COMSOL Multiphysics^® 6.0 リリースハイライト

構造力学モジュールアップデート

構造力学モジュールのユーザー向けに, COMSOL Multiphysics^® バージョン6.0は, 新しい磁気機械マルチフィジックスインターフェース, コンポーネントモード合成 (CMS), およびメンブレインの皺を導入しました. これらのアップデートについては以下をお読みください.

磁気機械マルチフィジックスインターフェース

電磁気 (構造相互作用) ブランチのフィジックスの追加ツリーに, 磁気効果と機械効果のカップリングを解析するため, 磁気力学と磁気力学 (電流なし) の2つの新しいフィジックスインターフェースが追加されました.典型的なアプリケーションは, 磁場が固体に変形を誘発する場合, または逆に, 移動する構造が磁場を変化させる場合です. この機能は磁力による鉄板の新しい変形チュートリアルモデルで使用されます. この機能には AC/DC モジュールが必要であることに注意してください.

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, 圧電結合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弾性波 (陽的時間発展) インターフェースを静電インターフェースと連成します.

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. これにより数百万の自由度 (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.

弾性波 (陽的時間発展) における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) 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, 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, 変位の可視化と後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, この機能を使用するには追加の計算リソースが必要です.

大変形を伴う多孔質弾性のためのフィジックスインターフェース

新しい多孔質弾性 (大変形) (固体) マルチフィジックスインターフェースは, 有限の構造変形の下で多孔質弾性をモデル化するために使用されます. このインターフェースを使用すると, 多孔質弾性固体の形状に大きな変化があり, その結果として多孔性が変化する状況をモデル化できます. この新しいインターフェースには多孔質媒体流れモジュールが必要であることに注意してください.

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. この機能は新しいAxisymmetric Twist and Bendingのチュートリアルモデルで使用されていることがわかります.

梁断面データの評価と可視化の強化

梁断面インターフェースが 3D で利用できるようになりました. 3D バージョンでは断面を押し出し, 梁の応力の完全な3D表現を表示することができます. インターフェースの 2D バージョンも大幅に更新されました. 大きな変更の1つはインターフェースが複数の断面を処理できるようになったことです. さらに, 片側の梁断面インターフェースと反対側の梁またはパイプ力学インターフェースの間でデータを転送するための, 新しいマルチフィジックスカップリング, 梁断面-梁カップリングおよび梁-梁断面カップリングがあります.

任意の場所でのポイント荷重

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
• 多くのポイント荷重があるモデル.すべての荷重位置にジオメトリ点を作成することは実用的でない場合.

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, およびマルチボディダイナミクスインターフェースで使用でき, [Pratt Truss Bridge] (/model/8511) チュートリアルモデルで使われています.

シェル可視化の改善

シェルデータセットを使用する場合, 完全なソリッド表現を使用して結果をシェルモデルにプロットできるようになりました. 結果量の厚さ方向の分布は, シェルがソリッドオブジェクトで表されているかのように可視化することもできます.

非連結シェル間の結合

シェルインターフェースでは3つの新しい境界条件とエッジ条件が追加され, ジオメトリにギャップができるように配置されたシェルのパーツ間の結合が容易になりました. これらはエッジからエッジ, エッジから境界, および境界から境界です. カップリングは剛性または弾性にすることができます. 一部のアプリケーションは:

• パーツ間にギャップがあるインポートされたジオメトリ同志の結合.
• パーツ間の残りいのギャップを持中間面と, 新しいカップリングによるパーツの結合.
• Tジョイントで共通のエッジを使用することによって引き起こされる人為的な柔軟性の回避. シェルの厚さをより正確に考慮できるようになりました.
• 溶接モデリング. フレキシブルバージョンのカップリングを使用して溶接部の力を評価.

シェルの上面または下面への荷重

シェルとプレートの境界面に, 中間面だけでなく, 上面と下面にも荷重を加えることができるようになりました. 厚み方向の実際の位置を使用することは, 特に湾曲している場合に, かなりの厚みを持つシェルにとって重要になる場合があります. その理由は対応するトルクの寄与が考慮されないためです.この新しい機能は更新されたConnecting Shells and Solidsチュートリアルモデルで使われています.

コンポーネントモード合成

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. この新しい機能はComponent Mode Synthesis Tutorial チュートリアルモデルで使われています.

非常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.

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.

ボルトモデリングの強化

ボルトで固定された構造をモデル化する際の生産性を向上させるために, いくつかの機能強化が導入されました:

• ボルトプリテンション機能が梁インターフェースでも利用できるようになり, 梁要素を使用したボルトの簡略化されたモデリングが容易になりました.
• 固体-梁接続マルチフィジックスカップリングが拡張され, 梁上のポイントを固体上のエッジに接続するオプションが追加されました. この拡張機能はボルトモデリングに限定されるものではありませんが, 梁要素を使用してボルトをモデリングする場合のボルトヘッドの簡略化された表現に特に役立ちます.
• 単一のボルトプリテンションスタディステップを使用して, ユーザー定義の順序でボルトのセットを締めることができるようになりました. これにより, ボルトを締める順序が重要なケースをモデル化するのがはるかに便利になります.
• ボルトの予圧は締め付けトルクの観点からも規定できるようになりました.
• モデルにボルトが存在する場合, ボルト力を含む評価グループが自動的に作成されます.
• 識別ボルトラベルが自動的に生成されるようになりました.

これらの改善は新しいModeling of Pretensioned Boltsチュートリアルモデルで見ることができます.

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.
• 一般化マッ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. これらの改善は更新されたEigenmodes of a Viscoelastic Structural DamperとViscoelastic Structural Damper — Transient Analysisチュートリアルモデルで見ることができます.

メンブレインの皺寄せ

メンブレインはすべての面内応力が引張りである場合にのみ安定します. メンブレインの主応力がゼロを下回ると剛性マトリックスは特異になります. 物理的にはこれは皺が発生することを意味します. この状況はメンブレインインターフェースの線形弾性材料ノードの下に新しい皺サブノードを追加することで処理できるようになりました. この新機能は次のモデルで確認できます:

• inflation_of_a_square_airbag
• torsion_of_a_circular_membrane
• uniaxial_stretching_of_a_rectangular_membrane

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:

• 波のダンピングモデルは本質的に粘性モデルですが, 材料内の弾性波のダンピング測定データによって与えられたパラメーターを使用します. 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. このダンピング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ダンピング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.

亀裂モデリング強化

亀裂機能を使ったモデリングでいくつかの改善があります:

• 亀裂閉鎖サブノードを追加することにより, 亀裂の過剰閉鎖を禁止できるようになりました. これにより亀裂の摩擦も考慮に入れることができる接触条件が追加されます.
• 面荷重サブノードを使用する場合, 特定の荷重ケースの荷重を制限およびスケーリングするために, 荷重グループを割り当てることができるようになりました.
• 応力拡大係数K_I, K_II, およびK_IIIが符号付きで計算されるようになりました. たとえば, 一連の荷重ケースのK_IIの範囲を決定することができます. K_Iの負の値は亀裂表面が重なっていることを示します (亀裂閉鎖が使用されていない場合). 3Dでの応力拡大係数の符号の定義を制御するために, 新しいサブノードであるリバースクラックフロントが追加されました.
• J積分サブノードの新しいオプションを使用すると, 応力拡大係数K_I, K_II, およびK_IIがJ積分からどのように決定されるかを詳細に制御できます.

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.

応力線形化の強化

固体力学インターフェースの応力線形化機能で便利になった二つの強化があります:

• 厚さ全体の応力分類線を定義するために幾何学的線を使用する必要がなくなりました. これで2つの任意の点の間にラインを使用できます. ポイントは幾何学的なポイントでも座標で指定された場所でもかまいません.
• 応力線形化の値は, 境界を越える場として表すことができます. この場合, 境界に直交するように伸びる多数の自動生成された線を使用して評価が実行されます. この方法を使用することにより, ストレス分類線を配置するための最悪の場所を見つけることができます.

これらの強化は更新されたTemperature-Dependent Plasticity in Pressure Vesselチュートリアルモデルで確認することができます.

ファイバー強化線形弾性材料

線形弾性材料の下に1つまたは複数のファイバーサブノードを追加することにより, 分散ファイバーの効果によって剛性を高めることができます. ファイバー含有量は総材料体積のごく一部であると想定されています. ファイバーの座屈をシミュレートするために, ファイバーは張力でのみ有効化することができます. ファイバーノードの下に熱膨張サブノードを追加することにより, ファイバーの熱膨張をモデル化することもできます.

固体中断面力の計算

固体力学に新しい断面力ノードを追加することにより, 固体構造の断面の断面力 (軸力, せん断力, 曲げモーメント, ねじりモーメント)を計算できます.　この新しい機能は更新されたPrestressed Bolts in a Tube Connectionチュートリアルモデルに使われています.

座屈解析の初期不完全性

完全な非線形座屈解析を実行するときに, 線形座屈解析からの座屈モードの線形結合をジオメトリの初期欠陥として使用できるようになりました. この機能は新しい座屈不完全ノードから制御されます. 更新されたLinear Buckling Analysis of a Truss Towerチュートリアルモデルがこの機能を使っています.

残留応力の入力

外部応力サブノード設定に残留応力と呼ばれるオプションがあります. 残留応力の寄与は変位に直接影響しません. つまり, 残留応力を入力するだけで他の荷重がない場合, 変位は発生しません. ただし, 応力はさまざまな材料モデルで使用される応力状態の一部になるという意味で, 応力テンソルに追加されます. これは, たとえば, 溶接後に材料に存在する残留応力を規定するために使用できます.

新しいチュートリアルモデル

COMSOL Multiphysics^® バージョン6.0 ではいくつかの新しいモデルが構造力学モジュールに追加されました.