MEMSモジュールアプデート

MEMS モジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics® バージョン 6.0 では, 磁気と機械効果を結合する新しいインターフェース, コンポーネントモード合成が導入され, 粘弾性のいくつかの改良が施されています. これらとその他のアップデートについては以下をご覧ください.

磁気力学マルチフィジックスインターフェース

結合された磁気的および機械的効果を分析するための2つの新しいフィジックスインターフェース, 磁気力学および磁気力学 (電流なし), が追加されました. これらのインターフェースを追加すると, 固体力学と磁場または磁場 (電流なし) のいずれかの2つのフィジックスインターフェースがモデルに追加されます. 新しい磁気力学力マルチフィジックスカップリングも追加されています. これらのインターフェースはフィジックス追加ツリーの電磁気および力学ブランチの下にあります. これらのインターフェースには MEMS モジュールに加えて, AC/DC モジュール, 構造力学モジュール, または音響モジュールのいずれかが必要であることに注意してください.


AC コンタクターの動的動作. AC コンタクターは AC 電流を流すコイルによって作動する特定の種類のスイッチです.

圧電波 (陽的時間発展) マルチフィジックスインターフェース

圧電波 (陽的時間発展) マルチフィジックスインターフェースを使用すると, 波の伝播の時間領域で圧電現象をモデル化するための新しい機能にアクセスできます. 直接圧電効果と逆圧電効果の両方をモデル化でき, 圧電カップリングはひずみ電荷または応力電荷の形式を使用して定式化できます. 新しいインターフェースは新しい圧電効果 (陽的時間発展) マルチフィジックスカップリングを使用して圧電波 (陽的時間発展) インターフェースと, 静電インターフェースを連成します.

このインターフェースは不連続ガラーキン (dG または dG-FEM) 法に基づいており, 陽的時間発展ソルバーを使用します. 方程式系の静電部分は古典的な有限要素法 (FEM) で解かれる代数連立方程式を介してすべての時間ステップで解かれます. これにより数百万自由度 (DOF) を持つ非常に大きなモデルを解くことができる非常に計算効率の高いハイブリッド手法が保証されます. この方法はクラスター構成での分散計算に最適です.

The COMSOL Multiphysics UI showing the Model Builder with the Piezoelectric Material node highlighted, the corresponding Settings window, and two Graphics windows.
傾斜ビーム非破壊検査 (NDT)設定での圧電波 (陽的時間発展) マルチフィジックスインターフェースの適用.

コンポーネント合成

構造力学および, マルチボディダイナミクスインターフェースを使用して構築された線形コンポーネントは Craig–Bampton 法を使用して計算効率の高い低次元モデルに縮小できます. このようなコンポーネントは, 動的または定常解析で, 完全に縮小されたコンポーネントで構成されるモデルで, または縮小されていない弾性有限要素モデルと一緒に使用できます. 後者は非線形にすることができます. コンポーネントモード合成 (CMS)または動的サブストラクチャリングと呼ばれるこのアプローチは, 計算時間とメモリ使用量の点で大幅な改善をもたらすことができます. 縮小されたコンポーネントでの応力やひずみなどの結果は, モデルの他の部分と同じ方法で表示できます.

A gearbox model with green housing showing the mesh and the inside with yellow rotating gears.
このギアボックスのモデルでは, ハウジング (緑) が74自由度 (DOF) の同等の動的モデルに縮小され, ギアメカニズムのサポートとして機能します. その場合, 回転歯車の合計の強い非線形モデルには170 DOF があります.

ねじり軸対称

固体力学インターフェースでは, 2D 軸対称で円周方向の変形を含めることができるようになりました. これを有効にするには, フィジックスインターフェースの軸対称近似セクションで円周方向の変位を含めるチェックボックスをオンにします. このオプションを使用すると, たとえば, 計算効率の高い方法で軸対称構造のねじれをモデル化できます.

A 3D hollow shaft model showing the von Mises stress (left) and gray 2D axisymmetric model (right).
ねじりを受ける中空シャフト. 灰色の輪郭は解析に使用された2D軸対称ジオメトリを示し, 結果は回転データセットを使用して3Dで表示されます.

任意位置での点荷重

新しいポイント荷重 (自由)および_リング荷重 (自由) _機能を使用すると, 幾何学的なポイントまたはメッシュノードと一致しない任意の位置にポイント荷重を適用できます. これは次の場合に特に役立ちます:

  • 荷重適用に適したポイントがない可能性があるインポートされたメッシュ
  • 移動荷重
  • 多くの点荷重があるモデル.すべての荷重位置にジオメトリ点を作成することが現実的でない場合.

この機能は固体力学 (シェル), プレート, メンブレイン, 梁, トラス, マルチボディダイナミクスインターフェースで利用可能です.

A solid block model with two point loads on top represented by yellow arrows.
ソリッドブロック上のメッシュに依存しない2つの点荷重.

大幅に簡単になった機械接触モデリング

機械接触を含むアセンブリの構造解析の設定が大幅に簡単になりました. これはペア, 接触, および連続機能の自動化が組み込まれているためです. モデルに少なくとも1つの接触ペアがある場合, デフォルトの接触ノードが関連する構造力学インターフェースに自動的に作成されます. 同様に, 少なくとも1つのアイデンティティペアがある場合, デフォルトの連続性ノードが自動的に作成されます. したがって, ジオメトリ内のパーツが互いに隣接して配置されている場合, ジオメトリシーケンスのアセンブリノードで自動ペア作成を設定している場合, 物理的にもパーツが接続されていることになります.

ペア機能の一般的な再定式化の結果, 接触設定における現在のフィジックス外のソースチェックボックスは不要になり, 廃止されました. つまり, 異なるフィジックスインターフェース間の接触も自動的に処理されます.

接触, または 連続性を含むすべてのモデルがそれに応じて更新されました.

The COMSOL Multiphysics UI showing the Model Builder with the Contact node highlighted, the corresponding Settings window, and an arch model in the Graphics window.
接触ノードは固体力学インターフェースとシェルインターフェースの両方で自動的に生成されます. ただしソリッドがペアのソース側として機能するため, コントロールの完全なセットが存在するのはシェル側のみです.

新しいダンピングモデル

力学材料モデルに新しいダンピングモデルが追加されました:

  • 波の減衰モデルは本質的に粘性モデルですが, 材料内の弾性波の減衰の測定データによって与えられたパラメータを使用します. これは弾性波の線形弾性材料で使用できます.
  • 最大損失係数モデルは, 主に, 損失係数の表現が周波数領域で適切な説明を提供する材料の時間領域解析を目的としています. この減衰モデルは粘性減衰をサポートするすべての材料モデルで使用できます.
  • 圧電材料機能には機械ダンピングの最大損失係数に加えて, 誘電損失の新しい周波数領域減衰モデルである複素誘電率があります.
  • 電荷保存 (圧電性)においてデバイとマルチポールデバイの2つの新しい分散モデル, デバイおよびマルチポールデバイ を追加できるようになりました.

誘電体のデバイ分散モデル

誘電体材料に新しいダンピングモデルが追加されました. 電荷保存で材料の種類を固体に設定すれば, 分散誘電体材料モデルが利用可能になります. 分散サブノードでは, デバイおよびマルチポールデバイ分散モデルのいずれかを選択することができます. この機能は, 周波数領域解析と時間依存解析で利用できます. なお, この材料モデルには, AC/DC モジュールまたは MEMS モジュールが必要となります.

The COMSOL Multiphysics UI showing the Model Builder with the Dispersion node highlighted, the corresponding Settings window, and a 1D plot in the Graphics window.
マルチポールデバイ分散モデルは周波数に依存する誘電体の特性をモデル化するために使用されます.

低減積分

構造力学とメンブレインインターフェースでは, 低減積分として知られる数値手法のための新しいフレームワークが追加されました. 積分の削減は積分点あたりの計算コストが高い場合に特に役立ちます. これは多くの高度な材料モデルに当てはまります. 一部の材料モデルでのロック問題を軽減するためにも使用できます.

線形形状関数を持つ要素の場合, 積分低減すると剛性マトリックスに特異点が生じる可能性があります. これは, アワーグラス安定化を追加することで打ち消されます.

削減積分はさまざまな材料モデルの直交設定セクションから制御されます. 線形弾性材料などのトップレベルの材料モデルで使用できます. 選択した積分ルールは, 追加される可能性のあるすべてのサブノードに継承されます.

静電気および電流の対称面

新しい対称面機能が静電気および電流インターフェースで使用できます. これは電界の対称性と反対称性の条件を提供します. 反対称の場合, 基準電位を設定して, 場が反対称である電位 (デフォルトは接地) を指定できます.

弾性波 (陽的時間発展) の変位計算ポスト処理機能

変位計算と呼ばれる新しいポスト処理機能が弾性波 (陽的時間発展) フィジックスインターフェースに追加されました. この機能により, 一連の補助 ODE を解くことにより, ポイント, エッジに沿った, 境界上, またはドメイン内の変位を最適に計算できます. 新しい機能は弾性波 (陽的時間発展) モデル, または圧電材料モデルなどの材料モデルにサブ機能として追加されます. この機能は結果に影響を与えませんが, ポスト処理にのみ使用され, 変位の可視化とポスト処理に使用できるフィールド変数を生成します. この機能は追加の方程式を追加して解くため, 余分な計算リソースが必要です.

粘弾性改善

粘弾性材料モデルにいくつかの重要な改善が追加されました:

  • 周波数領域および時間依存の解析で, すべての粘弾性モデルが拡張され, 体積変形にも粘弾性を含めることができます.
  • 一般化されたマクスウェルモデルで, 規定の負荷の帯域幅外の周波数範囲を表すブランチを枝刈りすることができるようになり, 数十の粘弾性ブランチを持つモデルの時間依存解析のパフォーマンスが向上します.
  • 周波数領域解析において, 新しいユーザー定義の粘弾性モデルにより, 損失および貯蔵係数またはコンプライアンスの周波数依存式を入力できるようになりました.
  • 粘弾性方程式の新しい定式化により, 減衰固有振動数問題の標準的な手順を使用して, 粘弾性材料を含む構造の固有振動数を解くことができるようになりました. 以前は固有値の問題は周波数が非線形であり, 一度に1つの固有振動数しか見つけることができませんでした.

混合配合の改善

混合配合を選択するオプションがある材料モデルで, 追加の従属変数 (圧力または体積ひずみ) の離散化を変更できるようになりました. これにより圧縮率の低い材料のロックや不安定性を簡単に回避できます.

線形弾性材料設定で混合配合を選択すると, 材料モデルの新しい離散化セクションが自動的に表示されます. このセクションでは追加の従属変数のさまざまなタイプの形状関数から選択できます.

新しいチュートリアルモデル

COMSOL Multiphysics® バージョン6.0 では MEMS モジュールに3つの新しいチュートリアルモデルが追加されました.