COMSOL Multiphysics^® 5.6 リリースハイライト

ダウンロード

MEMS モジュールアップデート

MEMS モジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics^® バージョン5.6は強化された電歪機能と改善されたチュートリアルモデルが加わりました. 以下のすべての MEMS アップデートを参照してください.

電歪マルチフィジックスインターフェース

電歪をモデル化する機能は, 以前は電気機械マルチフィジックスカップリングノードで利用可能でした. その機能は大幅に強化され, 新しい電歪マルチフィジックスインターフェースに移行されました. このインターフェースは, 新しい電歪マルチフィジックスカップリングとともに, 固体力学および静電気インターフェースで構成されています. 静電気では, 標準の電荷保存則材料モデルが使用されます. 必要に応じて, 新しい機能を単独で追加して使用することも, 電気機械力ノードと一緒に使用することもできます.古い電歪機能を使用する既存のモデルの場合, モデルを開くと, 新しい電歪ノードが自動的に追加されます.

スクリーンショットを見る

静電気における強誘電体材料モデル

静電気インターフェースの電荷保存機能のために, 誘電体材料モデルのリストが強誘電体材料オプションで拡張されました. 強誘電体材料モデルは, JilesAtherton 磁気ヒステリシスモデルの誘電等価物です. 時間変化磁化の代わりに, 時間変化分極をモデル化します. この機能は, 強誘電体材料の新しい Hysteresis in Piezoelectric Ceramics チュートリアルモデルで使われています.　この機能を使うためにはAC/DCモジュールが追加で必要です.

A closeup view of the COMSOL Multiphysics version 5.6 UI with the Model Builder; Charge Conservation, Ferroelectric settings; a blue geometry in the Graphics window; and a point graph of the electrostrictive strain tensor.

3つの異なる振幅を持つ調和的に変化する電界の関数としての電歪ひずみの変化の例

固有周波数解析の幅広いサポート

固有周波数スタディが AC/DC モジュールのインターフェース: 電流, 電流 (シェル), 電流 (積層シェル), 電気回路, 静電気, 磁場で利用できるようになりました. 磁場インターフェースの完全波動キャビティモード解析のサポートに加えて電気回路を含むモデルの固有周波数解析が実行できるようになりました. この固有周波数解析サポートは主に AC/DC モジュールのために開発されていますが, 影響のあるフィジックスのうちの一つをもつ他のモジュールでも利用できます.

スクリーンショットを見る

新しく強化された電気回路インターフェースの機能

時間依存スタディでは電気回路インターフェースにはイベントベースのスイッチ機能が装備されています. これにより回路内の特定の接続の瞬時オン・オフスイッチをモデル化できます. スイッチは電流制御, 電圧制御またはユーザー定義のブール式によって制御できます.

さらにパラーメーター化サブ回路定義が追加されています. サブ回路インターフェースと組み合わせることで, より小さな回路を含む独自のビルディングブロックを作成し, より大きな回路内の複数のパラメーター化されたバリアントを使用することができます. 最後に状態, イベントおよびソルバーのマシナリーが改善され, 特に非線形 (半導体) デバイスの過渡的なモデリングがより堅牢になりました.

回路の改良点は主に AC/DC モジュール用に開発されていますが, 電気回路インターフェースへのアクセスを提供する他のモジュールもメリットを得られます. これらの新しい機能は以下の更新されたモデルで見ることができます:

スクリーンショットを見る

ダイナミック接触

ダイナミック接触の新しいアルゴリズムは, 過渡的な接触イベント中の運動量とエネルギーの保存を大幅に改善します. これは, 以前のバージョンよりも大幅に大きな時間ステップで, 過渡的な接触の問題を正確にモデル化できることを意味します. 新しい方法にアクセスするには, 接触ノードでペナルティのダイナミックまたは拡張ラグランジュのダイナミック定式化を選択します. この機能は Impact Between Two Soft Rings と Impact Analysis of a Golf Ball チュートリアルモデルで確認できます.

スプリングとダンパーの接続ポイント

すべての構造力学インターフェースで, スプリングダンパーと呼ばれる新機能が追加され, 2点をスプリングやダンパーで接続します. ポイントは幾何学的なポイントにすることができますが, たとえば, アタッチメントを使用したり, 剛体に直接接続したりすることで, 抽象的にすることもできます. ばねは, 2つの点の間の線に沿って力が作用する物理的なものか, 2つの点のすべての並進および回転の自由度を接続する完全なマトリックスによって記述されるもののいずれかです. この機能により, 2つの異なるフィジックスインターフェースのポイント間にスプリングを接続することもできます.

スクリーンショットを見る

弾性波伝搬のポート境界条件

固体力学インターフェースで利用可能な新しいポート境界条件は, 固体導波管構造に出入りする弾性波を励起および吸収するように設計されています. 特定のポート条件は, 1つの特定の伝搬モードをサポートします. 同じ境界で複数の港湾条件を組み合わせると, たとえば, 縦モード, ねじれモード, 横モードなど, 伝播する波の混合物を一貫して処理できます. いくつかのポート条件を組み合わせた設定は, たとえば, 完全整合層 (PML) 構成または低反射境界機能に対する導波路の優れた非反射条件を提供します. ポート条件はSパラメーター (散乱パラメーター) 計算をサポートしますが, システムを励起するためのソースとしても使用できます. 反射波と透過波のパワーは後処理で利用できます. 伝搬モードを計算および識別するために, 境界モード解析スタディをポート条件と組み合わせて使用できます. この機能は Mechanical Multiport System: Elastic Wave Propagation in a Small Aluminum Plate チュートリアルモデルで確認できます.

A closeup view of the COMSOL Multiphysics version 5.6 UI with the Model Builder, Port settings, and a rainbow surface plot showing the displacement magnitude of a four-port structure to the right.

4つのポートを持つ構造の例

剛体コネクター改善

剛体コネクター機能で複数の改善があります. シェルと梁のインターフェースでは, 選択の選択肢がトップレベル, つまりそれぞれ境界とエッジに拡張されました. 回転の中心がポイントの選択によって定義されている場合, そのポイントはフィジックスインターフェース自体の一部である必要はありません. さまざまなフィジックスインターフェースの剛体コネクターを結合して, 新しいタイプの仮想剛体オブジェクトを定義できます (この選択は剛体コネクターの設定の詳細セクションにあります). 固体力学, シェルおよび梁インターフェースでは, NASTRAN^® 形式でインポートされたファイルのRBE2要素から剛体コネクターを自動的に生成できます. これは, これらのインターフェースの設定にある自動モデリングという名前のセクションから制御されます. インポートされたファイルの接続を模倣するために, 剛体コネクターは複数のフィジックスインターフェースに属することができます.

The Graphics window in COMSOL Multiphysics version 5.6 showing a gray solid and an orange bolt.

梁インターフェースを使用してモデル化されたボルトの終点は, 固体力学インターフェースを使用してモデル化された, ソリッドフェース上のいくつかの境界にしっかりと接続されています.

回転座標系速度を規定するための新しいオプション

固体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の回転座標系ノードに新しい剛体オプションが追加されました. このオプションを使用すると, 回転軸の周りに時間依存のトルクを入力し, 回転速度は剛体の運動方程式の積分によって計算されます.

接触の改善

新しいダイナミック接触および摩耗機能に加えて, 接触力学の分野では他にもいくつかの改善があります. 完全連成されたソルバーを拡張ラグランジュ接触アルゴリズムと一緒に使用すると, ソルバーシーケンスの設定が簡単になり, 一部の問題の安定性と収束が向上します. また, 接触の下の摩擦サブノードで, 摩擦モデルとして定義されたユーザーを選択して, 他の変数に関してスライドを引き起こす接線力の式を直接入力できます. 最後に, ペナルティ法と拡張ラグランジュ法の両方に対して, ペナルティ係数を提供するいくつかの新しい方法があります.

スクリーンショットを見る

粘弾性の改善

Maxwell と一般化 Kelvin-Voigt の2つの新しい粘弾性モデルが追加されました. Maxwell 材料は, 一定の応力下での長期的な変形に制限がないため, 液体の一種と見なすことができます. 一般化 Kelvin-Voigt モデルには, いくつかの時定数を持つ Prony 級数表現があります. 概念的には, 直列に接続されたケルビン要素 (ばね要素とダッシュポット要素が並列) のセットで構成されます.

周波数領域解析では, すべての粘弾性モデル (一般化 Maxwell, 一般化 Kelvin-Voigt, Maxwell, Kelvin-Voigt, 標準の線形固体, および Burgers) が分数階微分表現によって拡張されています. 分数時間微分表現を使用すると, 一部の材料の実験に材料データを簡単に適合させることができます. 一般化 Maxwell モデルと標準の線形固体粘弾性モデルを使用した時間領域解析では, パフォーマンスが最大1桁向上しました.

Tool–Narayanaswamy–Moynihan シフト関数は, ガラスおよびポリマーのガラス転移温度を表すために一般的に使用されます. これは, 粘弾性ノードのシフト関数のセットに追加されました.

スクリーンショットを見る

固体力学で過渡弾性波問題を解くための新しい設定

固体力学インターフェースでは, 時間領域の弾性波の問題を求解する際に正しく効率的なソルバーの設定を確実にする新しい設定が導入されました. 設定は過渡音響インターフェースの既存の設定と似ています. 固体力学インターフェースノードで最大分解周波数を指定するオプションを指定する新しい過渡ソルバー設定セクションが導入されました. これはソースの励起の最大周波数または励起できる最大固有値モード周波数です. 自動的に生成される推奨ソルバーには波の伝播に適切なソルバーを使用し, 時間と空間の両方で適切な解像度を確保する設定があります.

スクリーンショットを見る

改善されたモデル

Thin-Film BAW Composite Resonator モデルはいくつかの点で更新されました. 完全整合層 (PML) ドメイン条件のパフォーマンスを向上させるために, PML スケーリング, 曲率, およびメッシュは, より長い波長をカバーするように調整されます. 典型的な波の速度は, 材料の境界を越えて一定になります. さらに, 固有振動数の領域検索法を使用して, スプリアス解を回避します.

Piezoelectric Rate Gyroscope モデルは, 簡略化されたジオメトリと洗練されたメッシュで更新されました. さらに, 固有振動数のスタディが更新され, 系全体を求解できるようになりました. これは, 周波数領域のスタディと一致しています.

Electrostrictive Disc モデルは強誘電体弾性機能を使って更新されました.