Technical Papers and Presentations

电声领域的仿真，包括电磁感应、力学应力应变、声学性能、降噪电路等方面的仿真。 COMSOL既可以从单独物理场对需要研究的专业领域进行仿真分析，又可以将多个物理场耦合到一起对多个物理场条件下的领域进行仿真，极大的提高了电声产品的开发效率。 Read More

传统光学镜片在制造后规格固定，无法调节。尽管空间光调制器（SLM）能够实时调制光的相位或强度，但其分辨率、速度和功率限制使其在高功率或高帧率应用中表现不佳。可变形镜（DM）和微透镜阵列（MLA）因反馈回路复杂和响应速度较慢，难以满足超快脉冲激光器的要求。声光效应通过调节介质的折射率来实现光束调制，为克服这些局限性提供了有效的解决方案。在本研究中，我们使用了 COMSOL Multiphysics® 软件中的压力声学、固体力学、电路、几何光学和静电场模块进行仿真。首先，我们开发了一个二维声学透镜模型，以模拟液体在压电陶瓷片振动影响下形成的声压场 ... Read More

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 ... Read More

随着锂离子电池能量密度的不断提高，电池热安全问题日趋严峻。本研究基于电池热失控反应动力学模型和相变传热模型，结合电池与复合相变材料（compose phase change materail CPCM: paraffin/ expanded graphite PA/EG）间的传热规律，建立了一个二维数值计算模型，利用COMSOL Multiphysics软件进行多物理场建模与求解（图1）。首先，通过拟合产热率与温度变化的关系，构建了电池热失控模型。模型通过调整CPCM的物性参数（相变焓与导热系数），探索其对热失控传播的影响。为了确保计算精度，本研究进行了网格无关性验证 ... Read More

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 ... Read More

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。 Read More

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。 ... Read More

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 ... Read More

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。 Read More

煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭直接进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程。煤炭地下气化过程中，随着气化工作面的扩展，燃空区范围不断扩大，煤层顶板产生裂隙甚至发生冒落，对地下气化稳定运行造成不确定影响。相较于常规井工开采造成的顶板垮落，气化过程会产生大量热，顶板在煤层温度场高温作用下因热膨胀产生热应力，改变顶板内热应力的分布，同时温度会对顶板岩石的抗压强度、抗折强度、比热容、导热系数等造成影响。研究随着燃空区的逐渐扩展，顶板在温度影响下的应力场分布，对研究煤炭地下气化过程中的顶板冒落规律有重要意义。 ... Read More