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研究開発におけるマルチフィジックスシミュレーションの具体例

さまざまな業界のエンジニア, 研究者, 科学者がマルチフィジックスシミュレーションを使用して革新的な製品の設計とプロセスを研究および開発しています. COMSOL カンファレンスで発表したテクニカルペーパーやプレゼンテーションからインスピレーションを得てください. 以下の選択項目を参照するか, クイック検索ツールを使用して特定のプレゼンテーションを検索するか, アプリケーション領域でフィルタリングします.

COMSOL コンファレンス 2020 論文集を見る

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Bengaluru 2023

ヨーロッパ 2020

电磁力作用下金属小车的减速刹车过程研究

李晓南 [1], 刘国强 [1],
[1] 中国科学院电工研究所，北京，中国

利用惯性力学和电磁学，研究了一个金属小车沿着磁铁铺就的轨道做减速直线运动。其中，小车也可以看成是携带等量的磁铁剩磁，且沿着铁磁轨道减速运动。通过赋予小车一个初速度，例如100 m/s，然后再根据实际情况、赋予它一个特征密度，即小车有了一定的质量。当认为小车沿水平方向的轨道减速运动，忽略重力、空气阻力等其他一些影响因素时，小车将只受电磁的洛伦兹力的作用，而逐渐减速到零。利用最新版的 COMSOL Multiphysics®，建模过程中，主要用到了“磁场和电场(mef)”和“全局常微分和微分代数方程(ge)”接口，涉及到的动力学和电磁学方程为 dv/dt=F/m ... 詳細を見る

浅海声场建模预报

刘佳琪 [1], 朴胜春 [2], 唐骏 [2]
[1] 哈尔滨工程大学，哈尔滨，黑龙江，中国
[2] 挪威科技大学，特隆赫姆，挪威

海洋覆盖了地球表面百分之七十以上的面积，其中蕴藏着丰富的生物矿产资源，日益受到世界各国的重视。声波作为海水中传输信号的唯一载体，在浅海波导中的传播受海底和海面影响很大，当声波在浅海波导中发生折射反射和散射时，如何预报复杂海底边界条件下浅海中的传播特性对海洋开发有重要意义。针对含有声速剖面的沉积层海底、楔形海底及实际弹性海底，利用有限元理论，对二维浅海声场的传播损失进行数值模拟。应用 COMSOL Multiphysics® 软件的声压接口和声结构耦合接口，把地形数据导入软件模拟真实海底的地形。把浅海波导简化成分层矩形，信号源以点声源的形式向外发射单频信号 ... 詳細を見る

基于 DTI 纤维追踪和有限元力学模型的脑损伤轴突纤维损伤研究

李娜 [1], 李江红 [2]
[1] 中南大学湘雅三医院，长沙，湖南，中国
[2] 中车集团南车研究所，株洲，湖南，中国

研究头部损伤机理是对运动撞击中脑损伤进行预测的有效手段。数学模型是分析损伤实验数据、预测人员碰撞损伤程度的唯一方法，但现有的头部损伤有限元模型基于尸体实验数据，且忽略脑组织结构的各向异性。本项目旨在提出并实现一种以损伤生物力学为基础、结合磁共振扫描 DTI 的轴突走向信息的有限元力学模型。提取脑外伤前的弥散张量成像信息，实现深入到轴突水平有限元力学模型的建立，在有限元模拟中采用非线性超弹性力学模型，并植入 NSGAII 最优化方法对有限元模型的材料参数进行优化，从而提高模型的稳定性和计算精度；将计算预测结果与损伤后 DTI 的 FA 值所表现的轴突断裂情况进行验证， ... 詳細を見る

基于声学超材料的近场点声源亚波长分辨率显微成像模拟

韩建宁 [1],
[1] 中北大学，太原，山西，中国

所谓近场声学，是相对于远场声学而言。传统的声学理论，通常只研究远离光源或者远离物体的声场分布，一般统称为远场声学。远场声学在原理上存在着一个远场衍射极限，限制了利用远场光学原理进行显微和其它光学应用时的最小分辨尺寸和最小标记尺寸。而近场声学则研究距离光源或物体一个波长范围内的光场分布。在近场声学研究领域，远场衍射极限被打破，分辨率极限在原理上不再受到任何限制，可以无限地小，从而基于近场声学原理可以提高显微成像与其它光学应用时的光学分辨率。声学超材料自问世之日起就受到了国内外科学家们的广泛追捧，在很多领域都可以看到其踪迹 ... 詳細を見る

COMSOL Multiphysics® 在热发电用真空集热管设计中的应用

赵旭山 [1], 郝雷 [1], 蒋利军 [1], 米菁 [1], 杨海龄 [1],
[1] 北京有色金属研究总院，北京，中国

随着能源紧张、油价攀升，环境污染严重，利用可再生绿色能源又成为不懈努力的方向。槽式太阳能热发电技术具有兼容性强、对电网冲击小、性价比高、发电成本低、可存储可调度等特点，近年来得到了迅猛发展，其核心部件为高温太阳能真空集热管，如图1所示。本研究利用 COMSOL Multiphysics® 针对真空集热管真实工况下的动态过程开展研究，并在此基础上开展集热管结构的优化设计。由图 1 可知：集热管在电站中服役工况下，槽面会聚的太阳光主要集中于集热管下半面，上半面接收的会聚太阳光较少；导热工质自吸收管一端进入，接收会聚太阳光辐照能量，从吸收管另一端流出，流入→流出过程中 ... 詳細を見る

基于超大规模并行计算的多尺度模型声振特性仿真与预报

郁殿龙 [1], 温激鸿 [1], 尹剑飞 [1],
[1] 国防科学技术大学，长沙，湖南，中国

汽车、飞行器、舰船、高速列车等工程装备中，振动和噪声问题会严重影响装备可靠性、安全性、使用寿命和人员的健康。因此，减振降噪需求迫切，相关技术和研究也得到了前所未有的重视。国防科技大学振动与噪声控制研究团队从2003年开始，致力于基于人工周期结构理论的弹性波传播特性、调控机理及其应用探索研究。将物理学领域中声子晶体、声学超材料等人工周期结构中的新概念与工程减振降噪应用相结合，设计研发了多种声波控制器件与结构。 COMSOL Multiphysics® 声学模块的丰富接口及其处理多物理场耦合问题的强大功能 ... 詳細を見る

太赫兹声子极化激元的产生及与金属天线的相互作用

吴强 [1], 潘崇佩 [1], 张琦 [1],
[1] 南开大学，天津，中国

“极化激元”是固体物理学中的重要概念，泛指各种极性元激发与光子的耦合。其中，声子极化激元是指晶格振动的声子与电磁场中的光子相互耦合的一种极化激元波。使用飞秒光在铁电晶体铌酸锂中通过光学非线性效应可产生声子极化激元，其频率位于太赫兹波段，在晶格的振动弛豫、太赫兹光谱、与介观微结构作用等领域已有广泛应用。声子极化激元涉及电磁场和晶格场的耦合问题，其形式满足黄昆方程。我们使用 COMSOL Multiphysics® 的多物理场（偏微分方程组以及射频模块）模拟了块状铌酸锂晶体中产生声子极化激元波的产生和传输。铌酸锂晶体作为太赫兹应用的集成化平台 ... 詳細を見る

COMSOL 在微波能领域应用研究

朱铧丞 [1], 张春 [1], 叶菁华 [1],
[1] 四川大学，成都，四川，中国

微波作为信息和能量的载体具有同等重要的应用价值，利用微波对物质产生的物理化学效应进行能量传递及转换已经在化学领域有了积极的应用。从 1986 年 R.N. Gedye 等人首次使用微波促进化学反应使其反应速率提高 1240 倍以来，有越来越多的微波和化学领域的科学家对相关问题进行了研究，并出现了一门新兴学科“微波化学”。微波化学作为研究微波能的一个方面是研究微波与化学反应体系相互作用的一个新兴学科。由于当前人们对微波加快化学反应的研究还非常肤浅，微波在大规模应用中并未发挥出其应有的巨大优势，微波化学进一步发展面临着巨大的挑战和机遇 ... 詳細を見る

激光熔覆过程中的传热传质研究

甘政涛 [1],
[1] 中国科学院力学研究所，北京，中国

基于 Level-Set 界面跟踪方法建立了激光熔覆过程的三维瞬态数值模型，研究了瞬态熔化和凝固过程中传热传质的演化规律。该模型使用 Level-Set 方法跟踪熔池气/液界面，采用焓－多孔度（enthalpy-porosity）方法得到了固/液界面之间的糊状区，并考虑了质量添加、材料熔化/凝固、热毛细效应（Marangoni效应）、浮力效应、活性元素质量传输等对熔池流动和界面的影响。通过该模型，具体分析了质量添加、力和界面平衡条件对熔池气/液界面的影响，以及由熔池温度/浓度分布引起的热毛细效应、金属材料的熔/凝过程和熔池流动形式对熔池固/液界面的影响。结果表明 ... 詳細を見る

基于 COMSOL 的 Ion-Filter ICP 腔室仿真

韩传锟 [1], 程嘉 [2], 路益嘉 [2], 杨义勇 [1]
[1] 中国地质大学（北京），北京，中国
[2] 清华大学，北京，中国

为抑制离子轰击靶材，提高亚稳态原子密度而提出了离子筛选 ICP（I-F ICP）设备，可以有效地抑制带电粒子到达靶材表面，亚稳态原子与电子/离子数量比值明显提高，有助于 CVD 工艺中靶材表面的活化。本文通过 COMSOL Multiphysics® 中耦合等离子体和流场接口对 I-F ICP 腔室建模仿真，腔室结构见图1，应用氩气放电仿真研究了离子筛网的过滤效果。首先对比有无耦合流场的结果，结果显示了耦合流场仿真的必要性。用等离子体场与流场耦合计算，等离子体场为流场提供流体的特性参数密度和动力学粘度系数，流场接口为等离子体接口提供速度场和决定压力等参数并提供进、出气口 ... 詳細を見る

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