COMSOL Multiphysics® ソフトウェアとそのアドオンモジュールの多くには, 組み込みの材料ライブラリが含まれています. これは, 材料とそれに関連する材料特性のデータベースです. また, アドオンの材料ライブラリ製品もあり, バージョン 6.0 の時点で, 最大24の個別の材料特性と10328の材料が含まれており, 84000を超える材料特性データセットが含まれています. ここでは, 組み込みの材料ライブラリとアドオンの材料ライブラリ, およびシミュレーションでそれぞれを使用する方法について説明します.
編集者注: このブログは, COMSOL Multiphysics® ソフトウェアのバージョン 6.0 の新機能を反映するために, 2022年4月1日に更新されました.
材料ライブラリ
材料ライブラリ製品には, 包括的な材料特性が含まれており, すべてに参照があります. ほぼすべての材料特性は, 温度の関数としても定義されています. 温度依存値は通常, 温度 T の区分多項式関数として定義され, これらの関数への入力は, 伝熱シミュレーションでシミュレートされた温度場からの温度になります.
材料ライブラリには幅広い材料が含まれています:
- 要素
- 合金
- 鉄
- ニッケル
- アルミニウム
- 銅
- マグネシウム
- チタン
- 磁気
- コバルト
- 熱電対
- その他
- 工具鋼
- 鋳鉄
- ポリアミド
- ポリマーおよびポリマー複合材
- 鉱物, 岩石, 土壌
- 森
- 熱可塑性プラスチック, ポリエーテル, ポリエステル
- 熱絶縁体
- 半導体および光学材料
- はんだ
- 歯科材料
- 食品
- 塩
- 燃料電池, 電池, および電気セラミック材料
- ケイ化物, ホウ化物, および窒化物
- ガラスおよび金属ガラス
- 金型材料
- その他多数
材料特性には, COMSOL® ソフトウェアで利用可能なフィジックスインターフェースで広く使用されている以下の特性が含まれます:
- 熱伝導率
- 熱膨張係数
- 定圧熱容量
- 電気伝導率
- 密度
- ヤング率
- ポアソン比
- 降伏応力と硬化曲線
- 動粘度
注: 特定の材料の材料特性は, 材料の種類によって異なります.
材料のバリエーション
材料ライブラリの材料の多くには, 異なる方向やその他のバリエーションも含まれており, これらは異なる動作条件での材料特性, または同じ材料の異なるバリエーションの材料特性である可能性があります.
次の画像は, COMSOL Desktop® の材料ブラウザーウィンドウに表示された材料ライブラリの銅合金 UNS C10200 を示しています. この材料の材料特性データは, さまざまな残留抵抗率比, アニール済み, および 60% 冷間引抜後の状態で入手できます:
材料ライブラリの UNS C10200 銅合金材料. 材料特性の値は, さまざまなバリエーションで入手できます. この材料は, 方向/バリエーションリストの下に記載されているドイツ規格協会 (DIN) または統一番号システム (UNS) の番号を使用して検索できます.
すべての材料特性の参照
材料ライブラリ内のすべての材料特性には参照が含まれています. 材料特性の参照情報を表示するには, まず特性リストで特性を選択します. 次に, その参照情報がリストの下の特性参照フィールドに表示されます (上の画像を参照).
参照情報には通常, ジャーナルまたは論文が含まれており, オンラインバージョンへのウェブアドレスが含まれている場合もあります. 特性値の精度, 基準温度または圧力, および材料特性に関するその他の関連情報についてのメモが含まれる場合もあります.
COMSOL Multiphysics® の組み込み材料ライブラリおよびアドオンモジュール
材料ライブラリ製品に加えて, COMSOL Multiphysics とそのアドオンモジュールでは, 次の組み込み材料ライブラリが利用可能です:
| 材料ライブラリ | 製品 | 詳細 |
|---|---|---|
| ビルトイン材料ライブラリ | COMSOL Multiphysics |
|
| AC/DC 材料ライブラリ | AC/DC モジュール |
|
| 電池材料ライブラリ | バッテリデザインモジュール |
|
| 地熱材料ライブラリ | 伝熱モジュール |
|
| 建築材料ライブラリ | 伝熱モジュール |
|
| 腐食材料ライブラリ | 腐食解析モジュール |
|
| 平衡放電材料ライブラリ | プラズマモジュール |
|
| 燃料電池および電解槽材料ライブラリ | 燃料電池 & 電解槽モジュール |
|
| 液体および気体材料ライブラリ |
|
|
| MEMS 材料ライブラリ |
|
|
| 非線形磁気材料ライブラリ | AC/DC モジュール |
|
| 非線形構造および地質力学材料モデル |
|
|
| 光学材料ライブラリ |
|
|
| 圧電材料ライブラリ |
|
|
| 圧電抵抗性材料ライブラリ | MEMS モジュール |
|
| RF 材料ライブラリ | RF モジュール |
|
| 半導体材料ライブラリ | 半導体モジュール |
|
| 熱電材料ライブラリ | 伝熱モジュール |
|
ユーザー定義の材料ライブラリを定義することもできます. 次に, その材料ノードを右クリックして, ユーザー定義ライブラリに追加またはその他のユーザー定義の材料ライブラリを選択します. ユーザー定義の材料ライブラリには, 完全なレイヤー化された材料レイアップを含めることもできます.
シミュレーションで材料を使用する方法
ここでは, 材料ライブラリを参照し, モデルに材料を追加し, シミュレーションで材料特性を使用する方法について説明します.
材料ライブラリの参照
COMSOL デスクトップ環境には, 材料を参照したり, シミュレーションモデルに材料を追加したりするために使用できる2つのウィンドウがあります.
- 材料ブラウザーウィンドウでは, 材料の検索と参照, およびモデルへの材料の追加に加えて, 材料とその材料特性に関する完全な情報が提供されます. このウィンドウでは, 新しいユーザー定義の材料ライブラリを作成したり, MPH ファイルまたは XML ファイルから材料ライブラリをインポートしたりすることもできます. このウィンドウを開くには, 材料ノードを右クリックして材料の参照を選択するか, 材料ツールバーの材料の参照ボタンをクリックします. 材料ブラウザーウィンドウのスクリーンショットが上に表示されています.
- 材料の追加ウィンドウは, 材料をすばやく検索して参照し, グローバル材料として, またはモデルコンポーネントの1つとしてモデルに追加するのに役立ちます. このウィンドウを開くには, 材料ノードを右クリックしてライブラリから材料を追加を選択するか, 材料ツールバーの材料の追加ボタンをクリックします. 以下を参照してください:
材料の追加ウィンドウでは, 材料をすばやく選択してモデルに追加できます. 最近追加された材料は上部に表示されます.
材料の検索
材料ブラウザーウィンドウと材料の追加ウィンドウの両方で, ウィンドウの上部にある検索フィールドを使用して, 任意の材料を名前で検索できます. たとえば, 金または金合金であるすべての材料を検索するには, 検索語として金を使用します.
材料ライブラリ製品の材料の場合は, 工具鋼や合金など, 多くの材料で使用できる DIN 番号または UNS 番号を使用して材料を検索することもできます.
材料特性のプロット
材料ライブラリ製品の材料特性は通常, 温度に依存し, そのほとんどは温度の区分多項式関数として記述されます. 他のライブラリには, 温度に依存する材料 特性や, 絶対圧力などの他の量に依存する材料特性も含まれています. ただし, ほとんどの材料特性は単一の値を使用して表されます. 一定でない材料特性の場合, 通常は区分サブノードで変化が説明されます.
区分ノードの設定ウィンドウでは, 各間隔で使用される多項式を確認できます. また, プロットボタンをクリックして, 温度の関数として特性をプロットする関数プロットを作成できます. たとえば, 別のプロットウィンドウにプロットできます. プロット作成ボタンをクリックすると, 代わりに結果の下に別の1Dプロットグループが作成され, 温度の関数として材料特性の値の同じプロットが表示されます.
鉄の温度 T の関数として熱伝導率 k を表す区分関数. 関数プロットは, 0～1810 ケルビンの定義済み温度範囲で熱伝導率がどのように変化するかを示します.
材料ライブラリからの材料の使用
フィジックスインターフェースのほとんどの物理量は, デフォルトで材料から値を取得するように作られています. 材料参照設定では, 物理量の値は, フィジックスノードの選択がカバーするジオメトリの部分でアクティブな材料から取得されます.
次のプロットは, 伝熱 (固体) インターフェースの固体ノードの設定ウィンドウを示しています. このウィンドウには, 固体材料の伝導による熱伝達をシミュレートするために必要な材料特性が含まれています:
- 熱伝導率
- 密度
- 定圧時の熱容量
これらの値はすべて材料からに設定されており, 固体ノードの選択にあるものと同じジオメトリパーツに定義されているアクティブ材料から値が選択されます. 材料特性が温度に依存する場合, 熱伝達物理の従属変数である温度場から直接取得されます.
固体の熱伝達に必要なすべての物理量は, 材料から取得されます.
COMSOL Multiphysics モデルに, 従属変数として温度場を提供する伝熱インターフェースが含まれていない場合は, モデル入力の下の温度入力が使用可能になります. 下の画像は, 電流インターフェースの電流保存機能の設定ウィンドウを示しています. 温度の値または式を入力するユーザー定義か, 温度がモデル入力から取得される共通モデル入力を選択できます. これは, グローバル定義の下のデフォルトモデル入力ノード, またはモデルコンポーネントのローカルモデル入力ノードで定義できます.
電流インターフェースの温度依存材料特性については, 伝熱インターフェースから温度場が利用できない場合, ユーザー定義の温度またはモデル入力から取得した温度を使用するように選択できます.
次の画像は, デフォルトモデル入力ノードの設定ウィンドウを示しています. これには, フィジックスと材料によって要求されたモデル入力と, モデル入力に使用される式が含まれています. この場合, モデル入力としての温度は, 通常の室内温度 (20°C) を表す定数値に設定されています.
デフォルトモデル入力設定は, どの機能がモデル入力を要求するか, およびモデル入力に使用される式 (ここでは, 電流保存機能によって要求される温度と, 鉄材料のいくつかの材料特性) を示します.
材料に関するすべて
このブログでは, COMSOL Multiphysics とその多くのアドオンモジュールで使用できる材料ライブラリについて説明しました. アドオンモジュールに含まれる材料ライブラリには, アドオンモジュールが最も役立つ物理およびアプリケーション領域で使用するのに興味深い材料と材料特性が含まれています. さらに, 材料ライブラリ製品のすべての材料には, 参照とともに, 温度に依存するさまざまな特性があります. 材料ライブラリの多くの材料では, 相やその他のバリエーションを選択することもできます.
また, 材料の参照と検索の方法, 何らかの量 (ほとんどの場合は温度) に依存する材料特性をプロットする方法, COMSOL Multiphysics シミュレーションで材料ライブラリの材料を使用する方法についても説明しました. COMSOL Multiphysics の材料ライブラリと材料に関する追加情報については, 次のリソースをご覧ください.
- 材料ライブラリの製品ページ
- ブログ: COMSOL Multiphysics® モデルで材料を効率的に割り当てる
- ビデオ:
MatWeb は MatWeb, LLC の商標です.
コメント (0)