zu einer planaren, gebogenen Kante.

  • Transformiert: Diese Arbeitsebene nutzt eine bereits vorhandene Ebene als Ausgangspunkt. Durch Translation und Rotation der Ausgangsebene wird die neue Arbeitsebene erzeugt.

  • Die neue Option „durch Vertex“ für Arbeitsebenen und der Abschnitt für lokale Koordinatensysteme. Die neue Option „durch Vertex“ für Arbeitsebenen und der Abschnitt für lokale Koordinatensysteme.

Die neue Option „durch Vertex“ für Arbeitsebenen und der Abschnitt für lokale Koordinatensysteme.

Zugriff auf Geometrie- und Vernetzungsoperationen über das Ribbon

Sie können nun Geometrie- und Netz-Features hinzufügen, indem Sie auf den Ribbon-Registerkarten für Geometrie und Vernetzung auf die entsprechende Schaltfläche oder Menüoption klicken. Dies ist eine Alternative zur Verwendung der Kontextmenüs, die durch Klicken mit der rechten Maustaste im Model Builder aufgerufen werden. Wenn Sie vor dem Klicken auf eine Schaltfläche oder der Ausführung eines Menübefehls eine Auswahl von Geometrieobjekten oder Elementen definiert haben, wird für das hinzugefügte Feature diese Auswahl als Eingabeauswahl verwendet (wenn die Auswahl für das betreffende Feature gültig ist).

Die Inhalte der Eingabeauswahllisten sind nun immer bei Geometrieoperationen sichtbar. Die Schaltfläche Build Preceding State wurde durch die Schaltfläche Active ersetzt. Wenn die Auswahl inaktiv ist und auf diese Schaltfläche geklickt wird, wird der vorhergehende Status wiederhergestellt. Anschließend kann die Auswahl durch Klicken in das Grafikfenster geändert werden.

Geometrieuntersequenz

Der Aufruf einer Geometrieuntersequenz in einer geometrischen Folge entspricht dem Aufruf einer Subroutine in einer Programmiersprache. Eine Untersequenz verfügt über einen Satz von numerischen Eingabeargumenten und einen Satz von Geometrieobjekten, die die Ausgabe darstellen. Eine Geometrieuntersequenz kann als benutzerdefinierte geometrische Grundform betrachtet werden. Sie können mehrere Instanzen einer Sequenz erstellen, indem Sie einen bestimmten Satz von Eingabeargumenten für die jeweiligen Aufrufe definieren. Aufrufe können zudem verschachtelt werden.

Das aus dem Aufruf einer Untersequenz resultierende Objekt kann auf einfache Weise in 3D verschoben und gedreht werden, sodass es die gewünschte Position und Ausrichtung besitzt. Sie können festlegen, dass eine Arbeitsebene der Untersequenz einer zuvor definierten Arbeitsebene entspricht. Die definierten Auswahlen in der Sequenz stehen auch in der aufrufenden Geometriefolge zur Verfügung und können sowohll bei der Vernetzung als auch auf physikalische Größen angewendet werden.

If/Else-Bedingungsanweisungen

Über das Untermenü „Programmierung“ des Knoten-Kontextmenüs „Geometrie“ können Sie If-, Else If- und Else-Features für die Bedingungssteuerung bei der Geometrieobjekterzeugung hinzufügen. Mit den Untermenüs „Davor einfügen“ und „Danach einfügen“ des Kontextmenüs für das jeweilige Geometrie-Feature können Sie eine Bedingung einfügen, ohne das gesamte Feature erstellen zu müssen. Eine If-Anweisung muss die folgende Syntax besitzen:

If 
Verzweigung 1 
Else If 
Verzweigung 2 
... 
Else 
Verzweigung n 
End If

Dabei sind das Else If-Feature und das Else-Feature optional. Die Featurenamen im Baum werden automatisch eingerückt. Das Bearbeitungsfeld „Bedingung“ in den If- und Else If-Features kann Parameter aus „Globale Definitionen“ enthalten, zum Beispiel a+b<=3. Eine Bedingung wird als wahr betrachtet, wenn sie einen Wert ungleich Null ergibt (wahre logische Aussagen ergeben 1). Bei der Erzeugung des End If-Features oder eines folgenden Features wird nur eine der Verzweigungen erzeugt. Die anderen Verzweigungen werden als deaktiviert behandelt. If-Anweisungen können auch verschachtelt werden.

  • If/Else-Anweisungen in einer Geometriefolge. If/Else-Anweisungen in einer Geometriefolge.

If/Else-Anweisungen in einer Geometriefolge.

Kumulative Auswahlen

Eine kumulative Auswahl ist eine Auswahl in der Geometriefolge, die Beiträge von mehreren Auswahlen vereint. Kumulative Auswahlen sind insbesondere bei der Bildung einer Auswahl vorteilhaft, die verschiedene Definitionen in verschiedenen Zweigen einer If-Anweisung umfasst. Im Baum existiert kein Knoten, der einer kumulativen Auswahl entspricht.

Das eine Auswahl erzeugende Geometrie-Feature trägt zu einer vorhandenen kumulativen Auswahl bei, wenn in der Liste „Beitrag zu“ die kumulative Auswahl ausgewählt wird. Damit das Feature zu einer neuen kumulativen Auswahl beiträgt, klicken Sie auf die Schaltfläche „Neu“. Um einen Beitrag von einer kumulativen Auswahl zu entfernen, wählen Sie in der Liste „Beitrag zu“ die Option „Keine/keiner“ aus. Wenn eine Auswahl zu einer kumulativen Auswahl beiträgt, erscheint die ursprüngliche Auswahl nicht in den Auswahl-Listen, sondern wird durch die kumulative Auswahl ersetzt.

Aufgeteilte Paare in verbundenen Komponenten

Das Feature „Form Assembly“ erzeugt standardmäßig einen Paarknoten für jedes Paar von Objekten, die sich berührende Ränder aufweisen. Ein Paarknoten kann einen getrennten Satz von Quellrändern oder Zielrändern aufweisen. Es kann sinnvoll sein, Paare in mehrere Paarknoten aufzuteilen, wobei jeder über verbundene Sätze von Quell-/Zielrändern verfügt. Mit dem Kontrollkästchen „Getrennte Paare aufteilen“ kann nun festgelegt werden, dass getrennte Paare aufgeteilt werden.

Vernetzung

Export von NASTRAN®-Netzdateien

Nun ist der Export eines 2D- oder 3D-Netzes als NASTRAN®-Netzdatei mit den folgenden Formaten möglich: .nas, .bdf, .dat und .nastran. Sie können die zu exportierenden Elemente (Bereiche und/oder Randelemente) auswählen. Auch können Sie festlegen, ob Eigenschafts-IDs, die den Geometrieentitätsdaten entsprechen, und die Daten der Elemente zweiter Ordnung mit exportiert werden.

Netzimport basierend auf Netztyp und Netzelementanzahl

Die Funktion für logische Ausdrücke „Logical Expression“ zur Aufteilung eines importierten Netzes unterstützt nun Parameter und die Variablen „meshtype“ und „meshelement“. Wenn Sie in das Feld Expression beispielsweise meshelement>0 && meshelement<=1000 eingeben, wird aus den ersten 1000 Elementen der importierten Netzdatei ein separater Bereich gebildet.

Verbesserungen am nativen Netzformat (.mphtxt)

Extern erzeugte Netzdaten können nun mithilfe des Dateiformats .mphtxt mit wenig Aufwand in COMSOL importiert werden. Das Importverfahren wurde durch den Wegfall der Auf-/Abwärts- und Parameterfelder vereinfacht. Der Import von externen Netzdaten in COMSOL mithilfe des Dateiformats .mphtxt wird in einem neuen Abschnitt der Dokumentation ausführlich beschrieben. Weiterhin können Sie nun die Elemente auswählen, die in eine Netzdatei (.mphbin, .mphtxt oder .nas) exportiert werden sollen. Auch können Sie festlegen, ob Geometrieentitätsdaten mit exportiert werden. Eine Beschreibung des Imports und Exports von Netzen finden Sie im Reference Manual unter „Meshing“ im Abschnitt „Importing and Exporting Meshes“.

Neuerung bei Sweep-Netzen: Neue Methode für die Projizierung von Quellnetzpunkten auf die Zielfläche

Für Sweep-Netze wurde eine neue Methode zur Übertragung des Oberflächennetzes von der Quelle auf das Ziel implementiert. Bei dieser Methode wird jeder Quellpunkt auf das Ziel projiziert. Diese Methode wird automatisch angewendet, wenn die Transformationsmethode für starre Körper nicht verwendet werden kann und der Sweep die folgenden Eigenschaften hat:

  • Die Quelle oder das Ziel enthält mehrere Flächen (oder eine virtuell zusammengesetzte Fläche)

  • Die Quelle oder das Ziel ist nicht planar

  • Der Sweep-Abstand ist gering (eine Elementschicht)

Die anzuwendende Methode können Sie im Knoteneinstellungsfenster Extrudiert manuell auswählen, indem Sie Projektion der Quelle auf Ziel unter Sweep-Methode > Erzeugung des Zielnetzes auswählen.

  • Bei der Erzeugung dieses Sweep-Netzes wurde die Projektionsmethode für die blau hervorgehobenen Bereiche automatisch aktiviert. Bei der Erzeugung dieses Sweep-Netzes wurde die Projektionsmethode für die blau hervorgehobenen Bereiche automatisch aktiviert.

Bei der Erzeugung dieses Sweep-Netzes wurde die Projektionsmethode für die blau hervorgehobenen Bereiche automatisch aktiviert.

Studien und Löser

Verbesserte Schnittstellen für parametrischen Sweep und parametrischen Löser

Jede skalare Eingabe für ein Modell kann als Parameter behandelt werden, der über einen Wertebereich berechnet werden kann. COMSOL bietet zwei verschiedene Algorithmen zur Berechnung eines Parameterbereichs: parametrischer Sweep und parametrischer Löser. Die Benutzeroberfläche für diese Algorithmen wurde verbessert, und der parametrische Löser wurde mit zusätzlichen Optionen ausgestattet.

  • Schnittstelle für parametrischen Sweep: Diese Funktionalität kann mit fast jedem Studienschritt (Stationär, Zeitabhängig, Eigenwert) sowie mit einer Lösersequenz mit mehreren Studienschritten kombiniert werden. Mit einem parametrischen Sweep können alle globalen Parameter im Modell berechnet werden, auch Parameter, die sich auf Geometrie und Netz auswirken. Diese Schnittstelle ist geeignet, mit verschiedenen Abmessungen zu experimentieren, eine Netzverfeinerungsstudie auszuführen, verschiedene Belastungszustände zu berechnen und eine Vielzahl weiterer Berechnungen auszuführen.

  • Schnittstelle für parametrischen Löser: Mit dieser Funktionalität können stationäre Analysen durchgeführt werden. Mit dem parametrischen Löser kann ein Sweep nur für globale Parameter ausgeführt werden, die Belastungen, Randbedingungen und Materialeigenschaften bestimmen. Der parametrische Löser unterstützt keine Abmessungs- und Netzänderungen, verfügt jedoch über Funktionen zur Berechnung nichtlinearer Probleme. Bei der Lösung eines nichtlinearen stationären Problems wird durch die Auswahl der Anfangsbedingung wesentlich bestimmt, wie schnell eine Konvergenz erzielt wird und ob überhaupt eine Lösung gefunden wird. Der parametrische Löser verwendet standardmäßig die vorherigen Lösungen als Anfangsbedingungen für den nächsten Schritt der stationären Lösung. Wenn der Löser für den angegebenen Wert im Parameterbereich keine Lösung findet, wird er zurückgesetzt und die Berechnung wird mit einem kleineren Schritt im angegebenen Parameterbereich ausgeführt. Dieser Algorithmus arbeitet mit der Fortsetzungsmethode, und über die Benutzeroberfläche können Sie steuern, wie der Parameterbereich durchlaufen wird. Nun kann zwischen einem tangentialen und konstanten Prädiktor gewählt werden. Wenn der Löser keine Lösung für einen angeforderten Parameterschritt findet, wird er beendet, oder er fährt mit dem nächsten angeforderten Parameterwert fort.

Die Schnittstellen für den parametrischen Sweep und den parametrischen Löser können nun in einer einzelnen Studie kombiniert werden. Der Algorithmus des parametrischen Löser ist dem Algorithmus für parametrische Sweeps überlegen, sodass automatisch der Löser verwendet wird, sofern möglich, auch wenn Sie mit der Schnittstelle für parametrische Sweeps arbeiten. Die Schnittstelle für parametrische Sweeps kann auch in einem Clustersystem verwendet werden, um die Rechenlast zu verteilen. Dazu ist eine entsprechende Netzwerklizenz erforderlich.

  • Die Einstellungen für einen allgemeinen parametrischen Sweep über eine geometrische Größe. Die Einstellungen für einen allgemeinen parametrischen Sweep über eine geometrische Größe.

Die Einstellungen für einen allgemeinen parametrischen Sweep über eine geometrische Größe.

Zeiteinheiten in Studien und Ergebnissen

Sie können nun die Einheit für die Zeitvariable (t) in einer Studie ändern. Nach einer Änderung werden die Ergebnisse entsprechend aktualisiert, und die neue Einheit wird als Standardeinstellung verwendet. Die Einstellung für die Zeiteinheit befindet sich ganz oben in einer zeitabhängigen Studie.

Diese Einstellung bestimmt die Einheit für Eingaben bei Studie und Löser. Im obigen Beispiel wird die Eingabe im Bearbeitungsfeld „Times:“ als Stunden (h) interpretiert. Der Löser arbeitet intern mit der Einheit Sekunden (s) für die Zeitvariable.

Die Standardeinstellung für die Zeiteinheit für Plots entspricht der für die Studie eingestellten Einheit.

Modellierungswerkzeuge

Masseneigenschaften

Unter den Komponentendefinitionen ist nun eine Option für die Masseneigenschaften vorhanden. Nach dem Treffen einer Auswahl und dem Festlegen eines Dichteausdrucks werden automatisch Variablen für Volumen, Masse, Massenmittelpunkt und Trägheitsmomente berechnet. Nach Eingabe von „material.rho“ in das Feld für den Dichteausdruck werden die Dichtewerte aus dem Materialknoten eingelesen.

  • Die Einstellungen für Masseneigenschaften. Die Einstellungen für Masseneigenschaften.

Die Einstellungen für Masseneigenschaften.

Summenbildungsoperator

Ein neuer Summenbildungsoperator vereinfacht die Berechnung der Summe eines indizierten Ausdrucks. Die Syntax lautet: „sum(expr,k,a,b)“. Die Summe von „expr“ wird berechnet, indem der ganzzahlige Index „k“ von „a“ bis „b“ läuft.

  • Sägezahnschwingung, die mithilfe des neuen Summenbildungsoperators aus einer Fourierreihe mit 10000 Ausdrücken gebildet wurde. Sägezahnschwingung, die mithilfe des neuen Summenbildungsoperators aus einer Fourierreihe mit 10000 Ausdrücken gebildet wurde.

Sägezahnschwingung, die mithilfe des neuen Summenbildungsoperators aus einer Fourierreihe mit 10000 Ausdrücken gebildet wurde.

Neue und schnellere Client/Server Architektur

Version 4.4 verfügt über eine komplett neue Client/Server-Architektur, die den Kommunikationsaufwand zwischen dem COMSOL Client und dem COMSOL Server minimiert. Dies führt zu einer deutlich besseren Leistung, insbesondere wenn der COMSOL Client (in der Regel der COMSOL Desktop) und der COMSOl Server auf verschiedeneen Computern ausgeführt werden. Auch die Verbindungen mit dem LiveLink für MATLAB und dem LiveLink für Excel werden dadurch verbessert.

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Allgemeine Neuerungen für Fluidströmungen

Permeabilitätstensor für die Brinkman-Gleichungen

Für Strömungen in porösen Medien erweitern die Brinkman-Gleichungen das bekannte Darcy-Gesetz. In Version 4.4 wird nun ein Tensor für die anisotrope Permeabilität unterstützt. Unterschiedliche Bereiche können unterschiedliche anisotrope Materialien haben und die Tensorkomponenten können sogar räumlich unterschiedlich sein. Diese Funktionalität ist in den folgenden Produkten verfügbar:

  • Batteries and Fuel Cells Module
  • CFD Module
  • Chemical Reaction Engineering Module
  • Corrosion Module
  • Electrochemistry Module
  • Electrodeposition Module
  • Microfluidics Module
  • Subsurface Flow Module

Punkt- und Linienmassenquellen für Fluidströmungen und Massentransporte

Mit einer Punktquelle kann eine Quelle simuliert werden, die in einem sehr kleinen Volumen verteilt ist. Während eine Punktquelle auf Punkte angewendet werden kann, die sich in einem 3D-Modell oder auf der Symmetrieachse eines achsensymmetrischen Modells befinden, wird ihre tatsächliche Auswirkung durchgängig auf die unmittelbare Umgebung des Punkts verteilt. Die Ausdehnung der Verteilung hängt vom Netz und der Stärke der Quelle ab – ein feineres Netz hat zur Folge, dass die Quelle in einem kleineren Bereich verteilt wird, aber führt zu einem größeren Druck. Eine Linienquelle in einem 3D-Modell oder in einem achsensymmetrischen 2D-Modell entspricht einer Quelle, die von einem Rohr mit sehr kleinem Querschnitt ausgeht. Eine Linienquelle kann einer Linie in einem 3D-Modell, der Symmetrieachse in einem achsensymmetrischen 2D-Modell oder Punkten in 2D-Modellen hinzugefügt werden, für die die Linienquelle dem Querschnitt des Rohres mit einem sehr kleinen Bereich entspricht.

Punkt- und Linienmassenquellen für Fluidströmungen werden als Beiträge zur Kontinuitätsgleichung einbezogen. Diese Funktionalität wurde den folgenden Physikinterfaces für Fluidströmungen hinzugefügt:

  • Einphasenströmung
  • Brinkman-Gleichungen
  • Strömung, frei und durch poröse Medien
  • Reaktive Strömung in porösen Medien, verdünnte Spezies (erfordert das Batteries & Fuel Cells Module, das CFD Module oder das Chemical Reaction Engineering Module)
  • Zweiphasenströmung (erfordert das CFD Module oder das Microfluidics Module)
  • Rotierende Maschine, Fluidströmung (erfordert das CFD Module oder das Mixer Module)
  • Fluid-Struktur-Wechselwirkung (erfordert das Structural Mechanics Module oder das MEMS Module)
  • Zweiphasenströmung, Bewegtes Netz (erfordert das Microfluidics Module)

Punkt- und Linienmassenquellen für den Massentransport werden als Beiträge zu den Massentransportgleichungen in Form von Konzentrationswerten einbezogen. Diese Funktionalität wurde den folgenden Physikinterfaces für den Massentransport hinzugefügt:

  • Transport, verdünnte Spezies
  • Nernst-Planck Gleichungen (erfordert das Chemical Reaction Engineering Module)
  • Transport gelöster Stoffe (erfordert das Subsurface Flow Module)
  • Speziestransport in porösen Medien
  • Reaktive Strömung in porösen Medien, Verdünnte Spezies
  • Tertiäre Stromverteilung, Nernst-Planck (erfordert eines der folgenden Module: Batteries & Fuel Cells, Electrochemistry, Electrodeposition oder Corrosion)
  • Korrosion, Tertiäre Nernst-Planck (erfordert eines der folgenden Module: Batteries & Fuel Cells, Electrochemistry, Electrodeposition oder Corrosion)
  • Elektrolytische Abscheidung, Tertiäre Nernst-Planck (erfordert eines der folgenden Module: Batteries & Fuel Cells, Electrochemistry, Electrodeposition oder Corrosion Module)

Diese neuen Funktionen sind nicht nur im CFD Module, sondern auch in verschiedenen anderen Modulen verfügbar:

  • Batteries and Fuel Cells Module
  • Mixer Module
  • Chemical Reaction Engineering Module
  • Corrosion Module
  • Electrochemistry Module
  • Electrodeposition Module
  • Microfluidics Module
  • Pipe Flow Module
  • Subsurface Flow Module

Widerstandsmodell für nicht kugelförmige Partikel

Zusätzlich zu den bisher verfügbaren Widerstandsmodellen Schiller-Naumann, Hadamard-Rybczynski und Gidaspow gibt es jetzt das neue Haider-Levenspiel-Widerstandsmodell für nicht kugelförmige Partikel. Dieses neue Widerstandsmodell ist für die folgenden Physikinterfaces verfügbar:

  • Mischungsmodell (erfordert das CFD Module)
  • Euler-Euler Modell (erfordert das CFD Module)
  • Partikeltrajektorien für Fluidströmung (erfordert das Particle Tracing Module)

Die Einstellungen sind für jedes Physikinterface etwas unterschiedlich. Die folgende Abbildung zeigt das Fenster mit den Einstellungen im Euler-Euler Modell. Für das Modell ist die Sphärizität erforderlich, die ein Maß dafür ist, wie kugelförmig ein Partikel ist. Für ein kugelförmiges Partikel gilt , wogegen für nicht kugelförmige Partikel gilt. Nicht kugelförmige Partikel führen im Vergleich zu kugelförmigen Partikeln in der Regel zu höheren Widerständen.

Fluidströmung um die Rohre eines Rohrbündelwärmeübertragers.

Neue Auslass-Randbedingung

Die Auslass-Randbedingung für Fluidströmung wurde hinsichtlich einer verbesserten Massenerhaltung sowie einer schnelleren und stabileren Konvergenz überarbeitet. Die neue Auslassfunktion hat nur eine Option für den Druck, die der Option für die Normalspannung in früheren Versionen entspricht. Die folgende Abbildung zeigt das Fenster mit den Einstellungen für die neue Druck-Option. Zusätzlich zum Bearbeitungsfeld für den Druck, p0, gibt es zwei neue Kontrollkästchen: Normaler Fluss und Rückströmung unterdrücken.

  • Normaler Fluss setzt die Tangentialgeschwindigkeit auf 0 am Auslass. Dies kann angenommen werden, wenn der Auslass zu einem geraden Rohr oder Kanal gehört. Diese Einstellung wird aber nicht standardmäßig ausgewählt, weil die Strömung vor dem Auslass gestört sein kann, wodurch sich die Lösung möglicherweise erheblich ändert.
  • Rückströmung unterdrücken verringert die Tendenz einer Strömung, von außen in den Bereich einzudringen. Diese Option verhindert den Rückfluss nicht vollständig und für den Fall, dass Rückfluss auftritt, verringert sie lokal den angegebenen Druck. Ein Steuern des Rückflusses ist wichtig, wenn eine Fluidströmung mit anderen Transportgleichungen kombiniert wird, etwa Massen- und Wärmetransport. Wenn sich die Strömung umkehrt, ist die Auslass-Randbedingung für die Transportgleichungen nicht mehr gültig. Dies kann zu Konvergenzproblemen oder nicht physikalischen Lösungen führen. Daher ist die Option Rückströmung unterdrücken standardmäßig ausgewählt.

Die Auslassfunktion wurde für die neue Version in den folgenden Physikinterfaces überarbeitet:

  • Einphasenströmung
  • Brinkman-Gleichungen
  • Strömung, frei und durch porösen Medien
  • Zweiphasenströmung
    • Level-Set
    • Phasenfeld
  • Nicht-isotherme Strömung und Konjugierter Wärmetransport
  • Reaktive Strömung
  • Reaktive Strömung in porösen Medien
    • Verdünnte Spezies
    • Konzentrierte Spezies
  • Rotierende Maschine
    • Einphasenströmung
    • Nicht isotherme Strömung (erfordert das Mixer Module)
    • Reaktive Strömung (erfordert das Mixer Module)
  • Zweiphasenströmung, Bewegtes Netz (erfordert das Microfluidics Module)
  • Gleitströmung (erfordert das Microfluidics Module)
  • Fluid-Struktur-Wechselwirkung (erfordert das Structural Mechanics Module oder das MEMS Module)

Die Änderung gilt für laminare Strömungen, Stokes-Strömungen und turbulente Strömungen, falls anwendbar. Die Auslass-Randbedingung aus früheren Versionen ist weiterhin vorhanden, wurde aber aus dem Physik-Kontextmenü entfernt. Modelle, die in einer früheren Version erstellt wurden, behalten die alte Auslassfunktion, werden aber auf die neue Funktionalität aktualisiert, wenn ein neuer Auslass hinzugefügt wird.

CFD Module

Wandrauheit für turbulente Strömung

Für das Modellieren der Oberflächenrauheit von Wänden in turbulenten Strömungen sind jetzt zwei Rauheitsmodelle verfügbar: Sandrauheit und Generische Rauheit. Die Wandrauheitsfunktion ändert die Funktionen für turbulente Strömungen an Wänden und ist für das k-Epsilon- und das k-Omega-Turbulenzmodell im CFD Module verfügbar. Das Sandrauheitsmodell wird häufig in technischen Anwendungen eingesetzt und führt einen einzelnen Parameter für die äquivalente Rautiefe des Sands ein. Das Modell Generische Rauheit ist allgemeiner und bietet zusätzlich zur Rautiefe einen Rauheitsparameter, mit dem andere Rauheitstypen modelliert werden können. Der Standardwert für den Rauheitsparameter ist mit dem für die Sandrauheit identisch.

Wandfunktionen für raue Wände wurden für die folgenden Physikinterfaces implementiert:

  • Einphasenströmung
    • Turbulente Strömung, k-Epsilon
    • Turbulente Strömung, k-Omega
  • Einphasenströmung, Rotierende Maschine
    • Turbulente Strömung, k-Epsilon
    • Turbulente Strömung, k-Omega
  • Blasenströmung, Turbulente Blasenströmung
  • Mischungsmodell, Turbulente Strömung
  • Turbulente Zweiphasenströmung, Level-Set
  • Turbulente Zweiphasenströmung, Phasenfeld
  • Fluid-Struktur-Wechselwirkung mit ausgewähltem Turbulenzmodell

Mixer Module

Modellieren von rotierenden Maschinen mit Fluidströmungen

COMSOL hat das Mixer Module eingeführt, das ein Zusatz für das CFD Module ist und Ihnen das Analysieren von Mischern und Rührkesseln ermöglicht. Dieses Produkt bietet zwei Mischeranwendungen, die speziell für die Modellierung von Standardmischer mit Flachboden oder gewölbten Boden mit verschiedenen Impellertypen vorgesehen sind. Das Mixer Module eignet sich ideal zum Simulieren von Mischer- und Impellerkonstruktionen sowie der Konzentrations-, Geschwindigkeits- und Temperaturprofile in Mischern für eine Vielzahl von Industrieprozessen, etwa die Herstellung von pharmazeutischen Produkten, Lebensmitteln oder Verbrauchsgütern. Das Modul stellt außerdem Ergebnisse zu einigen Kennzahlen speziell für Mischvorgänge bereit, beispielsweise Mischeffizienz, Leistungsaufnahme und Impeller-Pumpennummer.

  • Mit dem neuen Mixer Module können Sie Mischer und Rührkessel für laminare, turbulente, nicht-isotherme und nicht-Newtonsche Strömungen mit oder ohne Berücksichtigung von freien Oberflächen modellieren. Mit dem neuen Mixer Module können Sie Mischer und Rührkessel für laminare, turbulente, nicht-isotherme und nicht-Newtonsche Strömungen mit oder ohne Berücksichtigung von freien Oberflächen modellieren.

Mit dem neuen Mixer Module können Sie Mischer und Rührkessel für laminare, turbulente, nicht-isotherme und nicht-Newtonsche Strömungen mit oder ohne Berücksichtigung von freien Oberflächen modellieren.

Die Frozen-Rotor-Funktion

Das Mixer Module beinhaltet eine Frozen-Rotor-Funktion, mit der Sie Rechenzeit und -ressourcen einsparen können. Die Funktion simuliert rotierende Strömungen, indem die Topologie des Systems als eingefroren modelliert wird. Zu diesem Zweck werden den sich drehenden Bereichen Zentrifugal- und Coriolis-Kräfte hinzugefügt, und die stationären Navier-Stokes-Gleichungen werden gelöst. Mit dieser Funktion werden hinreichend genaue Lösungen für Mischer erzielt, die keine Ablenkbleche, Rohre oder sonstigen geometrischen Elemente haben, deren Positionen in Bezug auf die rotierenden Maschinenteile modelliert werden müssen. Mithilfe dieser Funktion lassen sich auch die Rechenressourcen verringern, die zur Lösung eines vollständig zeitabhängigen Rotationssystems erforderlich sind. Eine mit dem Frozen-Rotor-Ansatz erzielte Lösung kann auch als erste Schätzung für die zeitabhängige Lösung verwendet werden. Dabei wird die volle Drehung des Rotors simuliert, sodass viel schneller ein pseudostabiler Zustand erreicht wird, als wenn Sie mit einem stationären Fluid begonnen hätten.

  • Die Frozen-Rotor-Funktion verkürzt die Rechenzeit, die zum Modellieren eines Mischers erforderlich ist, wie in diesem Beispiel der Simulation zum Mischen eines nicht-Newtonschen Fluids. Die Frozen-Rotor-Funktion verkürzt die Rechenzeit, die zum Modellieren eines Mischers erforderlich ist, wie in diesem Beispiel der Simulation zum Mischen eines nicht-Newtonschen Fluids.

Die Frozen-Rotor-Funktion verkürzt die Rechenzeit, die zum Modellieren eines Mischers erforderlich ist, wie in diesem Beispiel der Simulation zum Mischen eines nicht-Newtonschen Fluids.

Physikinterfaces für das Mixer Module

In Simulationen, die mit dem Mixer Module ausgeführt werden, können die Technologie der gleitenden Netze zwischen einem Gebiet, das den Impeller beinhaltet, und dem umgebenden Gebiet, welches bis zur Wand geht, verwendet werden. Im Mixer Module sind Physikinterfaces verfügbar, mit denen laminare und turbulente Strömungen, Strömungen von inkompressiblen und schwach kompressiblen Fluiden sowie nicht-Newtonsche Strömungen simuliert werden können. Die Interfaces für Rotierende Maschinen, Turbulente Strömungen unterstützen das k-Epsilon-Modell, das k-Omega-Modell und das k-Epsilon-Modell mit niedriger Reynolds-Zahl. Sie können das k-Epsilon-Modell für standardmäßige turbulente Strömungen in Mischern verwenden, da es einen guten Kompromiss zwischen Genauigkeit und benötigten Rechenressourcen bietet. Das k-Epsilon-Modell mit niedriger Reynolds-Zahl ist genauer, aber rechenintensiver. Ähnliches gilt für das k-Omega-Modell, das ebenfalls genauere Ergebnisse liefert, aber nicht so robust ist wie das k-Epsilon-Modell.

Das Mixer Module enthält außerdem Multiphysikinterfaces für eine Reihe von gekoppelten Phänomenen. Dazu gehören nicht-isotherme Strömungen, in denen Temperaturgradienten die Impulsgleichungen sowohl für laminare als auch für turbulente Strömungen beeinflussen. Das Mixer Module umfasst zusätzlich eine Physikinterface für reaktive Strömungen, in denen sich Unterschiede in Zusammensetzung und Dichte, die durch chemische Reaktionen verursacht werden, auch auf die Strömungsfelder in Kesseln auswirken, die rotierende Maschinenteile enthalten.

  • Nicht-isotherme Strömungen in einem Mischer werden auch durch die Erwärmung beeinflusst, die aus den Rohren im Mischer stammt, sowie durch die Kühleffekte, die sich aus den Wärmeverlusten durch die Wände ergeben. Nicht-isotherme Strömungen in einem Mischer werden auch durch die Erwärmung beeinflusst, die aus den Rohren im Mischer stammt, sowie durch die Kühleffekte, die sich aus den Wärmeverlusten durch die Wände ergeben.

Nicht-isotherme Strömungen in einem Mischer werden auch durch die Erwärmung beeinflusst, die aus den Rohren im Mischer stammt, sowie durch die Kühleffekte, die sich aus den Wärmeverlusten durch die Wände ergeben.

Berücksichtigen von freien Oberflächen in Mischern

Im Mixer Module wird die Technologie der gleitenden Netze verwendet, um freie Oberflächen zu simulieren. In einem ausgewählten Gebiet kann die Fluid-Fluid-Festkörper-Grenzfläche frei entlang der Wände und Rotorflächen nach oben und unten verschoben werden. Sie können Kontaktwinkel zwischen den Wänden und Fluiden sowie Oberflächenspannungskräfte in einer speziellen Randbedingung angeben. Eine Bibliothek mit Oberflächenspannungskoeffizienten für eine Vielzahl von Flüssigkeiten vereinfacht die Angabe der Fluid-Fluid-Grenzfläche zwischen dem Fluid, das gemischt wird, und der Atmosphäre über dem Fluid. Hierzu gehören Oberflächenspannungskoeffizienten, die zwischen Wasser und einer Reihe von Fluiden, etwa Benzol, Hexan und Olivenöl, sowie zwischen Luft und einigen Fluiden wie Wasser, Aceton und Ethanol gelten.

Microfluidics Module

Neues Modell: Optimierung der Dispersion im Mikrokanal

Der Modellbibliothek wurde ein neues Beispiel hinzugefügt, das die Form eines gekrümmten Mikrokanals optimiert, um die Leistung eines Detektors für chemische Spezies zu verbessern, die dieser hinter der Krümmung erzielt. Die Form des Kanals ist durch einige Bezier-Kurven definiert, die von fünf Optimierungsparametern abhängen. Das Modell berechnet dann die Werte dieser Parameter, um den Unterschied zwischen den Zeiten zu minimieren, die das Fluid für das Erreichen des Detektors benötigt, wenn es an der Innen- und Außenwand des gekrümmten Kanals entlang strömt. In dem Modell wird der neue gradientenfreie Optimierungs-Solver verwendet: BOBYQA (Bound Optimization BY Quadratic Approximation), ein gradientenfreier Optimierungs-Solver gemäß Trust-Region-Verfahren, der von Professor M.J.D Powell (Cambridge) entwickelt wurde.

  • Ein neutrales Speziesband nähert sich, angetrieben durch elektroosmotischen Fluss, einer Krümmung in einem Mikrokanal (oben). Ist die Form des Kanals nicht optimiert, läuft das Band auseinander, während es sich durch den gekrümmten Abschnitt bewegt (Mitte). Wird das Optimization Module verwendet, erhält das Modell eine optimierte Geometrie, wodurch das Band intakt bleiben kann (unten). Ein neutrales Speziesband nähert sich, angetrieben durch elektroosmotischen Fluss, einer Krümmung in einem Mikrokanal (oben). Ist die Form des Kanals nicht optimiert, läuft das Band auseinander, während es sich durch den gekrümmten Abschnitt bewegt (Mitte). Wird das Optimization Module verwendet, erhält das Modell eine optimierte Geometrie, wodurch das Band intakt bleiben kann (unten).

Ein neutrales Speziesband nähert sich, angetrieben durch elektroosmotischen Fluss, einer Krümmung in einem Mikrokanal (oben). Ist die Form des Kanals nicht optimiert, läuft das Band auseinander, während es sich durch den gekrümmten Abschnitt bewegt (Mitte). Wird das Optimization Module verwendet, erhält das Modell eine optimierte Geometrie, wodurch das Band intakt bleiben kann (unten).

Molecular Flow Module

Neues Modell: Monte Carlo-Rekonstruktion der Anzahldichte

Mit dem Particle Tracing Module kann nun ein partikelbasierter Ansatz verwendet werden, um Molekularströmungen zu modellieren. Es wurde ein neues Beispielmodell hinzugefügt, in dem die berechnete Anzahldichte in einer S-förmigen Geometrie mit einem partikelbasierten Ansatz und dem Interface für freie Molekularströmungen verglichen wird. Während die Ergebnisse weitgehend übereinstimmen, bedingt der partikelbasierte Ansatz statistisches Rauschen, und die Lösung dauert über 100 Mal länger. Dies verdeutlicht den Vorteil der Winkelkoeffizientenmethode im Molecular Flow Module gegenüber dem Monte Carlo-basierten Ansatz.

  • Berechnete Anzahldichte (1/m3) in einer S-förmigen Geometrie. Die Farbskala ist für beide Plots identisch. Der obere Plot wurde mit dem partikelbasierten Ansatz erzeugt, der untere Plot mit dem Interface für freie Molekularströmungen. Berechnete Anzahldichte (1/m3) in einer S-förmigen Geometrie. Die Farbskala ist für beide Plots identisch. Der obere Plot wurde mit dem partikelbasierten Ansatz erzeugt, der untere Plot mit dem Interface für freie Molekularströmungen.

Berechnete Anzahldichte (1/m3) in einer S-förmigen Geometrie. Die Farbskala ist für beide Plots identisch. Der obere Plot wurde mit dem partikelbasierten Ansatz erzeugt, der untere Plot mit dem Interface für freie Molekularströmungen.

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Heat Transfer Module

Neue Methoden für Strahlung in teiltransparenten Medien

Zwei neue, schnelle und speichereffiziente Methoden stehen für die Strahlung in teiltransparenten Medien zur Verfügung:

  • Rosseland-Annäherung
  • P1-Annäherung

Dabei handelt es sich um Approximationsverfahren, die grundsätzlich nicht so präzise oder so allgemein gehalten sind wie die Diskrete-Ordinaten-Methode, die schon in früheren Versionen der Software enthalten ist. Anwendungen zur Simulation von Strahlungen in teitransparenten Medien lassen sich damit aber erheblich schneller untersuchen. Die Rosseland-Annäherung ist nur über die vollständigen Interfaces „Wärmetransport in Feststoffen“ und „Wärmetransport in Fluiden“ verfügbar, jedoch nicht über das Interface, das nur für die Strahlung in teiltransparenten Medien vorgesehen ist. Beide Methoden sind auch für achsensymmetrische 2D-Geometrien verfügbar. Beispielsweise dauert die Berechnung des Modells „Wärmetransport durch Strahlung in finiten zylindrischen Medien“ mit der P1-Approximationsmethode nur ein paar Minuten. Im Gegensatz dazu nimmt die Lösung mit der Diskrete-Ordinaten-Methode über zwei Stunden Zeit in Anspruch.

  • Die neuen Methoden für Strahlung in teiltransparenten Medien. Die neuen Methoden für Strahlung in teiltransparenten Medien.

Die neuen Methoden für Strahlung in teiltransparenten Medien.

Der Multiphysik-Knoten für den thermoelektrischen Effekt

Materialien, die den thermoelektrischem Effekt aufweisen, können Temperaturunterschiede in elektrische Spannungen umwandeln. Alternativ führt das Anlegen einer Spannung an diese Materialien zu einem Tempergradient im Material. Bauteile, die aus solchen Materialien hergestellt werden, werden häufig als thermoelektrische Kühlmittel für die Elektronikkühlung oder für tragbare Kühlaggregate eingesetzt. Mittlerweile gewinnen aber auch thermoelektrische Energy Harvesting Bauteile an Beliebtheit.

Während die Joulesche Erwärmung (Widerstandserwärmung) ein irreversibles Phänomen ist, lässt sich der thermoelektrische Effekt prinzipiell wieder rückgängig machen. Historisch gesehen, ist der thermoelektrische Effekt unter drei verschiedenen Bezeichnungen bekannt, die auf die Entdeckungen der Seebeck, Peltier und Thomson Experimenten zurückgehen. Der Seebeck-Effekt ist die Umwandlung von Temperaturunterschieden in Elektrizität, der Peltier-Effekt ist die Umwandlung elektrischer Energie in Temperaturunterschiede und der Thomson-Effekt beruht auf Wärme, die vom Produkt aus Stromdichte und Temperaturgradienten erzeugt wird. Diese drei Effekte hängen thermodynamisch zusammen.

Das neue Multiphysik-Interface für den thermoelektrischen Effekt steht im Heat Transfer Module zur Verfügung und ist eine Kombination aus den Physikinterfaces „Elektrische Ströme“ und „Wärmetransport in Feststoffen“. Durch Auswahl der Interfaces im Modellassistenten wird ein spezieller Multiphysik-Knoten im Model Builder hinzugefügt, über den Sie die Kopplungen zwischen den einzelnen physikalischen Phänomenen steuern können. Sie können aber auch mit einem einzelnen Physikinterface wie z. B. „Elektrische Ströme“ beginnen und später das Interface „Wärmetransport in Feststoffen“ hinzufügen. Dadurch wird auch der Multiphysik-Knoten automatisch hinzugefügt. Wie alle Interfaces innerhalb von COMSOL lässt sich das Multiphysik-Interface für den thermoelektrischen Effekt mit beliebigen anderen Physikinterfaces koppeln, beispielsweise mit dem Interface für die Festkörpermechanik. Zwei thermoelektrische Stoffe wurden der Materialbibliothek hinzugefügt: Bismuttellurid und Bleitellurid.

Thermoelektrischer Draht

Der thermoelektrische Draht stellt eine Peltier-Kühlung dar. Es handelt sich um ein Prüfmodell, das zeigt, wie das neue Multiphysik-Interface für den thermoelektrischen Effekt eingesetzt wird. Dabei werden Ergebnisse aus der Literatur reproduziert.

  • Das Temperaturfeld veranschaulicht die Kühlwirkung aufgrund der thermoelektrischen Effekte im Bauteil. Das Temperaturfeld veranschaulicht die Kühlwirkung aufgrund der thermoelektrischen Effekte im Bauteil.

Das Temperaturfeld veranschaulicht die Kühlwirkung aufgrund der thermoelektrischen Effekte im Bauteil.

Neue Methoden und Variablen für Wärme- und Energiegleichgewichte

Die mathematischen Formeln für die Berechnung des Wärmetransports wurden verbessert. Das hat zu überarbeiteten Variablen für Wärme- und Energiegleichgewichte geführt. Darüber hinaus können Randwärmeflüsse nun mit größerer Genauigkeit berechnet werden.

Variablen für Randwärmeflüsse

Bei Randflüsse liefern die folgenden Variablen nun den exakten Wert für Strömungen, sofern verfügbar:

  • ndflux: Normaler leitender Wärmefluss

  • nteflux: Normaler gesamter Energiefluss

  • ntflux: Normaler gesamter Wärmefluss

Diese Randflüsse-Variablen sind in allen Physikinterfaces für die Wärmeübertragung verfügbar und in allen Multiphysik-Interfaces, in denen die Wärmeübertragung enthalten ist. Die neue Methode ist standardmäßig aktiviert, kann aber über das Kontrollkästchen „Randflüsse berechnen“ unter „Diskretisierung“ in den Physikinterfaces für die Wärmübertragung deaktiviert werden. Der Bereich „Diskretisierung“ kann über das Menü „Zeigen“ der Model Baum-Symbolleiste eingeblendet werden. Wenn das Kontrollkästchen nicht aktiviert ist, werden die Randflüsse durch Extrapolation von Werten der angrenzenden finiten Elemente berechnet. Dies war die in COMSOL 4.3b und den Vorgängerversionen verwendete Methode.

Globale Variablen für Wärme- und Energiegleichgewichte

Energiegleichgewichte lassen sich mithilfe neuer globaler Variablen jetzt einfacher und schneller überprüfen. Durch die Bewertung dieser skalaren Größen erübrigt es sich, alle Beiträge zum Energiegleichgewicht aus den verschiedenen Bereichen, Übergängen, Kanten und Punkten zu integrieren.

Die folgenden globalen Variablen wurden den Interfaces „Wärmetransport in Feststoffen“, „Wärmetransport in Fluiden“, „Wärmetransport in porösen Medien“, „Wärmetransport mit Phasenübergang“ und „Biowärmetransport“ hinzugefügt:

  • dEiInt: Akkumulierte Gesamtheizleistung

  • dEi0Int: Akkumulierte Gesamtenergieleistung

  • ntfluxInt: Gesamtheizleistung

  • ntefluxInt: Gesamtenergieleistung

  • QInt: Gesamte Wärmequelle

  • WInt: Gesamte Arbeitsquelle

  • WnsInt: Gesamte Fluidverluste

Die folgenden globalen Variablen wurden in viele Randbedingungen für die Wärmeübertragung aufgenommen:

  • Tave: Gewichtete Mittelwerttemperatur

  • ntfluxInt: Gesamtheizleistung

  • ntefluxInt: Gesamtenergieleistung

  • ntfluxInt_u: Gesamtheizleistung an der Oberseite

  • ntefluxInt_u: Gesamtenergieleistung an der Oberseite

  • ntfluxInt_d: Gesamtheizleistung an der Unterseite

  • ntefluxInt_d: Gesamtenergieleistung an der Unterseite

Abkühlung und Erstarren eines Metalls

Dieses Beispiel zeigt ein Stranggussverfahren mithilfe von „Wärmetransport mit Phasenwechsel“ und „Oberfläche-zu-Umgebung Strahlung“ Interfaces. Flüssiges Metall wird in eine Form mit einheitlichem Querschnitt gegossen. Von außen wird die Form gekühlt und das Metall härtet beim Durchfließen aus. Wenn das Metall aus der Form austritt, ist es von außen vollständig ausgehärtet, von innen aber immer noch flüssig. Das Metall kühlt sich weiter ab und härtet dann schließlich komplett aus. Danach kann es in mehrere Teile aufgetrennt werden. Dieses Modell berechnet nicht das Fließfeld des flüssigen Metalls. Es wird davon ausgegangen, dass die Geschwindigkeit des Metalls überall konstant ist. Der Phasenübergang vom geschmolzenen zum festen Zustand wird durch eine temperaturabhängige spezifische Wärme modelliert. Bei diesem hochgradig nichtlinearen Modell werden Verfahren zum Erzielen der Konvergenz und zur Auswahl eines geeignetes Netzes veranschaulicht.

  • Der Phasenübergang zwischen flüssigem und festem Metall in einem Stranggussverfahren. Der Phasenübergang zwischen flüssigem und festem Metall in einem Stranggussverfahren.

Der Phasenübergang zwischen flüssigem und festem Metall in einem Stranggussverfahren.

Wärmetransport in biologischem Gewebe mittels Schadensintegralanalyse

Gewebsnekrose (permanente Schädigung oder Absterben von lebenden Gewebe) setzt bei folgenden Vorgängen ein: Entweder wurde zu viel thermische Energie aufgenommen oder eine kritische Temperatur wurde überschritten (in der Regel Siedetemperatur). Diese Analyse wird in der medizinischen Behandlung und bei chirurgischen Verfahren auf Basis einer Gewebeerwärmung verwendet. Die Wärmeenergieaufnahme wird oft von sogenannten Schadensintegralen modelliert. Das Interface für biologisches Gewebe im Heat Transfer Module bietet zwei Arten von Schadensintegralen an: Temperaturschwelle und Energieaufnahme.

  • Eine Tumorentfernungssimulation, die den Anteil des nekrotischen Gewebes als Schicht-Plot darstellt. Drei verschiedene Stellen werden gegenüber der abgelaufenen Zeit gezeigt. Eine Tumorentfernungssimulation, die den Anteil des nekrotischen Gewebes als Schicht-Plot darstellt. Drei verschiedene Stellen werden gegenüber der abgelaufenen Zeit gezeigt.

Eine Tumorentfernungssimulation, die den Anteil des nekrotischen Gewebes als Schicht-Plot darstellt. Drei verschiedene Stellen werden gegenüber der abgelaufenen Zeit gezeigt.

Die Temperaturschwelle ist eine einfache, eingebaute Ungleichung, die besagt, wie lange ein Gewebe eine bestimmte Temperatur überschritten hat. Zu den benutzerdefinierten Parametern gehören die Schädigungstemperatur, die Schädigungsdauer und die Nekrosetemperatur. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass eine Gewebsnekrose durch die beiden folgenden Mechanismen zustande kommt:

  • Wenn die Gewebetemperatur eine bestimmte Schädigungstemperatur für eine bestimmte Zeitspanne überschreitet

  • Direkt nachdem die Gewebetemperatur die Nekrosetemperatur überschreitet

Bei der Energieaufnahmeform wird ein Arrhenius-Ausdruck verwendet, um die aufgenommene Energie direkt zu bewerten. Zu den benutzerdefinierten Parametern gehören der Frequenzfaktor und die Aktivierungsenergie für die Arrhenius-Integralgleichung.

Die Materialeigenschaften des geschädigten Gewebes werden verändert, um den Einfluss der Gewebeschädigung zu berücksichtigen. Die Wärmeleitfähigkeit und die effektive Wärmekapazität (Dichte multipliziert mit der Wärmekapazität) werden in Bezug auf den Volumenanteil des nekrotischen Gewebes geändert. Sechs neue allgemeine Biomaterialien sind in der Materialbibliothek enthalten, die mit dem Heat Transfer Module zur Verfügung steht: Knochen, Fett, Leber, Muskeln, Prostata und Haut.

Das neue Physikinterface für die Wärmeübertragung in biologischem Gewebe mittels Schadensintegralanalyse steht sowohl für den Wärmetransport in Feststoffen als auch für jede Multiphysik-Kombination zur Verfügung, wie z. B.:

  • Joulesche Erwärmung

  • Induktive Erwärmung

  • Mikrowellenerwärmung

  • Lasererwärmung

  • Thermische Spannungen

  • Joulesche Erwärmung und thermische Ausdehnung

  • Thermoelektrischer Effekt

Die Modelle für die Mikrowellen-Krebsbehandlung und Tumorentfernung, die in der Modellbibliothek im Heat Transfer Module verfügbar sind, wurden mit der neuen Schadensintegralanalyse aktualisiert.

Linien- und Punktwärmequellen auf Symmetrieachsen

Bei achsensymmetrischen 2D-Modellen können Sie jetzt Linien- und Punktwärmequellen auf der Symmetrieachse definieren. Die bisherige Punktwärmequelle wurde durch eine Linienwärmequelle ersetzt, die an Punkten gilt und bietet nun die Option „Gesamtleistung auf Linie“. Die Option „Linienwärmequelle auf Axis“ für die Linienwärmequelle auf einer Achse ist nur auf die Symmetrieachse anwendbar. Das Feature „Linienwärmequelle“ ist auf Punkte anwendbar und stellt eine Linie dar, die sich um die Symmetrieachse dreht. Es ist nicht auf die Symmetrieachse anwendbar. Bei der Option „Punktwärmequelle auf Achse“ für die Punktwärmequelle auf einer Achse handelt es sich um eine Punktquelle, die nur auf Punkte auf der Symmetrieachse anwendbar ist. In 2D wurde „Punktwärmequelle“ durch eine, auf Punkten applizierbare, „Linienwärmequelle“ ersetzt. Dadurch steht nun die Option „Gesamtleistung auf Linie“ zur Verfügung. Diese Option fügt ausgewählten Punkten eine Dicke zu und interpretiert sie als Linien, die aus der Zeichenebene herausragen.

Wärmetransport in porösen Medien

Koordinatensysteme für anisotrope poröse Medien

In dem „Wärmetransport in porösen Medien“-Interface kann nun unter dem Definitionen-Knoten ein beliebiges Koordinatensystem gewählt werden. Dies ist praktisch, um die Wärmeübertragung in anisotropen Materialien zu definieren, bei denen sich die Wärmeleitfähigkeit mit der jeweiligen Richtung ändert.

Um nicht mehrere „Wärmetransport in porösen Medien“-Knoten im Modell erzeugen zu müssen, können Sie die Eigenschaften nun bequem über die Materialauswahl steuern. Dazu definieren Sie die porösen Materialien und weisen anschließend einem Gebiet Fluideigenschaften zu.

Randbedingungen für Lüfter, Innenlüfter, Gitter, Siebe und Vakuumpumpen

Die Randbedingungen für Lüfter, Innenlüfter, Gitter, Siebe und Vakuumpumpen stehen nun im CFD Module und im Heat Transfer Module zur Verfügung.

Neue Modelle für die thermischen Eigenschaften von Fenstern nach der Norm ISO 1077-2:22012

Diese Benchmarks reproduzieren die zehn Prüffälle aus der ISO-Norm 10077-2:2012 bezogen auf das thermische Verhalten von Fenstern. Das thermische Verhalten wird unter der Berücksichtigung der Wärmeleitung und -transport in Jalousie untersucht. Das Ergebnis wird mit den veröffentlichten Daten validiert.

  • Der Temperaturplot eines thermischen Benchmarkmodells. Das Ergebnis wird mit veröffentlichten Daten verglichen. Der Temperaturplot eines thermischen Benchmarkmodells. Das Ergebnis wird mit veröffentlichten Daten verglichen.

Der Temperaturplot eines thermischen Benchmarkmodells. Das Ergebnis wird mit veröffentlichten Daten verglichen.

Kühlkörper aus gestapelten Platten

Dieses Modell veranschaulicht die Kühlwirkung eines Kühlkörpers aus gestapelten Platten auf ein elektronisches Bauteil. Der Kühlkörper besteht aus mehreren dünnen Aluminiumplatten, die um eine hohle Mittelsäule herum übereinander gestapelt sind. Dieser Aufbau ermöglicht die Kühlung großflächiger Aluminiumfächer durch Luft bei Umgebungstemperatur.

  • Temperaturvisualisierung eines Kühlkörpers aus gestapelten Platten. Temperaturvisualisierung eines Kühlkörpers aus gestapelten Platten.

Temperaturvisualisierung eines Kühlkörpers aus gestapelten Platten.

Thermische Effekte der Sonne als externe Wärmestrahlungsquelle

Dieses Modell enthält einen Sonnenschirm und zwei Kästen und veranschaulicht, wie sich die thermischen Effekte der Sonne als externe Wärmestrahlungsquelle modellieren lassen. Die Simulation beginnt um 10.00 Uhr und endet um 16.00 Uhr. Während dieser Tageszeit schützt der Sonnenschirm die Kästen vor der Sonnenstrahlung. Für dieses Modell wird die Funktion für die externe Wärmestrahlungsquelle mit einer Option für den Sonnenstand verwendet. Die Sonnenposition und die Schatteneffekte werden während der Simulation automatisch aktualisiert.

  • Ein Übungsmodell bestehend aus Kühlern neben einem Sonnenschirm, bei dem die Temperatur unter Berücksichtigung des Effekts der Sonnenstrahlung zwischen 10 Uhr morgens und 16 Uhr nachmittags berechnet wird. Ein Übungsmodell bestehend aus Kühlern neben einem Sonnenschirm, bei dem die Temperatur unter Berücksichtigung des Effekts der Sonnenstrahlung zwischen 10 Uhr morgens und 16 Uhr nachmittags berechnet wird.

Ein Übungsmodell bestehend aus Kühlern neben einem Sonnenschirm, bei dem die Temperatur unter Berücksichtigung des Effekts der Sonnenstrahlung zwischen 10 Uhr morgens und 16 Uhr nachmittags berechnet wird.

Structural Mechanics Module

Schnellkontakt mit der Penalty-Methode

Eine neue approximative Penalty-Kontaktmethode steht zur Verfügung. Sie ist robuster und führt schneller zu einer Konvergenz als die Augmented Lagrangian-Standardformel. Dabei wird die Berechnung von Freiheitsgraden in Verbindung mit dem Kontaktdruck vermieden und es kann auf einen speziellen Löser verzichtet werden. Die Penalty-Formel ermöglicht zwar eine schnellere Berechnung, sie konvergiert aber nicht zu einem Nullabstand zwischen den Kontaktflächen, und die Formel zur Schätzung des Kontaktdrucks ist nicht so präzise wie die komplexe Augmented Lagrangian-Formel. Die Formeln für den Kontaktdruck und die Reibungskräfte sind voneinander unabhängig. Die gewünschte Kontaktmethode kann im Kontakt-Einstellungsfenster in den neuen Bereichen „Kontaktdruck Verfahren“ und „Tangentialkraft Verfahren“ ausgewählt werden.

Der Penalty-Faktor muss vom Benutzer festgelegt werden. Für den Normaldruck kann auch ein Versatz definiert werden. Das bedeutet, dass das Überschließen der Lücke reduziert werden kann, wenn eine gute Schätzung für den Kontaktdruck abgegeben werden kann. Bei der Reibungsfunktion besteht die Möglichkeit, den Penalty-Faktor von der übergeordneten Funktion zu übernehmen, wenn der normale Kontaktdruck ebenfalls von der Penalty-Methode Gebrauch macht.

  • Analyse einer Rohrverbindung mit vorgespannten Bolzen und mechanischem Kontakt. Auf die Rohrleitung wirkt ein externes Biegemoment ein. Die Spannung in den Bolzenverbindungen wird als Funktion der Belastung berechnet. Analyse einer Rohrverbindung mit vorgespannten Bolzen und mechanischem Kontakt. Auf die Rohrleitung wirkt ein externes Biegemoment ein. Die Spannung in den Bolzenverbindungen wird als Funktion der Belastung berechnet.

Analyse einer Rohrverbindung mit vorgespannten Bolzen und mechanischem Kontakt. Auf die Rohrleitung wirkt ein externes Biegemoment ein. Die Spannung in den Bolzenverbindungen wird als Funktion der Belastung berechnet.

Neue Lasten und Kräfte: Schwerkraft, Zentrifugalkraft, Spin-Softening, Coriolis und Euler

Massenkräfte und Lasten wie etwa Schwerkraft, Zentrifugalkräfte, Coriolis- und Euler-Kräfte lassen sich nun mithilfe von zwei neuen Optionen für Schwerkraft und rotierendes Koordinatensystem hinzufügen. Dies erleichtert die Definition von Lasten, die auf alle Objekte mit einer Masse wirken, d. h. Bereiche mit Massendichte, Punktmassen, zusätzlicher Masse, starre Verbindungselemente mit Masse usw. Die Kräfte und Lasten werden auf Gebietsebene hinzugefügt, auch wenn sie automatisch an Übergängen, Kanten und Punkten angewendet werden können. Lastfälle werden unterstützt.

Die Funktion für rotierendes Koordinatensystem enthält alle Arten von fiktiven Kräften, die an einem rotierenden System auftreten können. Standardmäßig gehören Zentrifugalkraft und Spin-Softening dazu.

  • Die Einstellungen für rotierendes Koordinatensystem. Die Einstellungen für rotierendes Koordinatensystem.

Die Einstellungen für rotierendes Koordinatensystem.

Das Rotordynamik-Modell mit der Bezeichnung „Rotating Blade“, das in der Modellbibliothek zur Verfügung steht, wurde überarbeitet und verwendet nun die integrierten Lasten für rotierendes Koordinatensystem statt der Ausdrücke für „Körperlast“.

Da mit „Zusatzmasse“ Belastungseffekten beschrieben werden, bei denen es sich nicht um reine strukturelle Massen handelt, ist der Beitrag von zusätzlicher Masse häufig nicht erwünscht. Über ein Kontrollkästchen im neuen Bereich „Beschleunigungskräfte des Koordinatensystems“ kann der Beitrag eingeschlossen oder ausgeschlossen werden.

Neuer Multiphysik-Knoten für thermische Spannung

COMSOL hat die Multiphysik-Knoten eingeführt, um das Modellieren multiphysikalischer Anwendungen wie z. B. thermischer Spannungen zu erleichtern. Diese Knoten bieten eine bessere Kontrollmöglichkeit beim Modellieren und ermöglichen Ihnen, die Komplexität Ihrer Arbeitsabläufe durch weitere Einzelphysik-Interfaces zu erhöhen. Durch Hinzufügen des Interfaces für die thermische Spannung über den Model Builder werden die Interfaces „Festkörpermechanik“ und „Wärmetransport in Feststoffen“ zusammen mit dem Multiphysik-Knoten hinzugefügt, der speziell für das Simulieren physikalisch gekoppelter Phänomenen bei der Untersuchung der thermischen Spannung vorgesehen ist. Falls Sie dagegen das Interface „Festkörpermechanik“ bereits eingerichtet und schon einige Modellierungen durchgeführt haben, können Sie das Interface „Wärmetransport in Feststoffen“ hinzufügen. Der Multiphysik-Knoten wird dann automatisch zum Model Builder hinzugefügt.

Für die Interfaces „Joulesche Erwärmung“ und „Thermische Spannung“ steht ebenfalls ein neuer Multiphysik-Knoten zur Verfügung. Durch das Hinzufügen dieses Interfaces direkt über den Modellassistenten werden die Interfaces „Elektrische Ströme“, „Wärmetransport in Feststoffen“ und „Festkörpermechanik“ zusammen mit dem Multiphysik-Knoten in den Model Builder aufgenommen. Sie können auch die beteiligten Einzelphysik-Interfaces nacheinander hinzufügen, um die Komplexität des Modells zu erhöhen. Sobald das zweite Physikinterface hinzugefügt wurde, erscheint der Multiphysik-Knoten im Model Builder. Nachdem das dritte Physikinterface hinzugefügt wurde, stehen mehr Möglichkeiten zur Definition von Multiphysik-Kopplungen zur Verfügung. Verschiedene Simulationen lassen sich dann für das Modell ausführen, unter anderem Variationen in den Multiphysik-Kopplungen, denn über den Multiphysik-Knoten können diese Kopplungen direkt aktiviert oder deaktiviert werden.

Änderungen bei der Viskoelastizität

Ein neuer „Viskoelastizität“-Unterknoten steht für den „Linear-elastisches Material“-Knoten zur Verfügung. Dieser Unterknoten gestattet eine nahtlose Erweiterung linear-elastischer Modelle durch viskoelastische Eigenschaften. Die Kombination aus den Schnittstellen „Linear-elastisches Material“ und „Viskoelastizität“ ersetzt die Funktion für linear-viskoelastische Materialien in früheren Versionen. Durch die neue Formel ist es nicht mehr notwendig, den viskoelastischen Initialisierungsschritt im Löser-Knoten auszuführen.

Zwei neue viskoelastische Materialmodelle stehen zur Verfügung: das Standard-Linear-Festkörper-Modell und das Kelvin-Voigt-Modell. Diese dienen als Ergänzung zum Verallgemeinertes-Maxwell-Modell früherer Versionen.

Über die Funktion „Statische Steifigkeit“ können Sie bei stationären Analysen zwischen Langzeit-Steifigkeit („Long-term“) und Momentan-Steifigkeit („Instantaneous“) wählen.

Im Abschnitt „Thermische Effekte“ befinden sich nun zwei neue Formeln, die die Zeitverschiebung für thermorheologische einfache Feststoffe vorgeben: Arrhenius-Verschiebung und benutzerdefinierte Verschiebung. Diese dienen als Ergänzung zu der bereits vorhandenen Williams-Landel-Ferry-Verschiebung (WLF).

Festkörper-Schalen-Balken-Verbindungen

Eine Reihe von Verbindungen zwischen Festkörpern, Schalen und Balken erleichtert die Definition von gemischten Modellen aus Festkörpern, Schalen und Balken. Die Verbindungen stehen als unterschiedliche Optionen zur Verfügung:

3D

  • Verbindung einer Schalenkante mit einem Festkörper-Rand

  • Verbindung eines Schalenrandes mit einem Festkörper-Rand (auch Verschalung genannt)

2D

  • Verbindung eines Balkenpunkts mit einem Festkörper-Rand

  • Verbindung einer Balkenkante mit einem Festkörper-Rand

Überblick über die Verbindungen

In allen Fällen wird die Verbindung mithilfe von zwei Funktionen definiert, von denen jede zu einem bestimmten Physikinterface gehört.

Verbinden von Festkörpern mit Schalen

Unter „Schalenverbindung“ im „Festkörpermechanik“-Interface stehen folgende Einstellungen zur Verfügung:

  • Das verbundene Objekt besitzt zwei Auswahlmöglichkeiten:

    • Schalenkante oder Schalenrand
    • Die Funktion für die Festkörperverbindung in dem „Schalen“-Interface, die die andere Hälfte der Verbindung bereitstellt
  • Das verbundene Bereich wird für eine Verbindung zwischen Kante und Rand verwendet und bestimmt, mit welchem Teil des Festkörper-Randes die Schalen verbunden ist. Die Standardeinstellung ist die Schalendicke. In diesem Fall ist die Hälfte der Schalendicke von der Schalenmittelfläche nach oben und nach unten verbunden. Bei Auswahl der Option „Ausgewählte Ränder“ ist der gesamte Auswahlbereich von „Schalenverbindung“ verbunden. Im letzten Fall (Abstand von Schalen-Mittelebene) hat der Benutzer volle Kontrolle darüber, wie weit die Verbindung noch von der Schalenkante wirkt.

  • Bei Auswahl der Option „Schalenrand“ wird der Randtyp für eine Verbindung von Rand zu Rand verwendet und legt die Art der Verbindung fest. Bei der Option „Geteilt“ ist der Schalenrand eine Fläche des Festkörpers, bei „Parallel“ aber nicht.

  • Wenn „Randtyp“ auf „Parallel“ eingestellt ist, kann mit drei verschiedenen Optionen festgelegt werden, wie der Abstand zwischen der Schalen und dem Festkörper berechnet werden soll: Auf Basis der Schaleneigenschaften, abhängig vom geometrischen Abstand zwischen den Ränder und auf Basis eines benutzerdefinierten Ausdrucks.

Verbinden von Schalen mit Festkörpern

Im „Schalen“-Interface wird unter „Festkörperverbindung“ nur eine Einstellung angezeigt: „Verbindungstyp“. Diese Einstellung steht nur für die Verbindung zwischen Kante und Rand zur Verfügung. Die Standardoption „Entfestigt“ ist zwar sehr genau, jedoch mit ein paar Nachteilen verbunden: Sie fügt Freiheitsgrade an der Schalenkante hinzu und kann sich unerwartet verhalten, wenn das Netz am Festkörper sehr grob ist. Die Option „Vereinfacht“ funktioniert ähnlich wie eine lokale, starre Verbindung. Sie schränkt den Festkörper auf die Schalen ein und bewirkt lokale Spannungsstörungen. Der 2D-Fall ist analog, allerdings mit Balken anstelle von Schalen.

Neue Funktion für starre Bereiche

Eine neue Funktion für starre Bereiche wurde im „Festkörpermechanik“-Interface als Ersatz für den Unterknoten „Starres Gebiet“ unter „Starrer Verbinder“ aufgenommen. Die Funktion für starre Bereiche steht für „Festkörpermechanik“ und „Mehrkörperdynamik “ zur Verfügung. Im Vergleich zu dem früheren Knoten „Starres Gebiet“ hat diese Funktion mehrere Vorteile:

  • Sie ist ein richtiges Materialmodell und überschreibt andere Materialmodellen wie z. B. linear elastisch
  • Sie hat eigene Freiheitsgrade, die mit Anfangswerten initialisiert werden können
  • Sie verfügt über besondere Zwangsbedingungen und Randbedingungen für Lasten in Form von Unterknoten
  • Es ist sehr einfach, eine Position mithilfe des Zentroiden der ausgewählten Flächen, Kanten oder Punkte zu definieren, um eine Last zu initialisieren, vorzuschreiben oder anzuwenden
  • Sie unterstützt strukturelle Lastrandbedingungen wie z. B. Schwerkraft, rotierendes Koordinatensystem, Körperlast und Federkraft
  • Sie schaltet nicht anwendbare, einschränkende Randbedingungen automatisch aus
  • Sie sorgt für automatische Kontinuität mit den benachbarten Materialmodellen
  • Sie verfügt über eigene, globale Nachbearbeitungsvariablen sowie über Nachbearbeitungsvariablen auf Bereichsebene, ähnlich wie andere Materialmodelle
  • Es ist möglich, Ergebnisdaten innerhalb starrer Bereiche als Plot darzustellen

Timoshenko-Balken

Die Formulierung für das Balkenelement wurde komplett geändert, sodass nun die Schernachgiebigkeit (die sogenannte Timoshenko-Theorie) berücksichtigt werden kann. Dies dient als funktionelle Ergänzung zu den bereits früher verfügbaren Euler-Bernoulli-Balken. Timoshenko-Balken werden verwendet, wenn die Querschnittsmaße im Verhältnis zur Balkenlänge groß, aber zugleich noch dünn genug sind, um eine Balkenannäherung verwenden zu können. Im Falle der Timoshenko-Theorie müssen neben den Querschnittsdaten Schubkorrekturfaktoren angegeben werden.

Ein Hinweis zur Abwärtskompatibilität: Wenn ein altes Modell geöffnet wird, wird die Euler-Bernoulli-Formel verwendet. Die Auswahl „Beam Formulierung“ wird zwar noch angezeigt, kann aber nicht von Euler-Bernoulli auf eine andere Option umgestellt werden. Wenn die erweiterten Physikoptionen angezeigt werden, wird der neue Bereich „Backward Compatibility“ für die Abwärtskompatibilität angezeigt. Wenn das Kontrollkästchen „Use pre 4.4 formulation“ deaktiviert ist, wird die neue Formel verwendet. Danach lassen sich Timoshenko-Balken verwenden, allerdings müssen Löser-Einstellungen wie Blocklöser und Skalierung manuell festgelegt werden. Diese aus der Vorgängerversion übernommene Option unterstützt keine Kombination von Balken und Festkörpern oder Schalen, wenn dieselben Bezeichnungen für die Freiheitsgrade in beiden Physikinterfaces verwendet wurden.

Die Einstellungen für den Scherkorrekturfaktor für Timoshenko-Balken.

Nonlinear Structural Materials Module and Geomechanics Module

Plastizitäts-Härtungsdaten des Materials

Die Härtungsfunktion im „Plastizität“-Knoten verfügt nun über die Option „Vom Material“. Dadurch ist es einfacher, eigene Materialbibliotheken mit elastoplastischen Materialeigenschaften zusammenzustellen.

Plastische Verlustenergiedichte

Die plastische Verlustenergie kann nun für das Kriechverhalten, die Plastizität und die Viskoelastizität berechnet werden. Diese Eigenschaften sind als Unterfunktionen für ein linear-elastisches Material verfügbar. Dadurch wird der Lösungsvorgang jedoch um einen zusätzlichen Freiheitsgrad ergänzt, sodass zusätzliche Rechenressourcen in Anspruch genommen werden. Sie können die Berechnung dieser Größe aktivieren oder deaktivieren, indem Sie die entsprechende Option im Bereich „Energieverlust“ in den Einstellungsfenstern „Linear elastisches Material“ und „Hyperelastisches Material“ aktivieren oder deaktivieren. Diese Option wird nur angezeigt, wenn „Erweiterte Physikoptionen“ unter „Zeigen“-Symbol aktiviert ist.

Fatigue Module

Neue Ermüdungsmodelle und thermische Ermüdung

Das Fatigue Module verfügt jetzt über weitere Funktionen für die thermische Ermüdung durch zwei Arten von Ermüdungsmodellen. Das eine prognostiziert die Ermüdung auf Basis der unelastischen Dehnungen, das andere auf Grundlage des Energieverlusts. Beide Modelle eignen sich auch für Ermüdungsprognosen mit geringem Lastzyklus in duktilen Stoffen.

Modelle für die Ermüdung auf Energiebasis

Die Option für die energiebasierte Ermüdung bietet Ermüdungsmodelle an, die auf Energieverlusten basieren. Zwei Modelle stehen zur Verfügung:

  • Morrow
  • Darveaux

Beim Morrow-Modell kommt eine punktweise Bewertung der Ermüdungslebensdauer zur Anwendung, während die Ermüdungslebensdauer beim Darveaux-Modell auf Basis volumengemittelter Energieverluste berechnet wird. Das Darveaux-Modell steht nur auf Gebietsebene zur Verfügung, während das Morrow-Modell auf allen Dimensionsebenen verfügbar ist. Der Volumendurchschnitt des Darveaux-Modells lässt sich auf zwei Arten bewerten. Bei der Option „Individual domains“ wird jeder Geometriegebiet einzeln bewertet. Bei der Option „Entire selection“ wird der Volumendurchschnitt für alle Geometriegebiete gleichzeitig bewertet. Da beim Darveaux-Modell die gesamte Lebensdauer in Rissanfang und Rissausbreitung unterteilt wird, kann die Anzahl der Zyklen ermittelt werden, die für jedes Ereignis erforderlich ist.

  • Lebensdauerprognose für Lötmaterial auf der Basis von Energieverlust-Volumendurchschnitt nach dem Darveaux-Modell. Lebensdauerprognose für Lötmaterial auf der Basis von Energieverlust-Volumendurchschnitt nach dem Darveaux-Modell.

Lebensdauerprognose für Lötmaterial auf der Basis von Energieverlust-Volumendurchschnitt nach dem Darveaux-Modell.

Bei beiden Ermüdungsmodellen lassen sich verschiedene Arten der Energieänderung bewerten. Vordefiniert sind:

  • Kriechdissipationsdichte
  • Plastische Dissipationsdichte
  • Gesamtdissipationsdichte
  • Benutzerdefiniert

Bei den ersten drei Optionen muss das begutachtete Material mit nichtlinearen Materialien modelliert werden und die Berechnung der Energieverluste muss mithilfe der erweiterten Physik-Optionen aktiviert werden. Bei der Option „Benutzerdefiniert“ können Sie eine eigene Energiedichtevariable angeben und in einem der obigen Modelle verwenden. Dazu können entweder die vorhandenen Energievariablen kombiniert werden, oder es können neue Energievariablen definiert werden, die auf Gleichungen des Mathematik-Interfaces für partielle Differenzialgleichungen oder gewöhnliche Differenzialgleichungen basieren.

Modelle für die dehnungsbasierte Ermüdung nach Coffin-Manson

Die Gruppe der dehnungsbasierten Modelle wurde durch ein Modell auf Basis der Coffin-Manson-Beziehung ergänzt. Dieses Modell wird häufig für die Ermüdungsbewertung im Kurzzeitbereich verwendet.

Das Modell wurde so verändert, dass unterschiedliche Arten inelastischer Dehnungen für die Coffin-Manson-Beziehung verwendet werden können. Folgende Dehnungsarten stehen zur Verfügung:

  • Eeffektive Kriechdehnung
  • Effektive plastische Dehnung
  • Benutzerdefiniert

Mit der Option „Benutzerdefiniert“ können Sie alle übrigen Dehnungen bewerten, die in den strukturellen Interfaces definiert sind, oder Sie können einen benutzerdefinierten Dehnungsausdruck untersuchen und dazu Gleichungen aus einer der Mathematik-Interfaces für partielle Differenzialgleichungen oder gewöhnliche Differenzialgleichungen verwenden. Dadurch können Sie bei der Ermüdungssimulation verschiedene Komponenten für Scherung und Normaldehnung und sogar unterschiedliche Kriechanteile untersuchen, wie z. B. sekundäres Kriechen. Die ursprüngliche Coffin-Manson-Beziehung ist durch Auswahl von „Effective plastic strain“ für die Option „Inelastic strain“ verfügbar.

Neues Modell: Thermische Ermüdung der Lötverbindung eines oberflächenmontierbaren Widerstands

Ein neues Modell zeigt einen oberflächenmontierbaren Widerstand, der einer beschleunigten zyklischen Wärmebelastung ausgesetzt ist. Eine zyklische Temperaturveränderung von 50 °C findet in einem 2-minütigen Intervall statt, darauf folgt eine Haltezeit von 3 Minuten. Thermische Belastungen wirken durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der einzelnen Teile einer Baugruppe. Die Lötverbindung, über die der Widerstand mit der Leiterplatte verbunden ist, stellt das schwächste Glied der Baugruppe dar. Es reagiert nicht linear auf Temperatur- und Zeitänderungen und lässt sich mit dem Garofalo-Kriechmaterialmodell modellieren. Um die strukturelle Integrität der Komponente sicherzustellen, wird auf Basis der Kriechdehnung und des Energieverlusts eine Ermüdungsanalyse vorgenommen. Mehrere Erwärmungs- und Abkühlungszyklen werden simuliert, und anschließend werden die Ermüdungseigenschaften untersucht.

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  • Lebensdauerprognose für Lötmaterial auf der Basis von Energieverlust-Volumendurchschnitt nach dem Darveaux-Modell. Lebensdauerprognose für Lötmaterial auf der Basis von Energieverlust-Volumendurchschnitt nach dem Darveaux-Modell.

Die Veränderung der effektiven Kriechdehnungs- und der Scherkriechkomponenten im dünnen Lötverbindungsbereich zwischen Widerstand und Leiterplatte.

  • Lebensdauerprognose für Lötmaterial auf der Basis von Energieverlust-Volumendurchschnitt nach dem Darveaux-Modell. Lebensdauerprognose für Lötmaterial auf der Basis von Energieverlust-Volumendurchschnitt nach dem Darveaux-Modell.

Der Energieverlust, ausgedrückt durch die Scherspannungs-Dehnungshysterese, im dünnen Lötverbindungsbereich zwischen Widerstand und Leiterplatte.

Multibody Dynamics Module

Drei neue Gelenke: Fixiertes Gelenk, Abstand Gelenk und Universalgelenk

Drei zusätzliche Gelenkverbindungen wurden dem Mehrkörperdynamik-Interface hinzugefügt: Festes Gelenk, Abstand Gelenk und Universal Gelenk. Sie befinden sich im Menü „Gelenke“ unter „Mehr Gelenke“. Diese neuen Gelenktypen unterscheiden sich von den bereits verfügbaren Varianten, da sie eher abstrakt sind und keine Teilmerkmale besitzen. Bei einem festen Gelenk werden zwei Teile aneinander geschweißt. Ein Abstand Gelenk ist vergleichbar mit einem starren Gelenk mit Kugelverbindungen auf beiden Seiten. Jedoch kann der Abstand verändert werden, indem eine Variable im Bearbeitungsfeld „Erweiterung“ eingestellt wird. Ein Universal Gelenk wird auch als Cardan-Gelenk bezeichnet.

Reibung an Gelenkverbindungen

Die Gelenkvarianten „Prismatisches Gelenk“, „Winkelgelenk“, „Zylindrisches Gelenk“, „Schraubgelenk“, „Planares Gelenk“ und „Kugelgelenk“ können nun mit Reibung versehen werden. Die Integration der Reibwirkung in Mehrkörperdynamik-Modellen ist nur bei zeitabhängigen Studien möglich.

Acoustics Module

Aeroakustik mit den linearisierten Euler-Gleichungen

Zu einer aeroakustischen Simulation gehört in der Regel das Lösen der Navier-Stokes-Gleichungen für vollständig kompressible Fluide im zeitlichen Bereich. Die akustischen Druckwellen würden dann eine Teilmenge der Fluidlösung bilden. Für praxisorientierte Anwendungen ist dieser Ansatz aber wegen der erforderlichen Berechnungszeit und der Speicherressourcen häufig ungeeignet. Zur Lösung vieler technischer Probleme wird deshalb in der Praxis stattdessen ein zweistufiger entkoppelter Ansatz gewählt: Zuerst werden die Fluidströmung und dann die akustischen Störungen der Strömung untersucht.

Die neuen Physikinterfaces für linearisierte Euler-Gleichungen berechnen die akustischen Schwankungen bei Druck, Geschwindigkeit und Dichte für eine bestimmte Hintergrund-Durchschnittsströmung. Sie berechnen die linearisierten Euler-Gleichungen einschließlich der Energiegleichung unter der Annahme, dass die Hintergrundströmung ein ideales Gas ist (oder sich einem idealen Gas annähert) und dass keine Wärme- und Viskositätsverluste auftreten. Die Physikinterfaces für linearisierte Euler-Gleichungen stehen für Zeitbereich-, Frequenzbereich- und Eigenfrequenz-Studien zur Verfügung.

Einsatzbeispiele sind das Analysieren der Geräuschausbreitung von Düsenmotoren, das Modellieren der Dämpfungseigenschaften von Schalldämpfern bei nicht isothermer Strömung und die Untersuchung von Gasdurchflussmessern. Bei all diesen Situationen beeinflusst eine Hintergrund-Gasströmung die Ausbreitung von Akustikwellen im Fluid.

Unten findet man ein Beispiel für ein Prüfmodell, das aus einer Zeitschriftenveröffentlichung stammt (A. Agarwal, P. J. Morris und R. Mani, AIAA 42, S. 80 ff, 2009). Außerdem repräsentiert das Modell ein Benchmarkproblem des vierten CAA-Workshops zur numerischen Aeroakustik (Protokolle des 4. CAA-Workshops zu Benchmarkproblemen, NASA CP, 2004-212954, 2004). In einem Hochgeschwindigkeitsstrahl mit großen Gradienten befindet sich eine Gauß-Punktquelle. Der Strahl beeinflusst die Ausbreitung der Akustikwellen im Fluid stark. Bei diesem Beispielmodell, das in der Modellbibliothek zur Verfügung steht, liegt ein Analyseergebnis vor, das mit dem Modellergebnis gut übereinstimmt.

  • In einem Strömungsmedium mit hoher Geschwindigkeit und großen Gradienten befindet sich eine Gauß-Punktquelle. Die Strömung (Mach 0.75) trifft von links über die negative x-Achse ein. Aus Symmetriegründen wird nur der obere Teil (y>0) des Fluidbereichs berechnet. Die Strömung beeinflusst die Akustikwellenausbreitung im Fluid sehr stark; die Akustikdruckwellen werden vom Geschwindigkeitsfeld deutlich abgelenkt. Zur Simulation eines unbegrenzten Modellierbereichs und zum Absorbieren der sich ausbreitenden Druckwellen werden perfekt absorbierende Schichten (PMLs) für das Frequenzbereichsmodell verwendet. In einem Strömungsmedium mit hoher Geschwindigkeit und großen Gradienten befindet sich eine Gauß-Punktquelle. Die Strömung (Mach 0.75) trifft von links über die negative x-Achse ein. Aus Symmetriegründen wird nur der obere Teil (y>0) des Fluidbereichs berechnet. Die Strömung beeinflusst die Akustikwellenausbreitung im Fluid sehr stark; die Akustikdruckwellen werden vom Geschwindigkeitsfeld deutlich abgelenkt. Zur Simulation eines unbegrenzten Modellierbereichs und zum Absorbieren der sich ausbreitenden Druckwellen werden perfekt absorbierende Schichten (PMLs) für das Frequenzbereichsmodell verwendet.

In einem Strömungsmedium mit hoher Geschwindigkeit und großen Gradienten befindet sich eine Gauß-Punktquelle. Die Strömung (Mach 0.75) trifft von links über die negative x-Achse ein. Aus Symmetriegründen wird nur der obere Teil (y>0) des Fluidbereichs berechnet. Die Strömung beeinflusst die Akustikwellenausbreitung im Fluid sehr stark; die Akustikdruckwellen werden vom Geschwindigkeitsfeld deutlich abgelenkt. Zur Simulation eines unbegrenzten Modellierbereichs und zum Absorbieren der sich ausbreitenden Druckwellen werden perfekt absorbierende Schichten (PMLs) für das Frequenzbereichsmodell verwendet.

Zu den Randbedingungen der Physikinterfaces für linearisierte Euler-Gleichungen gehören:

  • Starre Wand (Standard)
  • Vorgegebenes Akustikfeld
  • Symmetrie
  • Impedanz (nur Frequenzbereich)
  • Bewegliche Wand
  • Innere Wand

  • Analyse der Eigenmodi eines Wohnzimmers mit diesem COMSOL-Modell; jedes Akustikfeld im Raum ist eine Kombination aus diesen Modi. Der Modus beträgt beim gezeigten Modell etwa 93 Hz. Die Reaktion des Lautsprechersystems lässt sich mit einer Analyse im Frequenzbereich modellieren, indem die Lautsprechermembran-Bewegung hinzugefügt wird und die einzelnen Frequenzen durchlaufen werden. Analyse der Eigenmodi eines Wohnzimmers mit diesem COMSOL-Modell; jedes Akustikfeld im Raum ist eine Kombination aus diesen Modi. Der Modus beträgt beim gezeigten Modell etwa 93 Hz. Die Reaktion des Lautsprechersystems lässt sich mit einer Analyse im Frequenzbereich modellieren, indem die Lautsprechermembran-Bewegung hinzugefügt wird und die einzelnen Frequenzen durchlaufen werden.

Analyse der Eigenmodi eines Wohnzimmers mit diesem COMSOL-Modell; jedes Akustikfeld im Raum ist eine Kombination aus diesen Modi. Der Modus beträgt beim gezeigten Modell etwa 93 Hz. Die Reaktion des Lautsprechersystems lässt sich mit einer Analyse im Frequenzbereich modellieren, indem die Lautsprechermembran-Bewegung hinzugefügt wird und die einzelnen Frequenzen durchlaufen werden.

Neue Struktur für Druckakustik-Fluidmodelle

Die Fluidmodelle für Druckakustik sind in „Druckakustik“, „Akustik in porösen Medien“ und „Akustik in engen Bereichen“ gegliedert. Die Dipol- und Monopolquelle befinden sich nun im Menü „Mehr“.

Akustik in porösen Medien

Für „Akustik in porösen Medien“ bekommen die Fluidmodelle nun Bezeichnungen entsprechend den Industriestandards: Delany-Bazley-Miki und Johnson-Champoux-Allard. Darüber hinaus wurden die Standardwerte und die Gliederung der Parameter optimiert.

Akustik in engen Bereichen

Für „Akustik in engen Bereichen“ stehen zwei Optionen zur Verfügung: „Breite Röhre Näherung“ für eine Annäherung von breiten Kanälen und „Sehr schmale kreisförmige Röhre“ für sehr schmale runde Kanäle. Darüber hinaus wurden die Standardwerte und die Gliederung der Parameter optimiert.

All trademarks are the property of their respective owners. See COMSOL Trademarks page.

Chemical Reaction Engineering Module

Globale Größen für die Strömung an Rändern

Die mathematischen Formeln für die Berechnung des Massentransports wurden erweitert. Dies hat zu verbesserten Variablen für Massengleichgewichte geführt. Darüber hinaus können Massenflüsse an Rändern nun mit größerer Genauigkeit berechnet werden.

Ausgehend von diesen Verbesserungen wurden zahlreiche globale Durchschnittsgrößen für Ränder mit Ein- und Ausströmungen eingeführt. Dies sind:

  • Der Gesamtmassenfluss und der durchschnittliche Druck innerhalb * Fluidströmungsberechnungen nach dem Darcy-Gesetz * Der Gesamtmassenfluss am Auslass beim Modellieren einer laminaren Strömung * Die mittlere Temperatur (cup-mixing temperature) beim Modellieren einer nicht isothermen Strömung * Der durchschnittliche Masseanteil beim Modellieren des Transports von verdünnten und konzentrierten Spezies

Synthesegas Verbrennung in einem Rundstrahl-Brenner Modell

Dieses Modell simuliert die turbulente Verbrennung von Synthesegas in einem Rundstrahl-Brenner. Synthesegas wird, aus einer Rohrleitung kommend, einem offenen Bereich mit einem langsamen, parallelen Luftstrom zugeführt. Beim Verlassen des Rohres mischt sich das Synthesegas mit der Umgebungsluft und verbrennt. Das Modell wird durch die Kombination der „Reaktive Strömung“ und „Wärmetransport in Fluiden“ Interfaces gelöst. Die turbulente Strömung in der Düse wird unter Verwendung des k-ε Turbulenzmodell simuliert. Darüber hinaus werden die turbulenten Reaktionen mit Hilfe des Wirbelverlustmodells berücksichtigt.

  • Modell einer turbulenten Verbrennungsflamme von Synthesegas in einem Rundstrahl-Brenner. Modell einer turbulenten Verbrennungsflamme von Synthesegas in einem Rundstrahl-Brenner.

Modell einer turbulenten Verbrennungsflamme von Synthesegas in einem Rundstrahl-Brenner.

Assistentenunterstützung für Flash-Berechnungen von Gemischen

Das Chemical Reaction Engineering Module bietet nun die Möglichkeit, über die Thermodynamik-Schnittstelle Flash-Berechnungen durchzuführen. Bei einer Flash-Berechnung wird der Gleichgewichtszustand zwischen den Phasen in einem System aus einem oder mehreren chemischen Spezies und Phasen ermittelt, wenn im System ein starker Druckabfall aufgetreten ist. Der Druckabfall kann z.B. durch das Passieren einer Drosseleinrichtung hervorgerufen werden. Mithilfe von Eingabewerten, die von CAPE-OPEN-konformen externen Bibliotheken mit Funktionen für thermodynamische Eigenschaften stammen, lassen sich mit COMSOL Flash-Berechnungen von Mehrkomponentengemischen durchführen. Diese Berechnungen können anschließend mit anderen Physikinterfaces gekoppelt werden, die an den chemischen Prozess-Simulationen beteiligt sind.

Das Chemical Reaction Engineering Module kann problemlos Flash-Berechnungen für Dampf-/Flüssigphasen-Gleichgewichte durchführen, indem es die thermodynamischen Gleichungen mit den Masse- und Energiegleichgewichten der beteiligten Spezies kombiniert. Sie erhalten auf diese Weise ein Ergebnis für folgende Angaben:

  • Blasenbildungspunkt bei einem bestimmten Wert für T

  • Blasenbildungspunkt bei einem bestimmten Wert für p

  • Taupunkt bei einem bestimmten Wert für T

  • Taupunkt bei einem bestimmten Wert für p

  • Flash bei einem bestimmten Wert für p und T

  • Flash bei einem bestimmten Wert für p und H

  • Flash bei einem bestimmten Wert für p und S

  • Flash bei einem bestimmten Wert für U und V

Electrodeposition Module

Modellierung von elektrolytischer Abscheidung mit dem neuen „Primäre Stromverteilung“-Interface

Die primäre Stromverteilung kann direkt durch Auswahl des „Elektrolytische Abscheidung, primär“-Interface im Modell-Assistenten modelliert werden.

Die Interfaces für elektrolytische Abscheidung ermöglichen nun eine Auswertung von exakten Randflüssen.

Die beiden Variablen nIs und nIl dienen zur Berechnung der Normalstromdichte in den Elektroden- bzw. Elektrolytphasen in der Nachbearbeitung.

Elektrotauchlackierung bei einem Autotürmodell

Das primäre Stromverteilungsmodell beim Elektrotauchlackieren einer Autotür. Die Dickenverteilung des aufgebrachten Lacks wird aufgrund des hohen Widerstands des Lacks gleichmäßiger. Ein variabler Folienwiderstand kombiniert mit einer konstanten Elektrolyt-Leitfähigkeit dient zur Beschreibung des Ladungstransports im Elektrolyten.

  • Aufgebrachte Lackdicke einer elektrotauchlackierten Autotür. Aufgebrachte Lackdicke einer elektrotauchlackierten Autotür.

Aufgebrachte Lackdicke einer elektrotauchlackierten Autotür.

Corrosion Module

„Primäre Stromdichteverteilung“-Interfaces bei Korrosionsprozessen

Durch Auswahl des „Korrosion, Primär“-Interfaces können Sie angeben, dass Sie primäre Stromverteilung in den Physikinterfaces für Korrosion modellieren möchten. Zuvor mussten Sie dies im „Korrosion, Sekundär“-Interface angeben.

Exakte Randflüsse in den Korrosions-Interfaces

Zwei neue Variablen für die Nachbearbeitung, nIs und nIl, wurden nun für die Berechnung der Normalstromdichte in den Elektroden- bzw. Elektrolytphasen implementiert.

Electrochemistry Module

  • Ferrocyanid-Konzentration im Sensor. Ferrocyanid-Konzentration im Sensor.

Berechnung von Randflüssen im Elektrochemie-Interface

Zwei Variablen für die Nachbearbeitung wurden implementiert, um exakte Daten über die Normalstromdichte in den Elektrolyt- und Elektrodenphasen zu liefern.

Ferrocyanid-Konzentration im Sensor.

Elektrochemisches Glukose-Sensormodell

Elektrochemische Glukosesensoren setzen amperometrische Verfahren ein, um die Konzentration von Glukose in einer Probe zu messen. Bei diesem Beispiel wird die Diffusion von Glukose und Ferri-/Ferrocyanid-Redoxmitteln in einer Einheitszelle eines Elektrolyten oberhalb einer fingerartig ineinandergreifenden Elektrode modelliert. Der Sensor liefert eine lineare Antwort für einen geeigneten Konzentrationsbereich. Das Elektroanalyse-Interface dient zum Koppeln des chemischen Stofftransports mit der Elektrolyse an der Arbeits- und Gegenelektrode. Die Glukose wird gemäß der Michaelis-Menten-Kinetik vom Glukose-Oxidase-Enzym in Lösung oxidiert.

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AC/DC Module

Datenbank nicht linearer magnetischer Materialien

Eine Datenbank mit 165 ferromagnetischen und ferrimagnetischen Werkstoffen wurde in das AC/DC Module aufgenommen. Die Datenbank enthält BH-Kurven und HB-Kurven, damit die Materialeigenschaften in den Magnetfeldformeln verwendet werden können. Die Kurvendaten sind dicht ausgelesen und wurden so verarbeitet, dass Hysterese-Effekte ausgeschaltet sind. Außerhalb des experimentellen Datenbereichs wird eine maximale numerische Stabilität durch lineare Extrapolation erzielt.

BH-Beispielkurvendaten

Neue leistungsfähige Benutzeroberflächen für Induktionserwärmung

Der Arbeitsablauf für das Einrichten von Simulationen mit Induktionserwärmung wurde mit der Einführung eines speziellen Multiphysik-Knotens im Model Builder erheblich verbessert. Die neuen Benutzeroberflächen sind geeignet, wenn sich die einzelnen konstitutiven Physikfunktionen separat modellieren lassen. Da die elektrischen Zeiteinteilungen bei einem typischen induktiven Vorgang eine Größenordnung von mehreren tausend Zyklen pro Sekunde erreichen, wohingegen die Temperaturfelder in der Größenordnung von Sekunden schwanken, eignet sich eine Modellierung elektrischer Probleme im Frequenzbereich und thermischer Probleme im zeitlichen oder stationären Bereich.

Das neue „Induktive Erwärmung“ Interface ermöglicht die Berechnung von induzierten Strömen und Verlusten über das „Magnetische Felder“ Interface und von Temperaturanstiegen über das „Wärmetransport“ Interface. Über einen Multiphysik-Knoten lassen sich die Kopplungen zwischen den physikalischen Größen steuern. Magnetfelder und Wärmeübertragungsprobleme können auch separat untersucht werden.

RF Module

Übergangs-Randbedingung für hohe Leitfähigkeit

Die Formulierung der Übergangs-Randbedingung wurde verbessert, sodass nun interne Übergänge mit einer sehr hohen Materialleitfähigkeit verarbeitet werden können. Damit lässt sich eine Metallschicht modellieren, die erheblich dünner ist als alle übrigen Modellmaße.

Randbedingungen für Innenports

Beim Modellieren einer elektromagnetischen Wellenquelle im RF Module werden für gewöhnlich Port-Randbedingungen an den äußeren Übergängen eines Modells formuliert, um eine, außerhalb des Modellierraums befindliche, Quelle darzustellen. Manchmal ist es jedoch zweckmäßiger, die Quelle mit in den Modellierbereich aufzunehmen. Der neue Schlitzport bietet nun die Möglichkeit, eine Quelle an einem inneren Übergang zu platzieren. Diese Quelle kann gebietsunterstützt oder PEC-unterstützt sein. Mit dem PEC-unterstützten Schlitzport werden zwei Randbedingungen an einem internen Übergang eingeführt. Auf der einen Seite des Übergangs wird die PEC-Bedingung angewendet, auf der anderen Seite kann eine reguläre Port-Randbedingung zugewiesen werden, um ein Feld zu erregen, das sich vom Übergang ausbreitet. Die Ausbreitungsrichtung des Feldes wird vom Parameter „Port Orientierung“ vorgegeben. Beim gebietsunterstützten Schlitzport handelt es sich dagegen um einen transparenten Übergang. Dieser kann eine Welle erregen, die sich vom Übergang ausbreitet. Trifft eine Welle auf den gebietsunterstützten Port, kann sie ungehindert passieren.

  • Die Wände dieser 2D-Hornantenne wurden mit der neuen Übergangs-Randbedingung modelliert. Erregt wird die Antenne durch eine PEC-unterstützte Schlitzport-Erregung. Die Wände dieser 2D-Hornantenne wurden mit der neuen Übergangs-Randbedingung modelliert. Erregt wird die Antenne durch eine PEC-unterstützte Schlitzport-Erregung.

Die Wände dieser 2D-Hornantenne wurden mit der neuen Übergangs-Randbedingung modelliert. Erregt wird die Antenne durch eine PEC-unterstützte Schlitzport-Erregung.

Der gebietsunterstützte Schlitzport ist auch zum Modellieren periodischer Probleme geeignet. Beim Modellieren von Strukturen mit vielen Beugungsmodi höherer Ordnung wie etwa Beugungsgittern muss jede Beugungsordnung mithilfe einer separaten Port-Randbedingung berücksichtigt werden. Bei 3D-Strukturen kann sogar eine in mehrere Ebenen wirkende Diffraktion vorkommen. Manchmal sind jedoch nicht die einzelnen Beugungsordnungen von Interesse, sondern es sollen nur die Durchlässigkeits- und Reflexionseigenschaften einer periodischen Struktur im Ganzen untersucht werden. Für diesen Fall eignet sich ein gebietsunterstützter Schlitzport. Über den Schlitzport kann eine ebene Welle, die in einem beliebigen Winkel eintrifft, eingefügt werden. Jede Welle, die in Portrichtung zurück reflektiert wird, kann passieren und in eine dahinter befindliche perfekt absorbierende Schicht eindringen. Die perfekt absorbierende Schicht nimmt dann alle Beugungsmodi höherer Ordnung gleichzeitig auf.

Zusätzliche Antennen-Nachbearbeitungsvariablen

Im RF Module besteht nun die Möglichkeit, die Antennenverstärkung (auf der linearen und dB-Skala), das Achsenverhältnis (auf der linearen und dB-Skala) sowie die Fernfeld-Variablen in Bezug auf Theta und Phi, Höhen- und Azimutwinkel zu extrahieren.

  • Zirkular polarisierte GPS-Antenne, abgestimmt auf das Ergebnis des Achsenverhältnisses. Dieses Modell steht ab Version 4.4 über eine spätere Aktualisierung der Modellbibliothek zur Verfügung. Zirkular polarisierte GPS-Antenne, abgestimmt auf das Ergebnis des Achsenverhältnisses. Dieses Modell steht ab Version 4.4 über eine spätere Aktualisierung der Modellbibliothek zur Verfügung.

Zirkular polarisierte GPS-Antenne, abgestimmt auf das Ergebnis des Achsenverhältnisses. Dieses Modell steht ab Version 4.4 über eine spätere Aktualisierung der Modellbibliothek zur Verfügung.

  • Frequenzselektive Oberfläche mit zusätzlichen Spaltring-Resonatoren. Dieses Modell steht ab Version 4.4 über eine spätere Aktualisierung der Modellbibliothek zur Verfügung. Frequenzselektive Oberfläche mit zusätzlichen Spaltring-Resonatoren. Dieses Modell steht ab Version 4.4 über eine spätere Aktualisierung der Modellbibliothek zur Verfügung.

Frequenzselektive Oberfläche mit zusätzlichen Spaltring-Resonatoren. Dieses Modell steht ab Version 4.4 über eine spätere Aktualisierung der Modellbibliothek zur Verfügung.

Energieeinbringung

Bei vielen Mikrowellen-Erwärmungsvorgängen ist es von Vorteil, die Menge der in ein Modell eingebrachten Energie kontrollieren zu können. Durch Vorgabe der eingebrachten Energie wird eine Rückkopplung in das Modell aufgenommen. Die einwirkende Energie kann so nachjustiert werden, damit nur die gewünschte Menge an Energie in das Modell eingebracht wird. Anwendungen hierfür finden sich in der biomedizinischen Hochfrequenzerwärmung, Plasmamodellierung und in anderen Gebieten.

Numerische Port-Übergangsmodusanalyse mit Impedanz-Randbedingungen

Die Randbedingung „Numerischer Port“ dient zur Berechnung der Felder an einem Übergang zu einem Wellenleiter, wenn sich die Feldverteilungen (wie z. B. rechtwinklige, koaxiale oder runde Ports) analytisch nicht berechnen lassen. Diese numerischen Portberechnungen können nun von der Impedanz-Randbedingung Gebrauch machen. Bei der Impedanz-Randbedingung wird der Effekt von verlustbehafteten Wänden einbezogen, anstatt davon auszugehen, dass die Wände perfekte elektrische Leiter darstellen. Auch die periodische Randbedingung kann berücksichtigt werden.

  • Bei den numerisch berechneten Wellenleiterformen an beiden Enden wird die endliche Leitfähigkeit der Wellenleiterwände berücksichtigt. Bei den numerisch berechneten Wellenleiterformen an beiden Enden wird die endliche Leitfähigkeit der Wellenleiterwände berücksichtigt.

Bei den numerisch berechneten Wellenleiterformen an beiden Enden wird die endliche Leitfähigkeit der Wellenleiterwände berücksichtigt.

Hintergrundfeld mit Gauß-Strahl

Zur Berechnung der Streuung elektromagnetischer Felder ausgehend von einem Objekt dient die Streufeldformel. In der Regel wird eine gleichmäßige ebene Welle als Hintergrundfeld angegeben. Mit der neuen Einstellmöglichkeit für das Hintergrundfeld können Sie einen Gauß-Strahl definieren, der sich mit einer bestimmten Taille und einem bestimmten Brennpunkt in einer bestimmten Achsenrichtung ausbreitet. Die Polarisierung des Strahls kann ebenfalls angegeben werden.

Hintergrund mit Gauß-Strahl bei einer Streufeldformel.

Neue leistungsfähige Benutzeroberflächen für Mikrowellenerwärmung

Mithilfe einer neuen Funktion in COMSOL können Simulationen mit Mikrowellen- und Hochfrequenzerwärmung einfacher eingerichtet werden. Wenn im Modellassistenten das Multiphysik-Interface für die Mikrowellenerwärmung ausgewählt wird, steht im Model Builder ein spezieller Multiphysik-Knoten zusammen mit den jeweiligen Interfaces für „Elektromagnetische Wellen“ und den „Wärmetransport in Feststoffen“ zur Verfügung.

So können Sie die konstitutiven Physikphänomene separat modellieren, um ein besseres Verständnis für die Reaktionen des Modells auf die einzelnen physikalischen Einflüsse zu entwickeln, bevor Sie die Auswirkungen in einer kombinierten Problemstellung untersuchen. Dies ist auch die richtige Reihenfolge für die Studie, wenn zuerst die elektromagnetischen Wellen im Frequenzbereich und anschließend die Wärmeübertragung im zeitlichen oder stationären Bereich untersucht werden sollen. Mit dem Multiphysik-Knoten können Sie die Mikrowellen-Wärmequellen in Bereichen und an Übergängen sowie die nichtlinearen Temperaturverläufe bei allen Materialeigenschaften verfolgen.

Wave Optics Module

Benutzerdefinierte Phasenfunktionen für die Formulierung von Strahl-Einhüllenden

Die Formulierung von Strahl-Einhüllenden kann zur Untersuchung von elektromagnetischen Feldeinhüllenden herangezogen werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Ausbreitungsvektor der Felder im Modellierungsbereich nahezu überall bekannt ist. Dies ist besonders speichereffizient, wenn die Feldeinhüllende sich abhängig von der Wellenlänge nur langsam verändert und wenn die Ausbreitungsrichtung bekannt ist. Es ist nun möglich, eine Phasenfunktion explizit in verschiedene Bereiche einzugeben. Gerade bei einem Strahl, der seine Richtung ändert, ist diese Option von Vorteil.

Weitere neue Funktionen

Die beiden neuen Port Funktionalitäten, Schlitzport und numerischer Port, die bereits beim RF Module beschrieben wurden, stehen auch für das Wave Optics Module zur Verfügung.

The new functionality for numeric ports, as described for the RF Module, is also available for the Wave Optics Module.

Lasererwärmung

Ein neues Multiphysik-Interface für Lasererwärmung wurde eingeführt. Es vereint das „Elektromagnetische Wellen, Strahleinhüllende“ und das „Wärmetransport in Feststoffen“ Interface miteinander. Dieses Interface verwendet einen neuen Multiphysik-Knoten im Model Builder, vergleichbar mit den „Joulsche Erwärmung“ (COMSOL Multiphysics), „Induktive Erwärmung“ (AC/DC Module) und „Mikrowellenerwärmung“ (RF Module) Interfaces. Die Strahl-Einhüllenden-Methode ist als Formel geeignet für Lichtstrahlen mit einer sich langsam verändernden Einhüllenden, z. B. bei Glasfaserleitungen. Das Multiphysik-Interface für die Lasererwärmung dient zum Koppeln der elektromagnetischen Verluste mit der Wärmeübertragung in Festkörpern. Die Temperaturschwankung kann zeitlich oder unter stabilen Bedingungen berechnet werden. Die Materialabhängigkeit von der Temperatur kann so berücksichtigt werden, dass die thermischen und optischen Materialeigenschaften direkt von der Temperatur abhängig sein können.

Der Multiphysik-Knoten bietet zudem eine erheblich bessere Kontrolle über das Modellieren von multiphysikalischen Anwendungen. Umgesetzt wird dies durch die Aktivierungs- und Deaktivierungsfunktionen innerhalb des Multiphysik-Knotens, mit denen einzelne physikalische Disziplinen separat modelliert werden können. Mit dieser Funktion lassen sich alternativ auch verschiedene Kombinationen aus zwei der drei beteiligten Physikinterfaces simulieren.

Neues Modell: Stufenfaserbogen

In diesem neuen Übungsmodell wird eine Stufenfaser in einem Radius von 3 mm gebogen und hinsichtlich der Ausbreitungs- und Strahlungsverlustkriterien untersucht. Es wird demonstriert, wie der leistungsgemittelte Modenradius ermittelt und zur Berechnung des effektiven Modenindex eingesetzt wird. Bei einer gebogenen Faser richtet sich der Modus nicht mehr vollständig nach der Struktur des Brechungsindex. Qualitativ lässt sich dies erläutern, indem man bei einem geradlinigen Wellenleiter davon ausgeht, dass die Wellenfronten (Ebenen mit konstanter Phase) im rechten Winkel zur Faserachse positioniert sind. Bei einer rund gebogenen Faser drehen sich die Wellenfronten mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um den Kreismittelpunkt. Die Ausbreitungskonstante variiert folglich mit dem Abstand vom Kreismittelpunkt. Bei einem bestimmten Abstand vom Kreismittelpunkt ist die Ausbreitungskonstante größer als die lokale Wellenzahl, die von der Vakuum-Wellenlänge und dem Brechungsindex der Ummantelung definiert wird. Jenseits dieses Radius kann die Welle keine konstante Winkelgeschwindigkeit annehmen und die Wellenfronten müssen sich biegen. Daraus lässt sich schließen, dass die Welle beginnt, Energie von der Faser abzustrahlen.

  • Eine gebogene Stufenfaser wird im Wave Optics Module analysiert. Eine gebogene Stufenfaser wird im Wave Optics Module analysiert.

Eine gebogene Stufenfaser wird im Wave Optics Module analysiert.

Angepasste Randbedingung

Die neue angepasste Randbedingung in der Formulierung von Strahl-Einhüllenden verhält sich gegenüber einer Welle mit bekannter Richtung vollkommen transparent. Da der Wellenvektor an den Übergängen bei Verwendung des „Strahleinhüllende“ Interfaces in der Regel bekannt ist, werden durch diese Randbedingung verglichen mit der Randbedingung für die Streuung weniger künstliche Reflexionen eingebracht. Zudem ist weniger Speicher als bei einer Bereichskürzung mittels einer perfekt absorbierenden Schicht (Perfectly Matched Layer) erforderlich.

  • Ein Gauß-Strahl, der auf eine dielektrische Grenzfläche trifft. Da der Wellenvektor in allen Bereichen bekannt ist, kann ein sehr grobes Netz verwendet werden. Die auftreffenden und die reflektierten Wellen werden mit der Formulierung für bidirektionale Strahl-Einhüllende untersucht, und die angepassten Randbedingungen absorbieren das gesamte Licht, das an den Übergängen einfällt. Die elektrische Feldstärke und der Poynting-Vektor werden im Plot dargestellt. Ein Gauß-Strahl, der auf eine dielektrische Grenzfläche trifft. Da der Wellenvektor in allen Bereichen bekannt ist, kann ein sehr grobes Netz verwendet werden. Die auftreffenden und die reflektierten Wellen werden mit der Formulierung für bidirektionale Strahl-Einhüllende untersucht, und die angepassten Randbedingungen absorbieren das gesamte Licht, das an den Übergängen einfällt. Die elektrische Feldstärke und der Poynting-Vektor werden im Plot dargestellt.

Ein Gauß-Strahl, der auf eine dielektrische Grenzfläche trifft. Da der Wellenvektor in allen Bereichen bekannt ist, kann ein sehr grobes Netz verwendet werden. Die auftreffenden und die reflektierten Wellen werden mit der Formulierung für bidirektionale Strahl-Einhüllende untersucht, und die angepassten Randbedingungen absorbieren das gesamte Licht, das an den Übergängen einfällt. Die elektrische Feldstärke und der Poynting-Vektor werden im Plot dargestellt.

Hintergrundfeld mit Gauß-Strahl

Zur Berechnung der Streuung elektromagnetischer Felder ausgehend von einem Objekt dient die Streufeldformel. In der Regel wird eine gleichmäßige ebene Welle als Hintergrundfeld angegeben. Mit der neuen Einstellmöglichkeit für das Hintergrundfeld können Sie einen Gauß-Strahl definieren, der sich mit einer bestimmten Taille und einem bestimmten Brennpunkt in einer bestimmten Achsenrichtung ausbreitet. Die Polarisierung des Strahls kann ebenfalls angegeben werden.

Neues Multiphysik-Modell: Mach-Zehnder-Modulator

Ein Mach-Zehnder-Modulator dient dazu, die Amplitude einer optischen Welle zu kontrollieren. Bei diesem Modell teilt sich der Eingangswellenleiter in zwei Wellenleiter-Interferometerzweige auf. Wenn an einem der Zweige eine Spannung angelegt wird, wird auf der Welle, die den Zweig passiert, eine Phasenverschiebung induziert. Wenn die beiden Zweige wieder zusammengeführt werden, wird die Phasendifferenz zwischen den beiden Wellen in eine Amplitudenmodulation umgewandelt. Dies ist ein Multiphysik-Modell, das demonstriert, wie das „Elektrostatik“ Interface mit dem „Elektromagnetische Wellen, Strahleinhüllende“ Interface kombiniert werden kann, um eine realistische Wellenleiterkomponente zu beschreiben.

  • Eine Mach-Zehnder-Modulatorsimulation mit dem Wave Optics Module und einer Kombination aus optischen Wellen und Elektrostatik im selben Modell. Eine Mach-Zehnder-Modulatorsimulation mit dem Wave Optics Module und einer Kombination aus optischen Wellen und Elektrostatik im selben Modell.

Eine Mach-Zehnder-Modulatorsimulation mit dem Wave Optics Module und einer Kombination aus optischen Wellen und Elektrostatik im selben Modell.

MEMS Module

Besserer Arbeitsablauf für das „Thermische Spannung“ und „Joulesche Erwärmung“ Interface

Die neuen Multiphysik-Knoten verbessern die Arbeitsabläufe beim Modellieren, denn der Benutzer kann die Komplexität des zu modellierenden Systems nun schrittweise steigern. Bei der Simulation einer thermischen Spannung ist es nun beispielsweise möglich, mit dem Lösen eines einfachen thermischen Problems zu beginnen und die strukturellen Auswirkungen und die Kopplungen der thermischen Spannung nachträglich zu ergänzen. Es ist noch immer möglich, die thermischen und strukturellen Auswirkungen gleichzeitig mithilfe der Physikoption für thermische Spannung im Modellassistenten hinzuzufügen. Mit dieser Option werden automatisch die Interfaces „Wärmetransport in Feststoffen“ und „Festkörpermechanik“ zusammen mit den jeweiligen Multiphysik-Kopplungsknoten verwendet.

Dieselbe Funktionalität wurde auch in das „Joulesche Erwärmung und thermische Ausdehnung“ Interface aufgenommen. Auch hier können die beteiligten Physikinterfaces Schritt für Schritt hinzugefügt und ihre Kopplungen über den Multiphysik-Knoten gesteuert werden. Durch Auswahl des „Joulesche Erwärmung und thermische Ausdehnung“ Interfaces im Modellassistenten werden zudem die Interfaces für „Wärmetransport in Feststoffen“, „Festkörpermechanik“ und „Elektrische Ströme“ zusammen mit dem Multiphysik-Knoten im Model Builder eingerichtet. Dadurch können die beteiligten Interfaces ganz einfach aktiviert bzw. deaktiviert werden. Sie haben daher die Wahl, dasselbe Modell einzeln für jede physikalische Größe, für eine Kombination aus gekoppelten physikalischen Größen oder für alle gleichzeitig zu lösen.

Neues Modell: RF MEMS-Schalter

Dieses Modell dient zur Analyse eines RF MEMS-Schalters, der aus einer dünnen mikromechanischen Brücke über einer dielektrischen Schicht besteht. An den Schalter wird eine Gleichspannung angelegt, die größer als die Anziehspannung ist, sodass die Brücke einbricht und auf die dielektrische Schicht absinkt. Dies führt zu einer Erhöhung der elektrischen Kapazität des Geräts. Zum Modellieren der Kontaktkräfte beim Auftreffen der Brücke auf das Dielektrikum wird eine Kontaktkraft auf Penalty-Basis implementiert. Das Dielektrikum selbst wird durch eine räumlich variierende Funktion für die dielektrische Konstante zwischen den beiden Kontakten dargestellt.

Neue Lasten und Kräfte: Schwerkraft, Zentrifugalkraft, Entfestigung, Coriolis und Euler

Massenkräfte und Lasten wie etwa Schwerkraft, Zentrifugalkräfte, Coriolis- und Euler-Kräfte lassen sich nun mithilfe von zwei neuen Optionen für Schwerkraft und rotierende Rahmen hinzufügen. Dies erleichtert die Definition von Lasten, die auf alle Objekte mit einer Masse wirken, d. h. Bereiche mit Massendichte, Punktmassen, zusätzlicher Masse, starre Verbindungselemente mit Masse usw. Die Kräfte und Lasten werden auf Bereichsebene hinzugefügt, auch wenn sie automatisch an Übergängen, Kanten und Punkten angewendet werden können.

Die Funktion für rotierende Rahmen enthält alle Arten von fiktiven Kräften, die an einem rotierenden System auftreten können. Standardmäßig gehören Zentrifugalkraft und Entfestigung dazu.

  • Die Einstellungen für rotierende Rahmen. Die Einstellungen für rotierende Rahmen.

Die Einstellungen für rotierende Rahmen.

Da mit „Zusatzmasse“ gelegentlich Belastungswirkungen beschrieben werden, bei denen es sich nicht um reine strukturelle Massen handelt, ist der Beitrag von zusätzlicher Masse häufig nicht erwünscht. Über ein Kontrollkästchen im neuen Bereich „Beschleunigungskräfte des Koordinatensystems“ kann der Beitrag eingeschlossen oder ausgeschlossen werden.

Plasma Module

Thermische Diffusion von Elektronen

Die thermische Diffusion von Elektronen trägt zur Elektronenstromdichte bei und dieses Phänomen lässt sich nun in Plasmasimulationen integrieren. Die thermische Diffusion steht als Eigenschaft folgenden Interfaces zur Verfügung: „Kapazitiv gekoppeltes Plasma“, „Gleichstromentladung“, „Driftdiffusion“, „Induktiv gekoppeltes Plasma“ und „Mikrowellenplasma“.

Der zusätzliche Beitrag zur Stromdichte bewirkt nur einen Unterschied, wenn die Elektronendiffusion nicht konstant ist, d. h. eine Funktion der Elektronentemperatur ist. Diese Option steht nur für die Finite-Elemente-Formel zur Verfügung.

Semiconductor Module

Heteroübergang-Randbedingung

Für interne Übergänge steht standardmäßig die Heteroübergang-Randbedingung zur Verfügung. Sie bestimmt die Bedingungen für den Durchgang der normalen Komponente des elektrischen Felds und der Ströme bei Homo- und Heteroübergängen. In dem neuen Interface sind zwei Modelle für Heteroübergänge definiert:

  • Das kontinuierliche Quasi-Fermi-Modell (Standard)

  • Das thermionische Emissionsmodell

Das kontinuierliche Quasi-Fermi-Modell sorgt für einen Stromdurchgang, indem beide Seiten des Übergangs gleich viel Quasi-Fermi-Energie besitzen. Das thermionische Emissionsmodell definiert die thermionischen Ströme, die von der Potenzialbarriere am Übergang zwischen den voneinander abweichenden Stoffen erzeugt werden.

Unterstützung für Kleinsignalanalysen

Das Halbleiter-Interface unterstützt nun Kleinsignalanalysen in Form von Frequenzbereichsstudien. Dies ermöglicht eine Berechnung der AC-Komponentenreaktion, sodass sich Größen wie etwa die Ausgangsleitfähigkeit und die Transkonduktanz berechnen lassen.

Stoßionisation

In Bereichen, in denen das senkrecht zur Stromflussrichtung befindliche elektrische Feld groß ist, entstehen durch Stoßionisation Elektronen und Lücken. Dies wird jetzt vom Semiconductor Module unterstützt. Dies ermöglicht das Modellieren von Avalanche-Effekten bei Photodioden und einen Avalanche-Durchbruch bei MOSFETs. Anfangs ist das Verhältnis von Strom zu Spannung linear geprägt (dies ist der ohmsche Bereich). Je höher die Spannung zwischen Senke und Quelle, desto gesättigter ist der resultierende Strom (dies ist der Sättigungsbereich). Steigt die Senke/Quelle-Spannung noch weiter, wird der Durchbruchbereich erreicht, in dem sich der Strom bei einer geringen Erhöhung der angelegten Spannung exponentiell erhöht. Die Ursache hierfür ist die Stoßionisation.

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  • Logarithmische und nicht logarithmische Plots der Stoßionisation erzeugenden Quelle bei einer hohen Spannung zwischen Senke und Quelle eines MOSFET. Die Erzeugungsrate ist mit mehr als 1036[1/(m3s)] sehr hoch. Dadurch entstehen neue Elektronen/Lücken-Paare, wodurch sich wiederum der Strom erhöht, der von der Quelle zur Senke fließt. Logarithmische und nicht logarithmische Plots der Stoßionisation erzeugenden Quelle bei einer hohen Spannung zwischen Senke und Quelle eines MOSFET. Die Erzeugungsrate ist mit mehr als 1036[1/(m3s)] sehr hoch. Dadurch entstehen neue Elektronen/Lücken-Paare, wodurch sich wiederum der Strom erhöht, der von der Quelle zur Senke fließt.

Logarithmische und nicht logarithmische Plots der Stoßionisation erzeugenden Quelle bei einer hohen Spannung zwischen Senke und Quelle eines MOSFET. Die Erzeugungsrate ist mit mehr als 1036[1/(m3s)] sehr hoch. Dadurch entstehen neue Elektronen/Lücken-Paare, wodurch sich wiederum der Strom erhöht, der von der Quelle zur Senke fließt.

Anschlüsse für Gatter

Die Randbedingung für dünne Isoliergatter wird nun mithilfe von Anschlüssen definiert. Drei Anschlussoptionen stehen zur Verfügung:

  • Spannung

  • Ladung

  • Stromkreis

Verbesserte Angabe von Anfangswerten

Ab COMSOL Version 4.4 gibt es mehrere Möglichkeiten, um die Anfangsbedingungen für das Potenzial und die Konzentration von Elektronen und Lücken anzugeben. Durch diese größere Flexibilität lässt sich eine konvergierende Lösung einfacher erzielen. Folgende Optionen stehen für die Anfangswerte zur Verfügung:

  • Standard: Der geeignete Anfangswert wird abhängig von der Diskretisierungsmethode automatisch gewählt. Bei der Finite-Volumen-Methode entspricht dies den Gleichgewichtsbedingungen, während dies bei der Finite-Elemente-Methode den stoffspezifischen Konzentrationen entspricht.

  • Gleichgewichtsbedingungen: Die Feldvariablen für die Elektronenkonzentration (N), für die Lückenkonzentration (P) und für das Potenzial (V) werden auf ihre berechneten Gleichgewichtswerte eingestellt.

  • Nur Gleichgewichtsträger: Identisch mit der Option für die Gleichgewichtsbedingungen, doch kann der Benutzer hier den Anfangswert für das Potenzialfeld (V) festlegen.

  • Intrinsische (spezifische) Konzentrationen: Die Anfangswerte der Feldvariablen für die Elektronenkonzentration (N) und für die Lückenkonzentration (P) werden auf die jeweilige stoffspezifische Konzentration eingestellt. Sie können einen Wert für das Potenzialfeld (V) festlegen.

  • Benutzerdefiniert: Für jede Feldvariable werden drei Benutzereingaben angezeigt: Elektronenkonzentration (N), Lückenkonzentration (P) und Potenzial (V).

Diese Optionen bieten maximale Flexibilität beim Untersuchen verschiedener Modelle, die jeweils unterschiedliche Anfangswerte erfordern.

Verbesserte Variablen zur Berechnung von Strom und Stromkomponenten

Neue Stromvariablen für Lücken und Elektronen stehen zur Darstellung im Plot-Menü zur Verfügung:

  • Driftstromdichte

  • Diffusionsstromdichte

  • Thermische Diffusionsstromdichte

Die Norm sowie das Protokoll für die Norm dieser Größen stehen ebenfalls zur Verfügung.

Verbesserte Stromkreiskopplung

Die Option „Circuit Terminal“ für Stromkreisanschlüsse bei den Randbedingungen für Metallkontakt und dünne Isoliergatter funktioniert nun genau wie die Option „Circuit Terminal“ im AC/DC Module.

Feldabhängige Beweglichkeitsmodelle

Die feldabhängigen Beweglichkeitsmodelle stehen nun zur Verfügung. Dadurch kann die Beweglichkeit der Lücken und Elektronen gemäß einem empirischen Modell abnehmen. Zwei feldabhängige Beweglichkeitsmodelle stehen zur Verfügung: Caughey-Thomas und Lombardi-Oberfläche. Das Caughey-Thomas-Modell gilt generell für alle Arten von Halbleiterkomponenten. Die Beweglichkeit der Elektronen und Lücken verringert sich mit der Erhöhung der Komponente des elektrischen Feldes parallel zum Stromfluss. Verglichen mit dem konstanten Mobilitätsfall wird der Stromfluss dadurch gehemmt. Das Lombardi-Oberflächenmodell eignet sich zum Modellieren der Beweglichkeitsabweichung in der Nähe von Oberflächen, zum Beispiel hinter dem Gatter eines MOSFET.

  • Elektronendriftgeschwindigkeit mittels Caughey-Thomas-Beweglichkeitsmodell. Bei Silizium setzt die Sättigung der Driftgeschwindigkeit bei etwa 105[V/m] ein. Elektronendriftgeschwindigkeit mittels Caughey-Thomas-Beweglichkeitsmodell. Bei Silizium setzt die Sättigung der Driftgeschwindigkeit bei etwa 105[V/m] ein.

Elektronendriftgeschwindigkeit mittels Caughey-Thomas-Beweglichkeitsmodell. Bei Silizium setzt die Sättigung der Driftgeschwindigkeit bei etwa 105[V/m] ein.

Unvollständige Ionisation

Die Einstellungen für die Dotierungsionisation enthalten nun eine neue Option für die unvollständige Ionisation. Bei niedrigen Temperaturen für Silizium und bei Raumtemperatur für Halbleiter mit breiter Bandlücke werden nicht alle Donatoren und Akzeptoren ionisiert. In diesen Fällen muss die Ionisation der Donatoren und Akzeptoren als Funktion der Temperatur berechnet werden. Die Dotierungsionisation ist eine Funktion der Energie der Donatoren und Akzeptoren und ihrer jeweiligen Degenerationsfaktoren. Über eine benutzerdefinierte Option kann die Ionisationsquote direkt als beliebige Funktion festgelegt werden.

Logarithmische Formeln auf Finite-Elemente-Basis

Bedingt durch das hohe Maß an Nichtlinearität der Drift-Diffusionsgleichungen kann die Dichte der Elektronen- und Lückenverteilung auf einer sehr geringen Entfernung um das 10-Fache variieren. Dadurch kann es zu numerischen Instabilitäten bei Verwendung der Finite-Elemente-Methode kommen, wie z. B. im Fall von negativen Konzentrationen. Die logarithmische Berechnung der Elektronen- und Lückenzahldichte ist ein Weg aus numerischer Sicht damit umzugehen. Diese Möglichkeit wurde als zusätzliche Diskretisierungsoption in das Halbleiter-Interface aufgenommen.

Metallkontakt-Randbedingung

Zur Metallkontakt-Randbedingung gehören die vorherigen Randbedingungen für Schottky-Kontakt und den ohmschen Kontakt. Diese allgemeinere Funktion dient als übergeordnete Funktion sowohl für ohmsche Kontakte (stark dotierte Halbleiter mit vernachlässigbarer Barrieredicke) als auch für Schottky-Kontakte (thermionische Emission bei dickeren Barrieren), die Idealfälle für Metallkontakte darstellen. Die Bezeichnungen der Randbedingungen für Schottky-Kontakt und ohmschen Kontakt wurden in „Idealer Schottky-Kontakt“ und „Idealer ohmscher Kontakt“ geändert.

Physikbasierte Vernetzung für Halbleitersimulationen

Im „Halbleiter“ Interface kann nun eine physikbasierte Vernetzung verwendet werden. Für ohmsche Kontakte, dünne Isoliergatter und Schottky-Übergänge wird automatisch ein sehr feines Netz erzeugt. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, Vernetzungssequenzen manuell auf Basis des eigenen Modells zu erstellen. Die Standardeinstellungen wurden sorgfältig gewählt, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit zu erzielen. Die physikbasierte Vernetzung ist der neue Standard und wird für alle Halbleitermodelle empfohlen.

Durchgangseinstellungen für Dotierung und für nichtlineare Funktionen

Die neuen Durchgangseinstellungen bieten Parameter, mit denen dem Gleichungssystem allmählich weitere Größen hinzugefügt werden können. Beispielsweise kann die Dotierungskonzentration oder der thermionische Strom allmählich zugeführt werden. Auf diese Weise lassen sich ausgeprägt nichtlineare Modelle leichter untersuchen. Zur Verwendung dieser Einstellung müssen Sie die Einstellung „Erweiterungen“ verwenden und den Fortsetzungsparameter als Teil der beabsichtigten Studienschritte allmählich erhöhen. Für das Aufnehmen eines thermionischen Stroms in das System stehen beispielsweise in den Fortsetzungseinstellungen drei Optionen zur Verfügung:

  • Keine Fortsetzung

  • Fortsetzungsparameter der Interfaces verwenden

  • Benutzerdefiniert

Mit der Option „Fortsetzungsparameter der Interfaces verwenden“ werden die Fortsetzungseinstellungen der Funktion mit einem Fortsetzungsparameter auf Schnittstellenebene (Cp) verknüpft, der im „Halbleiter“ Interfaceknoten definiert ist. Auf diese Weise können mehrere Gleichungsterme gleichzeitig erhöht werden. Mit der benutzerdefinierten Option können Sie einen bestimmten Parameter für die Fortsetzung der Dotierung definieren.

Neue Werkstoffe für die Materialbibliothek

Die im Semiconductor Module verfügbare Materialbibliothek enthält nun folgende neue Werkstoffe:

  • Al(x)Ga(1-x)As

  • GaN (Wurtzit)

  • GaN (Zinkblende)

  • GaP

  • GaSb

  • InAs

  • InP

  • InSb

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Mehrzweck

Inhaltsverzeichnis

Optimization Module

Weitere Optimierungs-Löser

Das Optimization Module wurde um zwei neue Optimierungs-Löser erweitert. Der BOBYQA-Solver arbeitet mit einem gradientenfreien Verfahren und kann bei einer Vielzahl von Optimierungsaufgaben angewendet werden. Der Löser ermöglicht die Analyse von CAD-Modellen, die direkt in COMSOL Multiphysics oder mithilfe eines LiveLink™-Produkts erstellt wurden. Diese Modelle können eine oder mehrere variable geometrische Größen enthalten. Der MMA-Löser erfordert die Berechnung von Ableitungen und ermöglicht häufig ein schnelles Erzielen der Konvergenz, sein Anwendungsspektrum ist jedoch begrenzt.

Neuer gradientenfreier Optimierungs-Löser: Bound Optimization BY Quadratic Approximation (BOBYQA)

Der neue BOBYQA-Löser (BOBYQA: Bound Optimization BY Quadratic Approximation) arbeitet mit dem gradientenfreien Trust-Region-Verfahren. Bei dem Verfahren wird die iterativ gebildete, quadratische Approximation der Zielfunktion angewendet, wobei die Zielfunktion in einem Bereich (Trust Region) um die aktuelle Iteration herum gültig ist. Dieser Löser erfordert weniger Berechnungsvorgänge für die Zielfunktion als die herkömmlichen gradientenfreien Optimierungs-Löser und ist somit sehr effektiv. Das Trust-Region-Verfahren unterstützt einfache Grenzwerte, jedoch keine allgemeinen Zwangsbedingungen. Dieses Verfahren ist in der Regel leistungsfähiger als der Simplex-Algorithmus (Nelder-Mead) und die Koordinatensuche, sobald die Anzahl der Laufvariablen steigt. COMSOL Version 4.4 unterstützt nun die folgenden gradientenfreien Verfahren:

  • Koordinatensuche

  • Monte-Carlo

  • Nelder-Mead

  • BOBYQA

Sie können über den Studientyp „Optimierung“ auf diese Optimierungsverfahren zugreifen. Nahezu jede Größe eines Modells kann als Steuerparameter dienen. Zu den Parametern gehören geometrische Größen und Parameter zur Netzdefinition.

  • Bemaßungsoptimierung mithilfe eines gradientenfreien Optimierungs-Solvers. Bemaßungsoptimierung mithilfe eines gradientenfreien Optimierungs-Solvers.

Bemaßungsoptimierung mithilfe eines gradientenfreien Optimierungs-Solvers.

Neuer gradientenbasierter Optimierungs-Löser: Method of Moving Asymptotes (MMA)

Der gradientenbasierte MMA-Optimierungs-Löser (MMA: Method of Moving Asymptotes) wurde von Professor K. Svanberg an der Königlich Technischen Hochschule in Stockholm, Schweden, entwickelt. Das MMA-Verfahren basiert auf der Topologieoptimierung und wird in der Literatur als GCMMA bezeichnet. Nun wird dieses leistungsfähige Verfahren unter der Bezeichnung MMA im Optimization Module angewendet.

COMSOL Version 4.4 unterstützt nun die folgenden gradientenbasierten Verfahren:

  • SNOPT

  • MMA

  • Levenberg-Marquardt

Particle Tracing Module

Effiziente Berechnung von Partikel-Feld- und Fluid-Partikel-Wechselwirkungen

Es steht nun ein neues Verfahren zur Modellierung von Partikel-Feld- und Fluid-Partikel-Wechselwirkungen zur Verfügung. Bei diesem Verfahren werden die Partikelbahnen mit einem zeitabhängigen Studienschritt und die Felder im Umgebungsmedium mit einem stationären Studienschritt berechnet. Diese beiden Schritte werden so lange wiederholt, bis eine selbstkonsistente Lösung für die Partikelbahnen und die umgebenden Felder erzielt wurde. Mit diesem Verfahren können Systeme, die im stationären Zustand betrieben werden, mit wesentlich weniger Partikeln modelliert werden. Zu solchen Systemen gehören beispielsweise Strahlen aus geladenen Partikeln. Das Verfahren ermöglicht auch die einfache Ermittlung der Streuung, die durch das Eigenpotenzial der Strahlen verursacht wird.

  • Ein Elektronenstrahl divergiert aufgrund seiner eigenen Raumladung. Die Form der Strahlhüllkurve ist abhängig von der Partikelladung und -masse, dem eingehenden Strom und der Anfangsgeschwindigkeit der Partikel. Hier wird die radiale Verschiebung der einzelnen Partikel von ihrer Anfangsposition durch die Farbe der Partikelbahn dargestellt. Die Schichtfarbe repräsentiert das Eigenpotenzial des Strahls, und die gelben Pfeile zeigen die elektrische Kraft an, die aufgrund des Eigenpotenzials auf den Strahl wirkt. Ein Elektronenstrahl divergiert aufgrund seiner eigenen Raumladung. Die Form der Strahlhüllkurve ist abhängig von der Partikelladung und -masse, dem eingehenden Strom und der Anfangsgeschwindigkeit der Partikel. Hier wird die radiale Verschiebung der einzelnen Partikel von ihrer Anfangsposition durch die Farbe der Partikelbahn dargestellt. Die Schichtfarbe repräsentiert das Eigenpotenzial des Strahls, und die gelben Pfeile zeigen die elektrische Kraft an, die aufgrund des Eigenpotenzials auf den Strahl wirkt.

Ein Elektronenstrahl divergiert aufgrund seiner eigenen Raumladung. Die Form der Strahlhüllkurve ist abhängig von der Partikelladung und -masse, dem eingehenden Strom und der Anfangsgeschwindigkeit der Partikel. Hier wird die radiale Verschiebung der einzelnen Partikel von ihrer Anfangsposition durch die Farbe der Partikelbahn dargestellt. Die Schichtfarbe repräsentiert das Eigenpotenzial des Strahls, und die gelben Pfeile zeigen die elektrische Kraft an, die aufgrund des Eigenpotenzials auf den Strahl wirkt.

Wenn in den Einstellungen des Trajektorien geladener Partikel Interfaces der Freigabetyp in Statisch geändert wird, geben alle Freisetzungsfunktionen einen spezifizierten Strom geladener Partikel aus. Wenn entsprechend in den Einstellungen des Partikeltrajektorien für Fluidströmung Interfaces der Freigabetyp in Statisch geändert wird, geben alle Freisetzungsfunktionen einen spezifizierten Massendurchsatz aus. Bei den Funktionen Partikel-Feld-Wechselwirkung und Wechselwirkung Fluid-Partikel wird dann die Raumladung bzw. Kraftdichte, die von den Partikeln erzeugt wird, berechnet.

Löser-Setup

Es stehen neue Löserknoten zur Verfügung, die die Berechnung der selbstkonsistenten Wechselwirkung zwischen Partikeln und Feldern ermöglichen. Löser-Sequenzen wurden um die Knoten für und End for erweitert, wodurch ein Teil einer Sequenz als Endlosschleife ausgeführt werden kann. Durch dieses Verfahren können Partikelbahnen mit einem zeitabhängigen Löser und Felder mit einem stationären Löser berechnet werden.

  • Dies ist eine Erweiterung des Magnetlinsenmodells, bei dem der Elektronenstrahl ein Eigenpotenzial erzeugt, das die Strahlfokussierung verhindert. Die Schicht zeigt das elektrische Potenzial, das vom Elektronenstrahl erzeugt wird. Dies ist eine Erweiterung des Magnetlinsenmodells, bei dem der Elektronenstrahl ein Eigenpotenzial erzeugt, das die Strahlfokussierung verhindert. Die Schicht zeigt das elektrische Potenzial, das vom Elektronenstrahl erzeugt wird.

Dies ist eine Erweiterung des Magnetlinsenmodells, bei dem der Elektronenstrahl ein Eigenpotenzial erzeugt, das die Strahlfokussierung verhindert. Die Schicht zeigt das elektrische Potenzial, das vom Elektronenstrahl erzeugt wird.

Freisetzung von Partikeln in einem Kegel

Sie können nun die Anfangsgeschwindigkeiten für die in einem Kegel freigesetzten Partikel festlegen und einen Winkel zwischen 0 und 180 Grad angeben.

  • Die Optionen für die Anfangsgeschwindigkeit der Funktionen Freigabe aus Gitter und Freigabe wurden um die Option Konstante Geschwindigkeit, Kegel erweitert.

  • Sie können die Anfangsgeschwindigkeit der Partikel, die Richtung der Kegelachse und den Kegelwinkel festlegen.

  • Dank der Unterstützung der Partikelfreisetzung in Kegeln können nun Systeme, in die Partikel eingespritzt oder gesprüht werden, einfacher modelliert werden.

  • Die Option Konstante Geschwindigkeit, Kegel kann als Generalisierung der Optionen Konstante Geschwindigkeit, hemisphärisch und Konstante Geschwindigkeit, sphärisch betrachtet werden, wobei die letzten beiden Optionen den Sonderfällen „90-Grad-Kegel“ und „180-Grad-Kegel“ entsprechen.

  • Partikel werden von einem Einspritzdüsensystem mit einem Kegelwinkel von 15 Grad in eine CVD-Kammer (Chemical Vapor Deposition) eingespritzt. Zu Beginn reicht die Trägheit der Partikel aus, um der ursprünglichen Bahnkurve zu folgen. Letzten Endes überwiegt jedoch die Schleppkraft und die Partikel beginnen dem ausströmenden Begleitgas zu folgen. Partikel werden von einem Einspritzdüsensystem mit einem Kegelwinkel von 15 Grad in eine CVD-Kammer (Chemical Vapor Deposition) eingespritzt. Zu Beginn reicht die Trägheit der Partikel aus, um der ursprünglichen Bahnkurve zu folgen. Letzten Endes überwiegt jedoch die Schleppkraft und die Partikel beginnen dem ausströmenden Begleitgas zu folgen.

Partikel werden von einem Einspritzdüsensystem mit einem Kegelwinkel von 15 Grad in eine CVD-Kammer (Chemical Vapor Deposition) eingespritzt. Zu Beginn reicht die Trägheit der Partikel aus, um der ursprünglichen Bahnkurve zu folgen. Letzten Endes überwiegt jedoch die Schleppkraft und die Partikel beginnen dem ausströmenden Begleitgas zu folgen.

Statistik für jede Freisetzungsfunktion

Die Gesamtanzahl der von einer bestimmten Funktion freigesetzten Partikel steht nun als Variable zur Verfügung. Die Variable kann in Gleichungen sowie bei der Ergebnisverarbeitung verwendet werden. Mithilfe von Variablen kann die Anzahl der Partikel, die mittels der einzelnen Funktionen freigesetzt werden, auf einfache Weise verfolgt werden, auch wenn eine netzbasierte (Mesh based) Anfangsposition verwendet wird.

Zählung der elastischen Kollisionen

Durch Aktivieren eines Kontrollkästchens kann nun die Anzahl von elastischen Kollisionen zwischen einem Modellpartikel und Begleitgaspartikeln gezählt werden.

  • Wenn die Option Stoßmodell der Funktion Elastische Stoßkraft auf Monte Carlo eingestellt wird, wird der neue Abschnitt Stoßstatistik eingeblendet.

  • Nachdem im Abschnitt Stoßstatistik das Kontrollkästchen Kollisionszählung aktiviert wurde, wird für jedes Partikel ein neuer Freiheitsgrad eingeführt, der bei jedem Auftreten einer elastischen Kollision um eins hochgezählt wird.

  • Die durch das Kontrollkästchen Kollisionszählung eingeführte Variable gilt nur für eine bestimmte Elastische Stoßkraft-Funktion. Daher kann die Anzahl der Kollisionen eines Modellpartikels mit verschiedenen Hintergrundstoffen für jeden einzelnen Hintergrundstoff separat ermittelt werden.

  • Plot der Bahnen von Argonionen in einer Driftröhre. Bei jeder elastischen Kollision der Ionen mit dem Begleitgas ändert sich ihr Geschwindigkeitsvektor. Die Kollisionsanzahl wird durch die Farbe dargestellt. Plot der Bahnen von Argonionen in einer Driftröhre. Bei jeder elastischen Kollision der Ionen mit dem Begleitgas ändert sich ihr Geschwindigkeitsvektor. Die Kollisionsanzahl wird durch die Farbe dargestellt.

Plot der Bahnen von Argonionen in einer Driftröhre. Bei jeder elastischen Kollision der Ionen mit dem Begleitgas ändert sich ihr Geschwindigkeitsvektor. Die Kollisionsanzahl wird durch die Farbe dargestellt.

Neues Widerstandsmodell – Haider-Levenspiel

Es steht eine neue Funktion zur Verfügung, mit der die Widerstandskraft von nicht kugelförmigen Partikeln berechnet werden kann. Das angewendete mathematische Modell entspricht dem der Schiller-Naumann-Funktion, wobei jedoch die Sphärizität der Partikel berücksichtigt wird. Nicht kugelförmige Partikel führen im Vergleich zu kugelförmigen Partikeln in der Regel zu höheren Widerständen.

Neuinitialisierung von abhängigen Hilfsvariablen

Nach einer Neuinitialisierung der Geschwindigkeit können die Funktionen "Reinitialisierung der Geschwindigkeit" und "Elastische Stoßkraft" nun die abhängigen Hilfsvariablen neu initialisieren.

  • Die Funktion Reinitialisierung der Geschwindigkeit wurde um den Abschnitt Neuer Wert der abhängigen Hilfsvariablen erweitert.

  • Die Neuinitialisierung kann für jede Variable separat aktiviert bzw. deaktiviert werden.

  • Der Abschnitt Neuer Wert der abhängigen Hilfsvariablen steht auch bei der Funktion Elastische Stoßkraft zur Verfügung, wenn Stoßmodell auf Monte Carlo eingestellt ist.

  • Mithilfe dieses Abschnitts können Sie Hilfsvariablen nach dem Auftreten einer Kollision neu initialisieren.

  • In 2D-Modellen und achsensymmetrischen 2D-Modellen kann die Out-of-Plane-Geschwindigkeitskomponente ebenfalls neu initialisiert werden.

  • Daher sind die Ergebnisse jetzt so genau wie bei Voll-3D-Modellen, wenn bei 2D-Geometrien und achsensymmetrischen 2D-Geometrien das Stoßmodell auf Monte Carlo eingestellt ist.

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  • Plot von Ionen in einem Partikelbeschleuniger. Die Verweilzeit und die von den Ionen zurückgelegte Strecke können mit abhängigen Hilfsvariablen ermittelt werden. Hier wird die Verweilzeit farblich dargestellt. Wenn die Partikel eine bestimmte Position erreicht haben, wird die Verweilzeit auf null zurückgesetzt. Plot von Ionen in einem Partikelbeschleuniger. Die Verweilzeit und die von den Ionen zurückgelegte Strecke können mit abhängigen Hilfsvariablen ermittelt werden. Hier wird die Verweilzeit farblich dargestellt. Wenn die Partikel eine bestimmte Position erreicht haben, wird die Verweilzeit auf null zurückgesetzt.

Plot von Ionen in einem Partikelbeschleuniger. Die Verweilzeit und die von den Ionen zurückgelegte Strecke können mit abhängigen Hilfsvariablen ermittelt werden. Hier wird die Verweilzeit farblich dargestellt. Wenn die Partikel eine bestimmte Position erreicht haben, wird die Verweilzeit auf null zurückgesetzt.

Minimum-, Maximum- und Durchschnitt-Operatoren

Für Partikel stehen nun Minimum-, Maximum- und Durchschnitt-Operatoren zur Verfügung. Mithilfe dieser Operatoren können Sie die folgenden Werte als Haltbedingung, in Gleichungen oder während der Ergebnisverarbeitung verwenden:

  • Mindestwert einer Variablen, ausgewertet für alle Partikel

  • Höchstwert einer Variablen, ausgewertet für alle Partikel

  • Durchschnittswert einer Variablen, ausgewertet für alle Partikel

Diese Variablen bilden sich in der Regel im Laufe der Zeit heraus und können beispielsweise in Haltbedingungen verwendet werden, um die Simulation zu beenden, wenn der Durchschnittswert für die kinetische Energie der Partikel einen bestimmten Schwellenwert erreicht hat. Die Variablen wurden für die Newton- und Lagrange-Formeln hinzugefügt.

Neues Modell – Elektronenstrahldivergenz

Bei starken Strömen geladener Partikel erzeugt der Strahl eine Raumladungskraft, die sich erheblich auf die Bahnen der geladenen Partikel auswirkt. Diese Kraft muss daher bei der Modellierung der Strahlausbreitung berücksichtigt werden. Die Folge der Störung der Partikelbahnen ist eine veränderte Raumladungsverteilung. Das "Trajektorien geladener Partikel" Interface umfasst einen Algorithmus, der eng gekoppelte Partikelbahnen und elektrische Felder mithilfe eines iterativen Verfahrens berechnet. Der Algorithmus kann auf Systeme angewendet werden, die im stationären Zustand betrieben werden. Im Vergleich zu Verfahren, die auf dem expliziten Modellieren von Coulomb-Wechselwirkungen zwischen Strahlenpartikeln basieren, reduziert das iterative Verfahren die erforderliche Anzahl von Modellpartikeln um mehrere Zehnerpotenzen. Mit einer Netzverfeinerungsstudie wird bestätigt, dass die Lösung mit dem analytischen Ausdruck für die Form der nichtrelativistischen, achsenparallelen Strahlhüllkurve übereinstimmt.

Für dieses Modell sind das Particle Tracing Module und das AC/DC Module erforderlich.

  • Ein Elektronenstrahl divergiert aufgrund seiner eigenen Raumladung. Die Form der Strahlhüllkurve ist abhängig von der Partikelladung und -masse, dem eingehenden Strom und der Anfangsgeschwindigkeit der Partikel. Hier wird die radiale Verschiebung der einzelnen Partikel von ihrer Anfangsposition durch die Farbe der Partikelbahn dargestellt. Die Schichtfarbe repräsentiert das Eigenpotenzial des Strahls, und die gelben Pfeile zeigen die elektrische Kraft an, die aufgrund des Eigenpotenzials auf den Strahl wirkt. Ein Elektronenstrahl divergiert aufgrund seiner eigenen Raumladung. Die Form der Strahlhüllkurve ist abhängig von der Partikelladung und -masse, dem eingehenden Strom und der Anfangsgeschwindigkeit der Partikel. Hier wird die radiale Verschiebung der einzelnen Partikel von ihrer Anfangsposition durch die Farbe der Partikelbahn dargestellt. Die Schichtfarbe repräsentiert das Eigenpotenzial des Strahls, und die gelben Pfeile zeigen die elektrische Kraft an, die aufgrund des Eigenpotenzials auf den Strahl wirkt.

Ein Elektronenstrahl divergiert aufgrund seiner eigenen Raumladung. Die Form der Strahlhüllkurve ist abhängig von der Partikelladung und -masse, dem eingehenden Strom und der Anfangsgeschwindigkeit der Partikel. Hier wird die radiale Verschiebung der einzelnen Partikel von ihrer Anfangsposition durch die Farbe der Partikelbahn dargestellt. Die Schichtfarbe repräsentiert das Eigenpotenzial des Strahls, und die gelben Pfeile zeigen die elektrische Kraft an, die aufgrund des Eigenpotenzials auf den Strahl wirkt.

Neues Modell – Ermittlung eines Benchmark-Wertes für die Ionen-Driftgeschwindigkeit

Die Driftgeschwindigkeit von Ar+-Ionen wird mit einer Monte-Carlo Simulation berechnet. Die Kollision von Argon-Ionen mit einer neutralen Umgebung wird dabei explizit modelliert. Das Modell verwendet Daten aus energieabhängigen Stoßquerschnitt Experimenten. The average ion velocity values are consistent with the experimental data over a wide range of reduced electric field magnitudes. Die berechneten mittleren Ionengeschwindigkeiten stimmen über weite Bereiche der reduzierten elektrischen Feldstärke mit den experimentellen Daten überein. Diese Übereinstimmung zeigt, dass die Monte-Carlo Simulation von elastischen Kollisionen zwischen Partikeln auf eine Vielzahl unterschiedlicher Geräte angewendet werden kann

  • Eine Partikelmenge, die sich in einer Driftröhre durch ein gleichförmiges elektrisches Feld bewegt. Der Betrag der Partikelgeschwindigkeit wird farblich dargestellt. Die Geschwindigkeiten der einzelnen Ionen weichen erheblich voneinander ab, die durchschnittliche Partikelgeschwindigkeit entspricht jedoch den experimentell ermittelten Daten. Eine Partikelmenge, die sich in einer Driftröhre durch ein gleichförmiges elektrisches Feld bewegt. Der Betrag der Partikelgeschwindigkeit wird farblich dargestellt. Die Geschwindigkeiten der einzelnen Ionen weichen erheblich voneinander ab, die durchschnittliche Partikelgeschwindigkeit entspricht jedoch den experimentell ermittelten Daten.

Eine Partikelmenge, die sich in einer Driftröhre durch ein gleichförmiges elektrisches Feld bewegt. Der Betrag der Partikelgeschwindigkeit wird farblich dargestellt. Die Geschwindigkeiten der einzelnen Ionen weichen erheblich voneinander ab, die durchschnittliche Partikelgeschwindigkeit entspricht jedoch den experimentell ermittelten Daten.

Neues Modell – Ionentrichter

Mit diesem Modell wird der Fokussierungseffekt eines elektrodynamischen Ionentrichters untersucht. Ionentrichter können bei einem hohen Begleitgasdruck betrieben werden. Deshalb werden sie häufig zur Kopplung von Geräten wie Ionenmobilitätsspektrometern und Massenspektrometern verwendet, da durch die Ionentrichter die Empfindlichkeit dieser Geräte erhöht wird. Bei diesem Modell wird die Wechselwirkung von Ionen mit dem neutralen Begleitgas mithilfe der Monte Carlo-Kollisionsfunktion simuliert.

Für dieses Modell sind das Particle Tracing Module und das AC/DC Module erforderlich.

  • Ionentrichter-Querschnitt, wobei die farbige Fläche die Summe des AC-Potenzials und DC-Potenzials bei einem Phasenwinkel von null Grad darstellt. Die Spuren der Partikelbahnen werden ebenfalls dargestellt. Die sich durch das System bewegenden Partikel werden durch die Elektroden fokussiert. Der zeitliche Verlauf der Partikelbewegung durch den Trichter wird durch verschiedene Partikelfarben dargestellt. Anfänglich werden die Partikel grau dargestellt. Die Position, die die Partikel 0,1 ms nach ihrer Freisetzung einnehmen, wird durch die rote Partikelfarbe angezeigt. 0,2 ms nach der Freisetzung werden die Partikel schwarz dargestellt usw. Nach 0,6 ms werden die Partikel in einem sehr kleinen Bereich fokussiert, der gelb dargestellt wird. Ionentrichter-Querschnitt, wobei die farbige Fläche die Summe des AC-Potenzials und DC-Potenzials bei einem Phasenwinkel von null Grad darstellt. Die Spuren der Partikelbahnen werden ebenfalls dargestellt. Die sich durch das System bewegenden Partikel werden durch die Elektroden fokussiert. Der zeitliche Verlauf der Partikelbewegung durch den Trichter wird durch verschiedene Partikelfarben dargestellt. Anfänglich werden die Partikel grau dargestellt. Die Position, die die Partikel 0,1 ms nach ihrer Freisetzung einnehmen, wird durch die rote Partikelfarbe angezeigt. 0,2 ms nach der Freisetzung werden die Partikel schwarz dargestellt usw. Nach 0,6 ms werden die Partikel in einem sehr kleinen Bereich fokussiert, der gelb dargestellt wird.

Ionentrichter-Querschnitt, wobei die farbige Fläche die Summe des AC-Potenzials und DC-Potenzials bei einem Phasenwinkel von null Grad darstellt. Die Spuren der Partikelbahnen werden ebenfalls dargestellt. Die sich durch das System bewegenden Partikel werden durch die Elektroden fokussiert. Der zeitliche Verlauf der Partikelbewegung durch den Trichter wird durch verschiedene Partikelfarben dargestellt. Anfänglich werden die Partikel grau dargestellt. Die Position, die die Partikel 0,1 ms nach ihrer Freisetzung einnehmen, wird durch die rote Partikelfarbe angezeigt. 0,2 ms nach der Freisetzung werden die Partikel schwarz dargestellt usw. Nach 0,6 ms werden die Partikel in einem sehr kleinen Bereich fokussiert, der gelb dargestellt wird.

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CAD Import Module und LiveLink-Produkte für CAD

Upgrade des Geometrie-Kernel des CAD Import Module

Das CAD Import Module und die LiveLink-Produkte für CAD nutzen den Parasolid®-Geometrie-Kernel von Siemens PLM für Operationen zur Modellierung von Festkörpern, zur Geometriereparatur und zur Elemententfernung. (Ohne diese Produkte wird ein COMSOL®-eigener Kernel zur Geometriemodellierung verwendet.) Das zusammen mit der COMSOL® Version 4.4 veröffentlichte CAD Import Module ist mit einer aktualisierten Version des Parasolid®-Kernels ausgestattet, die sich stabiler beim Import von CAD-Modellen sowie bei Festkörperoperationen verhält.

  • Ein Modell eines Kranarms, das mit dem CAD Import Module importiert und anschließend in COMSOL vernetzt wurde. Ein Modell eines Kranarms, das mit dem CAD Import Module importiert und anschließend in COMSOL vernetzt wurde.

Ein Modell eines Kranarms, das mit dem CAD Import Module importiert und anschließend in COMSOL vernetzt wurde.

LiveLink for SolidWorks®

Als Erweiterung der bisherigen Synchronisation zwischen Materialzuweisungen innerhalb der CAD-Konstruktion in SolidWorks® unterstützt das LiveLink-Interface nun auch benutzerdefinierte Auswahlen. In der neu in SolidWorks verfügbaren COMSOL®-Auswahl-Benutzeroberfläche können die Auswahlen definiert werden, die mit dem COMSOL®-Modell synchronisiert werden sollen. Sie können Körper, Flächen, Kanten oder Punkte bestimmen, die bei einer Synchronisation mit COMSOL Desktop® zu Auswahlen hinzugefügt werden sollen. Ein Modell kann noch effizienter eingerichtet werden, indem Sie Auswahlen von Features des Model Builder oder von Komponenten einer Baugruppe erstellen.

LiveLink for Inventor®

Die Synchronisation von Inventor®-Geometrie mit COMSOL schließt nun auch die Synchronisation der Materialauswahlen ein. Auswahlen, die synchronisierte Geometrieobjekte (Körper) enthalten, werden in COMSOL basierend auf den Materialdefinitionen der CAD-Konstruktion erstellt. Die Auswahlen werden entsprechend dem Materialnamen in Inventor® benannt. Diese Auswahlen können als Eingabe für Geometrie-Features, die eine Objektauswahl erfordern, verwendet werden, oder für Modelldefinitionen, physikalische Eigenschaften oder Materialeinstellungen, die eine Bereichsauswahl erfordern. Der LiveLink-Knoten enthält eine Tabelle mit einer Liste der synchronisierten Auswahlen.

ECAD Import Module

ODB++ Import

Das ECAD Import Module unterstützt nun den Import von Dateien im ODB++-Format, eines der am häufigsten verwendeten Formate für Leiterplattendaten. Mithilfe dieser neuen Importfunktion können Sie nun geometrische Daten aus ODB++-Dateien extrahieren und mit diesen Daten die Leiterplattengeometrie erstellen, um Simulationen in COMSOL Multiphysics auszuführen. Beim Geometrieimport im ECAD Import Module werden nun zusätzlich die Dateierweiterungen .zip, .tar, .tgz, .gz und .Z für das ODB++-Dateiformat unterstützt.

Das ODB++-Format wurde mit Unterstützung der Mentor Graphics Corporation gemäß den allgemeinen Geschäftsbedingungen von ODB++ Solutions Development Partnership (http://www.odb-sa.com/) implementiert. ODB++ ist eine Marke der Mentor Graphics Corporation.

  • COMSOL unterstützt nun den Import von Dateien im ODB++&trade;-Format und die Analyse der Leiterplattenkomponenten in diesen Dateien. COMSOL unterstützt nun den Import von Dateien im ODB++-Format und die Analyse der Leiterplattenkomponenten in diesen Dateien.

COMSOL unterstützt nun den Import von Dateien im ODB++-Format und die Analyse der Leiterplattenkomponenten in diesen Dateien.

LiveLink for Excel®

Kommunikation mit einem COMSOL® Server

LiveLink for Excel® unterstützt nun die Ausführung von Berechnungen auf einem anderen Computer, auf dem ein COMSOL® Server läuft. Dazu ist eine entsprechende Netzwerklizenz erforderlich. Anstatt Grafiken auf dem COMSOL® Server anzuzeigen, können Sie LiveLink for Excel® so konfigurieren, dass Excel® und COMSOL Desktop® mit demselben COMSOL® Server kommunizieren und LiveLink for Excel® mit dem COMSOL Desktop arbeiten kann. Jede von Ihnen über den COMSOL Desktop® vorgenommene Änderung am Modell kann auf das Modell, das über LiveLink geöffnet wurde, angewendet werden und umgekehrt.

  • LiveLink&trade; for Excel&reg; kann nun mit einem COMSOL&reg; Server kommunizieren, der auf einem anderen Computer läuft. Dazu ist eine entsprechende Netzwerklizenz erforderlich. LiveLink for Excel® kann nun mit einem COMSOL® Server kommunizieren, der auf einem anderen Computer läuft. Dazu ist eine entsprechende Netzwerklizenz erforderlich.

LiveLink for Excel® kann nun mit einem COMSOL® Server kommunizieren, der auf einem anderen Computer läuft. Dazu ist eine entsprechende Netzwerklizenz erforderlich.

Export von feldabhängigen Materialeigenschaften

Beim Export von Materialeigenschaften aus einer Excel®-Datei in eine COMSOL®-Materialbibliothek werden nun auch die feldabhängigen Eigenschaften exportiert. Dazu gehören beispielsweise temperaturabhängige Eigenschaften und die Magnetisierungskurvenwerte eines Materials.

Parametrische Sweeps

Sie können nun die Liste der Parameterwerte für einen Sweep extrahieren und in die Zellen eines Arbeitsblatts einfügen. Das Bearbeiten der Parameterwerte und anschließende Aktualisieren des Modells auf die neuen Werte ist nun möglich.

LiveLink for MATLAB®

Neue Client/Server-Funktionalität

Version 4.4 bietet eine vollkommen neue Client/Server-Architektur, die eine effektivere Kommunikation zwischen einem COMSOL® Client und dem COMSOL® Server ermöglicht. Die neue Architektur führt zu einer erheblich besseren Leistung, insbesondere bei Verbindungen mit LiveLink for MATLAB® und wenn der COMSOL® Client und der COMSOL® Server auf verschiedenen Computern ausgeführt werden. Für das Ausführen eines COMSOL® Servers auf einem anderen Computer ist eine entsprechende Netzwerklizenz erforderlich. Die neue Architektur ermöglicht auch mehrere Verbindungen mit einem Server. Auf sämtliche Einstellungen für ein Modell kann gleichzeitig über den COMSOL Desktop® und MATLAB® zugegriffen werden. Dadurch werden effizientere Arbeitsabläufe ermöglicht. Auch können Sie nun MATLAB® als Makrosprache für das Ausführen von Aktualisierungen oder das Extrahieren von Ergebnissen aus dem Modell verwenden, während Sie gleichzeitig bequem die Modelleinstellungen und Ergebnisse auf dem COMSOL Desktop® anzeigen können.

  • Die neue Client/Server-Funktionalität in Version 4.4 bringt Vorteile beim Arbeiten mit LiveLink&trade; for MATLAB&reg;. Die neue Client/Server-Funktionalität in Version 4.4 bringt Vorteile beim Arbeiten mit LiveLink for MATLAB®.

Die neue Client/Server-Funktionalität in Version 4.4 bringt Vorteile beim Arbeiten mit LiveLink for MATLAB®.

Exportieren von Plotdaten zum verzögerten Plotten

Das Exportieren von Plotdaten in eine Datenstruktur mit dem Befehl mphplot wird nun bei allen Plottypen unterstützt. Dadurch wird ein verzögertes Plotten der Daten ermöglicht, und weitere Daten können zusammen mit der exportierten Datenstruktur geplottet werden.

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