構造力学モジュールアップデート
構造力学モジュールをご使用の場合, COMSOL Multiphysics® バージョン 5.2a には, 広範囲のセンサーやアクチュエーターをモデル化するための新しい磁歪インターフェース, 固体力学と流体の方程式を簡単に連成できる多孔質弾性インターフェース, 物体の粘着, 剥離挙動を解析するため粘着と剥離をシミュレートする機能が提供されています. 構造力学モジュールの詳細は, 以下のとおりです.
新しい 磁歪 インターフェースの導入
新しい磁歪インターフェースが導入されました. この機能を使い, 磁歪の原理に基づき広範囲のセンサやアクチュエーターをモデル化することができます. 磁歪効果の一つであるジュール効果は, 材料の磁化状態が変化することで生じる長さの変化を表します. この効果は, ソナー, 音響装置, 能動制振装置, 位置制御装置, 燃料噴射装置などの用途でトランスデューサーに用いられています, 逆磁歪効果は, 材料の機械的応力により磁化が変化することです. この効果はビラリ効果として知られ, センサーに有用です.
磁歪インターフェースをモデルに追加すると, 固体力学インターフェース, 磁場インターフェース, 磁歪マルチフィジックス連成または一連のノードが作成されます. 固体力学インターフェースには新しい材料モデル磁歪材料が追加されており, 3種類の定式化線形, 非線形等方性非線形立方晶が提供されています. 磁場インターフェースでは, 磁歪材料をモデル化する際に, 新しいアンペアの法則, 磁歪機能が用いられます.
非線形等方性材料モデルを用いた新しい 磁歪 インターフェースの使用例を示すアプリケーションライブラリへのパス:
Structural_Mechanics_Module/Magnetostrictive_Devices/nonlinear_magnetostriction
*注: 磁歪挙動をモデル化するためには, 構造力学モジュール, MEMS モジュール, 音響モジュールのいずれかと共に AC/DC モジュールを使用する必要があります.
アプリケーションライブラリに示される非線形磁歪トランスデューサの例では, 非線形等方性材料モデルを使用しています.
新しい多孔質弾性インターフェース
固体力学とダルシーの法則間に, 新しい多孔質弾性マルチフィジックス連成があります. COMSOL Multiphysics® バージョン 5.2a で 多孔質弾性 インターフェースを追加すると, これら2つの独立したフィジックスインターフェースと, 一連のノードとしてのマルチフィジックス連成が作成されます. こうすることで, 構成インターフェースで利用可能なすべての機能を使用することができます. 例えば, 固体力学インターフェースで Soil Plasticity (土壌可塑性)ノードを追加することで, 多孔質弾性をモデル化できるようになりました.
**新しい多孔質弾性インターフェースの使用例を示すアプリケーションライブラリへのパス: **
Subsurface_Flow_Module/Flow_and_Solid_Deformation/multilateral_well
アプリケーションライブラリの"多分岐坑井の崩壊"チュートリアルモデルによる多孔質弾性解析の応力分布.
注: 多孔質弾性挙動をモデル化するには, 地下水流モジュールを使用するか, ダルシーの法則インターフェースに対応している組み合わせでStructural Mechanics Module and a fluid flow add-on moduleを使用します.
粘着と剥離のモデル化
Contact (接触)ノードに新しく加わった Adhesion (粘着)サブモードを使い, 粘着および剥離する部品が関連するさまざまな製造工程を解析することができます. 一定の基準が満たされると, 接触境界同士が粘着します. この基準は, 接触圧, 間隙距離, ユーザー定義による任意の式とすることができます. 例えば, 後者は伝熱スタディの温度に基づくことができます. また, 仮想粘着層の弾性特性を指定することができます.
剥離の法則を指定すれば, 粘着で接合する2つの境界を分離させることができます. 新しい Adhesion (粘着) サブノードには, 設定ウィンドウの一部として, Decohesion (剥離) を選択する機能があります. このサブノードには3種類の剥離の法則があり, Linear (線形), Polynomia (多項式), Multilinear (多線形)から選択できます. 剥離の法則は, 法線方向と接線方向にそれぞれ独立した特性を持つ混合モード剥離が可能であり, この技法を凝集帯モデル (CZM: cohesive zone model) と言います.
**剥離のモデル化の例を示すアプリケーションライブラリへのパス: **
Structural_Mechanics_Module/Contact_and_Friction/cohesive_zone_debonding
粘着の例.
円筒は表面に接触して変形させ, 粘着した後に, 元の位置に戻って粘着したままとなります.
シェルの周期条件
シェルインターフェースに新しい境界条件として周期条件が加わりましたが, これは固体力学インターフェースにある対応する境界条件と似ています. 対応するエッジを結合することで, 周期構造のモデル化を効率的に行えます. 周期性のタイプは5種類あり, 連続性, 反周期性, フロケ周期性, 周期的対称性, ユーザー定義から選択できます.
周期条件を適用することで, このシェルモデルのうち60°のセクター部分の解を求めれば済みます.
セレンディピティ要素
固体力学と薄膜インターフェースには, いわゆるセレンディピティタイプと呼ばれる要素が追加されており, ラグランジュタイプを補完しています. 大部分が六面体の要素があるモデルの場合, セレンディピティ要素を使うことで, パフォーマンスが大幅に向上し, 実行速度が高速化され, しかもメモリ使用量が少なくて済みます. 新しいフィジックスインターフェースの追加時に, セレンディピティ要素の使用がデフォルトになりました.
このモデルは構造化メッシュを使って解を求めます. セレンディピティ要素オプションを選択することで, 求解時間が半分に短縮されています.
このモデルは構造化メッシュを使って解を求めます. セレンディピティ要素オプションを選択することで, 求解時間が半分に短縮されています.
熱膨張データの新しい入力方法
熱膨張材料データを3通りの方法で入力できるようになりました.
- 熱膨張の正割係数として入力する. これがデフォルトの方法であり, 以前のバージョンで利用できた唯一の方法でした.
- 熱膨張の接線 (<2940>熱力学<2941>) 係数として入力する.
- 熱ひずみを温度関数に明示的に指定して入力する.
適切なオプションを選択することで, 換算を行わなくても多様な測定データを使用できます. 新しいオプションは, 固体力学, メンブレイン, トラスインターフェースで使用することができます.
熱膨張の正割係数オプションを使い,一定の基準温度から温度が変化する時の歪みの総変化量を計算します 
.
熱膨張の接線係数 オプションは, 温度について熱歪みの感受性に関する情報を提供します
.
2つの値は基準温度の箇所で一致します.
拘束条件の熱膨張
電気化学モジュール - COMSOL® 5.2a リリースハイライト Thermal Expansion (熱膨張) サブノードを使い, 固定制約や既定変位など, 拘束条件を増やせるようになりました. これにより, 拘束条件により理想化された周囲構造が固定温度に保たれない場合, 拘束条件によって誘引される応力を解放することが可能となります. 同様に, Rigid Connector (剛性連結器) とアタッチメントノードに Thermal Expansion (熱膨張) サブノードが追加され, これらの剛性物体の熱膨張を可能にします.
この機能を使用する場合, モデル化されていない構造周囲部の熱膨張率と温度分布を指定します. これらの要因によって引き起こされる熱歪みを統合して変位場を求め, 拘束条件に追加します.
固定拘束条件に熱膨張を追加した場合の効果.
シェル座標系
シェル インターフェースで適用する局所座標系が改善されました. 局所座標系の定義を, Liner Elastic Material (線形弾性材料)ノードの Shell Local System (シェル局所座標系) サブノードに移動することで, 同じ材料データを用いて材料の方向をさまざまに変化させる操作が非常に簡単になります. シェルインターフェースを追加すると定義に Shell Local System (シェル局所座標系)ノードが新規作成されます. この座標系には, シェルインターフェースが有効なすべての境界の局所方向が含まれており, 例えばマルチフィジックス連成を設定する時などに参照することができます.
2 つの異なるローカル座標系, 1 つは円柱サーフェス用, もう 1 つは平面用.
完全整合層 (PML) のアップデート
完全整合層機能にオプションが幾つか追加され, 層特性をカスタマイズできるようになりました.
- ソルバーの PML の有効化／無効化オプションは, 計算上の電場を散乱源とする散乱問題をモデル化する場合に有用です.
- ユーザー定義のジオメトリタイプオプションは, PML が非標準ジオメトリを持つ場合に使用することができ, また自動PMLジオメトリ検出に失敗した場合にも使用できます.
- ユーザー定義の座標ストレッチング機能を選択して, PML 伸縮を定義することができます. つまり, PML 内部のスケーリングを調整して, 例えば具体的なフィジックス構成の弾性波を非常に効率的に吸収することができます.
新しいアプリ: バイクフレームアナライザ
さまざまな負荷をかけた場合の構造応力を解析することで, バイクフレームの信頼性を予測することができます. このアプリケーションは, LiveLink™ for SOLIDWORKS® の機能を活かし, 応力解析の計算処理を実行しながら, ジオメトリをインタラクティブに更新します. このアプリケーションを使い, さまざまな寸法, 材料, 負荷の場合について, バイクフレームの多様な構成を簡単にテストすることができます. バイクフレームの構造寸法, 材料, 負荷／制約に基づき, 応力分布とフレーム変形がアプリケーションによって計算されます.
アプリケーションのジオメトリを SOLIDWORKS® ドキュメントから更新する場合, 解析済みの CAD 設計の追跡を容易にするため, 直近の更新日時, ドキュメント名, 設定, 表示状態などの CAD ファイル情報が表示されます. ヘッド角, シート角, トップチューブ長, ベースボトム下がり, チェーンステイ, ホイールベース, スタックなど, フレームジオメトリの寸法を操作することができます. また, 材料特性を定義し, アルミニウム, スチール, チタン, その他の素材とすることができます. さまざまな場合を想定した負荷ケースや制約も指定することができます.
このアプリケーションでは, 最大許容応力係数を設定することができ, 所定の負荷ケースについて有効応力の制御値が計算されます.
**バイクフレームアナライザアプリケーションを示すアプリケーションライブラリへのパス: **
LiveLink_for_Soldiworks/Applications/bike_frame_analyzer_llsw
Structural_Mechanics Module/Applications/bike_frame_analyzer_llsw
クランク角180度のフレームにかかる有効応力を示す, バイクフレームアナライザアプリケーションのユーザーインターフェース.
注: このアプリケーションを稼働するには, LiveLink™ for SOLIDWORKS® および構造力学モジュールの両方を使用する必要があります.
SOLIDWORKS は Dassault Systèmes SOLIDWORKS Corp. の登録商標です. 他のすべての商標は, それぞれの所有者の財産です. 以上の商標の所有者の一覧については, http://www.comsol.com/tm を参照してください. COMSOL AB とその子会社および製品は, それらの商標の所有者と提携しておらず, それらの商標の所有者による承認, 資金提供, あるいは支援を受けていません.