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.
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井下牵引机器人是一种安装在测井、射孔或修井工具串前端的自驱动装置，其核心作用是解决传统电缆或钻杆输送方式的局限性。其工作环境极端，给设计与可靠性评估带来了巨大挑战。传统的经验设计和单场分析方法难以准确预测其在实际井筒中的结构特性与牵引性能。本研究基于COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台，对一款电动轮式牵引机器人进行了全流程的建模仿真与性能预测，建立了牵引机器人的几何模型，并系统性地研究了其核心物理过程。牵引机器人在运动过程中，伸缩臂可根据井筒尺寸自适应调节角度。将模型简化为二维结构，可以更直观地观察伸缩臂角度自适应调节的过程。在水平井 ... 詳細を見る
针对管线钢焊接接头在服役过程中易发生腐蚀而失效，引起重大的安全事故，而其腐蚀机制尚未得以清晰认识的问题，本文利用 COMSOL Multiphysics® 多物理场仿真软件的“腐蚀，二次电流”和“结构力学”接口对X80钢焊接接头的电偶腐蚀行为进行表征，得到焊接接头的电位和电流密度分布。结果表明，在无应力作用条件下，缺陷尺寸对X80钢焊接接头表面的电流密度分布的影响，主要是与电偶对中阴阳极面积比有关；在应力作用条件下，缺陷区域引起应力集中，应力集中的程度随应变的增加而增大，进而引起缺陷区域的电偶电流密度显著增大。在力学和电化学耦合作用下的体系中，弹性应变（小应变 ... 詳細を見る
微波消融是一种先进的局部热疗方法，已成为早期肝癌治疗的重要根治性手段之一。微波消融治疗肝癌的热力学机制对于精准化治疗策略、提升治疗效果至关重要。消融过程中组织所经历的热效应及伴随的形变特性直接关联其疗效的优劣，但临床直接测量难度巨大，建模仿真是推动该领域临床实践的有效工具。本研究通过微波与生物组织相互作用机制的数学表达，使用COMSOL Multiphysics仿真来分析消融过程中的热能分布以及由此触发的软组织热机械行为。本研究依据消融针的实际结构精确构建几何模型，并建立了电磁波与Pennes生物传热的多物理场耦合。鉴于肝脏组织电热特性对温度的敏感性 ... 詳細を見る
多晶硅真空定向凝固过程本质上是一个热科学的问题，其整个过程中涉及的传热、熔体流动、热应力与晶体生长相互协同、相互作用。因此，探究定向凝固过程中传热特性、熔体流动行为、热应力大小以及不同下拉速率对晶硅铸锭内的位错、晶界等缺陷之间的影响规律的深入理解是获得高质量晶体和高效多晶硅的前提和基础。 为此初步建立了多晶硅真空定向凝固过程的温度场—速度场—应力场耦合模型，模型中主要使用固体传热、表面对表面辐射、固体力学、层流和动网格物理场接口以及Marangoni效应等多物理场接口。通过模拟计算发现Marangoni对流会导致硅熔体流动速度增大3倍以上 ... 詳細を見る
为研究不同加热方式下煤岩内部裂隙在热力耦合作用下的变形特征，建立了微波和常规加热两种数值模型，考查了不同温度场分布特征下裂隙周边应力应变场的变化过程。研究结果表明：微波加热，温度场分布具有内高外低的特征，此时裂隙周边分布的应力多为压应力，且数值较大，裂隙边界位移表现为向内收缩；常规加热，温度场分布具有外高内低的特性，此时裂隙周边分布应力多为拉应力，但量值较低，裂隙边界位移表现为向外扩张；热源越靠近裂隙压应力越明显，反之拉应力明显。 詳細を見る
为了证明膨胀对电池厚度变化的影响，传统p2d模型耦合移动边界法新建立了一个模型。对复合材料的比例进行了详细分类，以准确分析两种材料对容量的贡献。此外，还研究了电极设计（如活性层厚度和负极孔隙率）以及工作条件对电池电化学性能和厚度变化的影响。当硅含量增加并改变电极结构时，容量贡献率从 85% 增加到 92%。当孔隙率从 40% 增加到 60% 以及负极活性层厚度从 55 μm 增加到 85 μm 时，容量利用率分别从 58% 到 79% 和从 68% 到 59% 不等。在速率测试中，当速率从 0.5 C 变化到 2 C 时，电池厚度变化从 2.49 μm 减小到 1.56 ... 詳細を見る
针对MEMS电容式压力传感器的非线性和空腔引线问题，提出一种非共面叉指电极结构，叉指电极重叠面积变化反映电容变化，从而改善了传感器的线性度。此外，腔外设计的叉指电极还避免了复杂的制造工艺。 本案例第一个研究模拟了不同施加压力对MEMS电容式压力传感器输出特性的影响；第二个研究模拟了环境温度对MEMS电容式压力传感器输出特性、电场分布以及热应力和变形的影响。第三个研究模拟了加速度对MEMS电容式压力传感器输出特性、电场分布以及机械应力和变形的影响。模型同时使用了“AC/DC模块”的“静电”接口以及“结构力学模块”的“固体力学”和“膜”接口。 ... 詳細を見る
气体渗流机制和渗透率演化是预测页岩储层天然气产量的重要因素。本文建立了多场耦合下的基质和裂缝的动态渗透率演化模型，并将其整合到COMSOL求解器中，并利用岩土力学和地下水流模块求解。此外，分析了基质收缩和应力敏感性对渗透率的影响。研究结果表明，孔径增大会增加页岩储层的气体渗流能力。与常规储层相比，由于气体多重流动机制，在小孔（1-10 nm）和低压（0-5 MPa）下，基质表观渗透率与达西渗透率之比高出约1-2个数量级。流动机制主要包括表面扩散，努森扩散和滑移流动。同时基质收缩和应力敏感性的综合影响导致纳米孔闭合，与基质初始渗透率相比，渗透率下降约1个数量级 ... 詳細を見る
钻井作业中，为保证工程安全、高效和经济的钻进，需要用到很多井下工具。本工作中，研究了井下工具推靠块在不同工况下的受力情况，推靠块前缘曲率的设计，是优化应力集中问题的关键。基于优化与成本的双重考虑，优化了前缘面的变曲率参数。此外，基于COMSOL Multiphysics开发了仿真APP。该APP可以实现对推靠块几何、材料参数和工况的仿真研究，并绘制应力和位移云图，为非专业人士的使用提供了便利，降低了仿真成本。 詳細を見る