comsol®产品套件

使用结构力学模块进行机械分析

FEA软件用于结构分析

结构力学模块是comsol多物理学®平台为您带来建模工具和功能,以分析固体结构的机械行为。应用领域包括机械工程,土木工程,地球力学,生物力学和MEMS设备。使用结构力学模块,您将能够回答有关压力和应变水平的问题;变形,刚度和依从性;固有频率;对动态载荷的响应;和屈曲不稳定,仅举几例。

将结构力学模块与Comsol的其他模块相结合®产品套件允许进一步扩展模型,包括传热,电磁学和流体流动效应 - 都在一个模拟环境中。

以下类型的分析可以使用结构力学模块进行:

  • 固定
  • 特征频率
    • 未阻碍
    • 抑制了
    • 预应力
  • 短暂的
    • 直接或模式叠加
  • 频率响应
    • 直接或模式叠加
    • 预应力
  • 参数
  • 准危机
  • 线性屈曲
  • 模式分析
  • 模态减少顺序
  • 响应频谱
  • 随机振动

您可以使用结构力学模块进行建模

comsol多物理学®FEA软件带有预定义的物理学接口使用专门设置,可以轻松设置和运行分析。结构力学模块包括预定义的材料模型以及根据分析的性质输入用户定义的材料模型的能力。您还可以优化设计设计的几何尺寸,负载和材料特性优化模块添加在。

查看有关您可以使用以下结构力学模块建模的更多详细信息。

你可知道?物理界面是预定义的软件包,其中包含某个物理模拟领域的元素制剂,材料模型和边界条件。

固体力学接口,3D可用;2D(平面应力,平面应变和广义平面应变);和2D轴向对称性,提供了分析固体结构的最通用方法。通过使用几何非线性公式,您可以使用任意旋转和应变的情况分析情况。

有各种各样的材料模型可以准确地描述您的固体力学问题,并且很容易通过基于方程式的建模扩展这些功能。用恒定的,空间变化或非线性表达式定义材料特性;查找表;或这些组合。可以根据用户定义的表达式激活和停用元素。

接触模型可以包括静态和动态分析,摩擦,粘附,脱粘和磨损。接触中的对象可以任意大型相对位移。

对于薄结构,使用壳(3D,2D轴对称)和板(2D)元素可能非常有效。配方允许对厚壳建模所需的横向剪切变形。您可以规定正常表面的方向的偏移,这简化了建模,您可以使用几何形状的完整3D表示工作。壳元素分析的结果可以在两个平行表面上显示,这有效地导致了3D可视化。

非常薄的结构,例如薄膜和织物,需要一个没有弯曲刚度的配方。这在界面,其中3D或2D轴对称中的弯曲平面应力元件用于计算面内和平面外位移。在研究这种类型的结构时,可以广泛使用从预应力开始的能力。

在薄结构的接触分析中,考虑了厚度和偏移等属性。

包括外壳的支架模型的示例。 创建实心壳连接以在支架上进行分析。左:顶部(黑色)和底部(白色)壳表面,其固体部分以银为单位。右:彩虹情节显示了支架中的压力。

有一些用于建模光束的专门元素类型,这些元素类型是细长的结构,可以通过横截面特性(例如惯性的区域和力矩)充分描述。均具有细长光束(Euler-Bernoulli理论)和厚光束(Timoshenko理论)的配方。预定义的耦合允许将光束与其他元素类型混合,以研究固体和壳结构的增援。

光束界面包含许多内置横截面类型:

  • 长方形
  • 盒子
  • 管道
  • H profile
  • U-Profile
  • T型
  • C型
  • 帽子
  • 用户自定义

还可以评估任意2D横截面的横截面属性,并将其用作光束分析的输入。

此外,结构力学模块提供了管道力学界面,具有用于管道系统结构分析的专业元素。当与管道流量模块,所有类型的流体负荷可以自动应用于管道系统。最后,您可以对只能维持轴向力(桁架)的细长结构进行建模。这些元素也可以用于建模下垂的电缆和增强件。

结构力学模块为您提供了多种不同的负载和约束,从而有助于高保真建模。

例子:

  • 域,边界和边缘的分布载荷
  • 全力
  • 追随者负载
  • 重力
  • 移动负载
  • 用离心,科里奥利和欧拉力旋转帧
  • 弹簧和阻尼器
  • 增加的质量
  • 规定的位移,速度和加速度
  • 周期性边界条件
  • 低反射边界
  • 完美匹配的层(PML)
  • 无限元素

您会发现特殊类型的建模功能,例如:

  • 刚性连接器
  • 刚性域
  • 螺栓支撑
  • 螺栓线触点建模
  • 裂缝,评估J积分和应力强度因子
  • 应力线性化
  • 安全系数表达式
  • 负载案例的叠加
  • 有效材料特性的计算
    • 使用代表卷元素(RVE)
用结构力学模块建模螺栓支撑的一个示例。 该管连接模型中包括螺栓支撑,该模型还包括应力线性化。

结构力学模块可提供线性弹性,粘弹性和压电材料模型,但您也可以通过添加该材料来访问非线性材料非线性结构材料模块或者地质力学模块

您有许多可能扩展现有材料模型或创建自己的可能性:

  • 输入依赖压力,应变,空间坐标,时间或字段的表达式直接来自其他物理接口的材料属性
  • 在频域分析中,您可以输入复杂值的表达式
  • 您可以添加额外的PDE或ODE来提供非弹性应变贡献
  • 也可以在comsol多物理学中包括您自己的材料模型®通过使用C代码对外部功能进行编程软件

材料模型还可以适应热膨胀,吸湿性肿胀,初始应力和菌株以及几种类型的阻尼。材料特性可以是各向同性,正骨或完全各向异性的。

非线性结构材料模块和地质力学模块使用各种非线性材料模型扩展了结构力学模块的功能。无缝集成在comsol多物理学中®GUI,这些附加产品可用于纯非线性机乐动体育app无法登录械分析或与其他附加组合进行多物理分析。总的来说,您将找到75多种用于结构力学的材料模型。

非线性材料:

  • 弹性性
  • 超弹性
  • 非线性弹性
  • 粘塑性
  • 蠕变
  • 多孔可塑性
  • 塑造内存合金
  • 土壤可塑性
  • 具体的
  • 岩石
  • 损害
  • 用户定义的材料
在结构力学模型中使用粘弹性材料模型的一个示例。 用粘弹性材料模型对结构振动的振动减少的阻尼器进行建模。

您还可以通过添加薄的分层结构来分析薄的分层结构复合材料模块。该附加模块采用专门的分层材料技术,具有两种变体,层理论等效的单层理论,每个人都提供自己的利益。该模块可用于建模分层复合材料,例如纤维增强的塑料,层压板和飞机组件中发现的三明治面板,航天器组件,风力涡轮机叶片,汽车组件,船体船体等。

风力涡轮复合刀片的模型。 由厚PVC泡沫组成的风力涡轮复合刀片中的应力作为核心材料,每侧都被几层玻璃纤维复合材料包围,并结合了外部碳纤维覆层。

您可以使用疲劳模块,可作为结构力学模块的附加组件使用。疲劳模块允许进行各种疲劳分析,包括应变,应力和基于能量的疲劳,并与Comsol多物理完全集成®模拟环境。

疲劳分析:

  • 高周期疲劳
    • 基于应力范围
  • 低周期疲劳
    • 基于应变范围或能量耗散
  • 雨流周期计数
  • 累积损害
  • 基于关键平面方法的多轴疲劳
  • 振动疲劳
轮辋模型的疲劳分析。 在高周期疲劳分析后,显示了轮辋的最大疲劳用法因子。

分析使用多体动力学模块。它提供了一套广泛的工具,用于模拟柔性和刚体的混合系统。与结构力学模块一起,耦合到固体力学,,,,, 和光束接口可访问整个结构力学功能。

多体动态功能:

  • 2D和3D分析的10个不同的关节
  • 弹簧和阻尼器
  • 齿轮
  • 连锁驱动器
  • 僵硬的身体接触
  • 静态,瞬态,特征频率和频域分析
  • 总机械系统
洗衣机的多体动力学模型。 对振动洗衣机的特征频率分析给出了模式的形状,并且时间相关的分析给出了相关的位移。

添加旋转动力学模块在不对称和旋转的旋转机中建模组件和零件可以导致不稳定性和破坏共振。

动力学能力:

  • 固体或光束理想化
  • 流体动力轴承
  • 期刊和推力轴承
  • 滚子轴承
  • 坎贝尔图
  • 轨道
  • 瀑布和旋风
往复式发动机曲轴的转型模型。 往复式发动机曲轴被建模为具有流体动力轴承的固体转子,以使曲轴和流体压力,杂志轨道和轴承的横向位移产生应力。

进口CAD几何形状

为了从第三方CAD软件生成的结构设计中产生模拟,您可以从下面的接口产品中选择与Comsol Multiphysics连接乐动体育app无法登录®

CAD导入模块和设计模块

将各种行业标准的CAD格式导入comsol多物理学®用于模拟分析CAD导入模块。可用功能包括修复和清理CAD几何形状的选项,以准备网格和分析以及进入寄生虫®几何内核,用于高级固体选项。这设计模块还包括这些功能,此外,它还可以执行以下3D CAD操作:阁楼,圆角,倒角,中表面和变厚。

与Livelink™产品接口乐动体育app无法登录

从一系列接口产品中进行选择,这些产品使您可以将设计从CAD软件导入c乐动体育app无法登录omsol多物理学®执行高级模拟。借助Livelink™产品,您可以保留乐动体育app无法登录CAD-NATIDATE模型的参数化,以便您可以在COMSOL中执行参数研究和优化®软件,无需重建模型参数。

您还可以同时更新CAD系统和COMSOL多物理中的几何参数®,以及对几个不同的建模参数进行参数扫描和优化。

可用于:

  • 扎实的作品®
  • 发明者®
  • AutoCAD®
  • PTC®克里®参数™
  • PTC®专业/工程师®
  • 固体边缘®
将几何形状导入COMSOL软件的管道拟合模型。 管道拟合几何形状被导入comsol多物理学®用于分析。几何形状被简化为2D轴对称模型。最终的分析显示了钢配件的应力和接触点处的压力。

用于扩展结构力学分析的多物理耦合

在许多情况下,结构行为与其他物理现象紧密耦合。comsol多物理学的优点之一®您可以在同一软件环境中混合两个或多个交互的轻松性。对于许多常见情况,如下所述,有内置的耦合功能。对于其他情况,您可以轻松地自己设置耦合。

流体结构相互作用

研究流体和固体结构之间的相互作用,包括流体压力和粘性力。该结构的变形在流体上充当边界条件,可以任意大。流体结构的相互作用可以发生在零件之间,其中流体和结构共享网格或组件,那里不必与共享网格有共同的边界。

热应力

使用专门的多物理耦合模拟热应力和热弹性阻尼。结构的材料特性也可以取决于温度场。接触应力不仅会影响机械溶液,还会影响通过接触表面的热通量。

振动,声学和弹性波

研究声学结构相互作用;振动;声壳,固体声和压电声相互作用;和通过添加弹性波传播声学模块

地下流

添加地下流量模块或者多孔媒体流量模块为了增强固体力学界面,具有孔隙弹性和多孔介质流动。

压电和磁曲折

可以通过在固体力学静电接口。提供许多流行的压电材料的材料特性。

结合AC/DC模块结构力学模块将固体力学和磁性物理学搭配起来,以基于磁截图的原理对广泛的传感器和执行器进行建模。

MEMS结构和压电性

添加MEMS模块对于特定于mems的结构模拟。内置的耦合使得可以轻松地分析压电性,由于静电力而引起的机电挠度和电绞击。

高频电磁学

将结构力学模块与RF模块,,,,波光学模块, 或者射线光学模块对于机械变形和应力影响RF,微波或光学设备的性能的分析。

低频电磁学

结合AC/DC模块借助结构力学模块,可以在您的结构分析中添加电磁效应,例如由于电磁力引起的变形,焦耳加热的热膨胀以及电力机械接触。

建模铝挤出的一个多物理示例,该铝挤出考虑了FSI和热应力。 在铝挤出过程中,考虑流体结构的相互作用和热应力。
压电传感器模型的多物理示例。 该压电声传感器模型求解了电荷载和产生的声压的换能器中的应力和变形。
使用COMSOL多物理软件对非线性磁截图进行建模的示例。 对磁刻度传感器进行了建模,以模拟传感器中的应力和位移以及整个磁场。
使用COMSOL多物理软件建模MEMS结构的示例。 在此预应力的微龙例示例中,静电力移动到身体,而手臂末端则固定在适当的位置。
结合结构和光学模式分析的示例模型。 通过运行结构分析,然后进行光学模式分析,在该光子波导中证明了应力光效应。

仿真应用程序:自定义您的模型输入和输出的简化设计过程

考虑一下,如果您不必为团队中的其他人进行重复的仿真测试,就可以将时间和精力投入到新项目上。使用应用程序构建器,包括Comsol多物理学®,您可以通过使您能够限制输入并控制模型的输出,从而进一步简化模拟工作流程,从而进一步简化模拟工作流程,从而使同事可以运行自己的分析。

使用专门的应用程序,您可以轻松更改设计参数,例如几何尺寸或材料属性,并根据需要进行多次测试,而无需重新运行整个模拟。您可以使用应用程序更快地运行自己的测试,也可以向团队的其他成员分发应用程序以运行自己的测试,从而进一步释放您的其他项目的时间和资源。

该过程很简单:

  1. 将您的结构力学模型转换为专业的用户界面(应用程序)
  2. 通过为应用程序用户选择输入和输出来自定义您的需求应用程序
  3. 使用comsol Server™或者comsol Compiler™乐动体育app无法登录使其他团队成员可以访问的产品
  4. 使您的团队能够在没有进一步帮助的情况下进行自己的设计分析

您可以通过构建和使用仿真应用程序来扩展整个团队,组织,课堂或客户群的模拟功能。

用于分析管道拟合设计的示例应用程序。 在此干扰管拟合应用中,用户可以编辑管道尺寸,重叠区域和摩擦系数,以查看其对管道的有效压力,接触压力和变形的影响。

每个业务和每个模拟都需要不同。

为了充分评估comsol多物理学是否®软件将满足您的要求,您需要与我们联系。通过与我们的一位销售代表交谈,您将获得个性化的建议和充分记录的示例,以帮助您充分利用评估,并指导您选择适合您需求的最佳许可选项。

只需单击“联系comsol”按钮,填写您的联系方式以及任何特定的评论或问题,然后提交即可。您将在一个工作日内收到销售代表的回应。

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