COMSOL Multiphysics® Version 4.4 - Présentation des Nouvelles Fonctionnalités

Disponible à partir du 27 novembre 2013

Le plus puissant des logiciels multiphysiques a encore gagné en fonctionnalités. COMSOL Multiphysics version 4.4 propose désormais une nouvelle interface COMSOL Desktop évoluée et intuitive, un nouvel outil de configuration des modèles multiphysiques, des solveurs plus puissants, une recherche textuelle des variables, des correctifs importants et un plus grand confort d'utilisation. Cette vidéo vous propose un récapitulatif complet des principales fonctionnalités. Vous pouvez également cliquer sur l'un des menus ci-dessous pour découvrir en détail toutes les améliorations que vous réserve COMSOL Multiphysics® version 4.4.

Consultez notre webinaire sur COMSOL Multiphysics 4.4

Summary of Major News

  • COMSOL Multiphysics®

  • COMSOL Desktop® avec ruban
  • Sur les plates-formes Windows®, COMSOL Desktop® est doté du nouveau ruban conçu pour simplifier le flux de travail. Repérez rapidement les opérations dont vous avez besoin pour configurer un modèle et exécuter des simulations.
  • Nouveau nœud Multiphysics
  • Totalement nouveau, le nœud Multiphysics de l'arborescence du modèle permet de configurer des modèles multiphysiques

    • Combinez des interfaces physiques afin de définir vos propres multiphysiques
    • Choisissez l'un des couplages multiphysiques intégrés
    • Affichez chaque interface physique sous la forme d'un nœud distinct dans l'arborescence
  • Sélection en un seul clic
  • Une nouvelle méthode de survol-clic permet d'accélérer le processus de modélisation.
  • Recherche textuelle des variables
  • Dans l'environnement Windows, la recherche par auto suggestion permet de trouver rapidement les variables à utiliser dans les résultats.
  • Sous-séquences géométriques
  • La fonction de sous-séquences géométriques permet de faire appel aux primitives géométriques définies par l'utilisateur
  • Instructions If/Else
  • Les instructions if/else peuvent être utilisées dans l'arborescence du modèle pour créer une géométrie conditionnelle.
  • Unités de temps dans les solveurs
  • Les études et les solveurs permettent désormais de gérer les unités de temps.
  • Exportation des fichiers de maillage NASTRAN®
  • Exportez un maillage 2D et 3D au format de fichier de maillage NASTRAN®.
  • Electrique

  • AC/DC Module
  • Une bibliothèque de matériaux comportant 165 matériaux magnétiques non linéaires a été intégrée au AC/DC Module.
  • RF Module
  • Simulez des composants avec ports sur les frontières intérieures.
  • Wave Optics Module
  • Le Wave Optics Module propose désormais la diffusion avec un champ d'arrière-plan gaussien et une nouvelle interface Laser Heating.
  • Semiconductor Module
  • Le Semiconductor Module propose de nombreuses mises à jour, dont l'hétérojonction et l'ionisation par impact.
  • Mécanique

  • Heat Transfer Module
  • De nouveaux outils permettent de calculer rapidement le rayonnement en milieu participatif, l'effet thermoélectrique et l'échauffement dans les tissus biologiques.
  • Structural Mechanics Module
  • Le Structural Mechanics Module offre un accès facile aux forces de la dynamique du rotor, une nouvelle méthode des pénalités, particulièrement rapide, pour le contact et des couplages solide-coque mis à jour.
  • Fatigue Module
  • Nouvelles méthodes d'évaluation de la fatigue pour l'analyse des matériaux non linéaires (dont la fatigue thermique).
  • Multibody Dynamics Module
  • Extension de la fonctionnalité avec trois nouveaux types de jonction et frottement dans les jonctions.
  • Acoustics Module
  • Exécutez des simulations aéroacoustiques basées sur les équations d'Euler linéarisées.
  • Fluide

  • CFD Module
  • Modélisez la rugosité de surface des parois dans le cas d'un écoulement turbulent et bénéficiez d'une conservation nettement plus précise de la masse et de l'énergie en écoulement laminaire.
  • Nouveau produit : Mixer Module
  • Le Mixer Module permet de simuler des réacteurs et des mélangeurs sous agitation.
  • Multifonctionnel

  • Optimization Module
  • L'Optimization Module inclut deux méthodes supplémentaires : une méthode sans gradient (BOBYQA) pour l'optimisation dimensionnelle et une méthode basée sur les gradients (MMA) pour l'optimisation topologique.
  • Particle Tracing Module
  • Une nouvelle méthode permet désormais de simuler avec une grande efficacité les interactions particule-champ et fluide-particule.
  • Interfaces

  • LiveLink for SolidWorks®
  • Vous pouvez désormais synchroniser les sélections définies par l'utilisateur.
  • LiveLink for Inventor®
  • Synchronisez les sélections de matériaux et les noms de matériaux entre COMSOL et Inventor®.
  • ECAD Import Module
  • L'importation du format ODB++ rend possible les simulations multiphysiques pour l'un des formats les plus courants dans le domaine de la conception des cartes de circuits imprimés.

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Previous COMSOL Multiphysics® Versions

Modélisation avec le nouveau COMSOL Desktop

Duration: 06:08

Présentation du ruban COMSOL®

Un flux de travail simplifié

Sous Windows®, la présentation et l'apparence de l'environnement COMSOL Desktop ont été revues, pour inclure un ruban dont les onglets correspondent aux opérations principales et au flux de travail nécessaires pour configurer un modèle et exécuter des simulations.

  • COMSOL Desktop sous Windows®. COMSOL Desktop sous Windows®.

COMSOL Desktop sous Windows®.

L'onglet Home du ruban propose les boutons utiles pour les opérations les plus courantes liées à l'édition des modèles et à l'exécution des simulations : modification des paramètres du modèle pour une géométrie paramétrée, examen des propriétés matériaux et des physiques, construction du maillage, exécution d'une étude et visualisation des résultats de la simulation.

  • Le ruban COMSOL Desktop Le ruban COMSOL Desktop

Le ruban COMSOL Desktop

Le ruban propose également des onglets standard pour les principales étapes du processus de modélisation, ordonnés de gauche à droite en fonction du flux des travaux : Definitions, Geometry, Physics, Mesh, Study et Results.

Offrant un accès rapide aux commandes disponibles, le ruban est le parfait complément de l'arborescence du modèle. La même fonctionnalité est accessible à partir du ruban et à partir des menus contextuels (il suffit alors de cliquer avec le bouton droit de la souris sur les nœuds de l'arborescence du modèle). Certaines opérations sont uniquement accessibles à partir du ruban, comme la sélection de la fenêtre COMSOL Desktop à afficher. Sur les plates-formes Macintosh® et Linux®, cette fonctionnalité est disponible dans les barres d'outils qui se substituent au ruban. Par ailleurs, plusieurs opérations sont uniquement accessibles à partir de l'arborescence du modèle, comme la réorganisation et la désactivation des nœuds.

En haut de la fenêtre COMSOL Desktop, une nouvelle barre d'outils d'accès rapide propose un jeu de commandes indépendantes de l'onglet affiché dans le ruban. Vous pouvez la personnaliser : outre la plupart des commandes du menu File, vous pouvez ajouter des commandes permettant d'annuler et de rétablir les dernières actions, ainsi que de copier, coller, dupliquer et supprimer les nœuds dans l'arborescence du modèle. Vous pouvez également choisir la position de la barre d'outils d'accès rapide : au-dessus ou au-dessous du ruban.

Caractéristiques du nouveau COMSOL Desktop®

Contrôle transparent des simulations multiphysiques

COMSOL améliore votre flux de travail pour la modélisation des applications multiphysiques qui font appel aux contraintes thermiques et au chauffage électromagnétique. Un nœud Multiphysics dédié dans l'arborescence du modèle vous permet de contrôler les couplages entre chaque type de physique et le transfert de chaleur. Lorsque vous ajoutez une interface Multiphysics (Joule Heating, par exemple) directement depuis le Model Wizard, votre arborescence du modèle contient les nœuds spécifiques des interfaces Electric Currents et Heat Transfer in Solids, ainsi qu'un nœud Multiphysics doté d'un sous-nœud pour l'interface Electromagnetic Heat Source. Si vous utilisez déjà l'interface Electric Currents, l'ajout de l'interface Heat Transfer in Solids intègre le nœud Multiphysics dans l'arborescence du modèle, pour vous permettre de sélectionner et de définir la simulation appropriée du chauffage électromagnétique (le chauffage par effet Joule, notamment) par l'ajout des sous-nœuds adéquats.

Les nœuds Multiphysics permettent de modéliser les phénomènes multiphysiques suivants :

  • Joule Heating
  • Induction Heating (nécessite le AC/DC Module)
  • Microwave Heating (nécessite le RF Module)
  • Laser Heating (nécessite le Wave Optics Module)
  • Thermal Stress (nécessite le Structural Mechanics ou MEMS Module)
  • Joule Heating et Thermal Expansion (nécessite le Structural Mechanics ou MEMS Module)
  • Thermoelectric Effect (nécessite le Heat Transfer Module)

Ce style de flux de travail est le fruit de longues années de travail que COMSOL a consacrées aux simulations multiphysiques. L'utilisation des nœuds Multiphysics permet d'étudier les physiques séparément ou en tant que phénomène couplé, en vous laissant toute latitude pour activer et désactiver ces couplages à la volée. Cette procédure offre différents atouts qui facilitent votre flux de travail :

  • Contrôle transparent : Visualisez, modifiez et contrôlez toutes les physiques participantes (et leurs couplages), dans des interfaces physiques distinctes
  • Flux de travail naturel : Créez des modèles multiphysiques de complexité croissante ; commencez par une seule physique et ajoutez progressivement à votre modèle d'autres interfaces relatives à une seule physique
  • Evolutivité plus poussée : Développez les couplages multiphysiques existants en y intégrant d'autres interfaces relatives à une seule physique. Vous pouvez ainsi choisir les physiques que vous voulez coupler et résoudre simultanément, ce qui vous permet d'exécuter différentes simulations sur le même modèle sans devoir en configurer un nouveau

  • Le nouveau nœud Multiphysics du Model Builder pour une simulation dans l'interface Joule Heating. La sélection de l'interface Joule Heating dans le navigateur de modèles configure les nœuds Electric Currents, Heat Transfer in Solids et Multiphysics. Le couplage est contrôlé dans le sous-nœud Electromagnetic Heat Source. Vous pouvez l'activer et le désactiver en sélectionnant et en désélectionnant la fonction Active. Le nouveau nœud Multiphysics du Model Builder pour une simulation dans l'interface Joule Heating. La sélection de l'interface Joule Heating dans le navigateur de modèles configure les nœuds Electric Currents, Heat Transfer in Solids et Multiphysics. Le couplage est contrôlé dans le sous-nœud Electromagnetic Heat Source. Vous pouvez l'activer et le désactiver en sélectionnant et en désélectionnant la fonction Active.

Le nouveau nœud Multiphysics du Model Builder pour une simulation dans l'interface Joule Heating. La sélection de l'interface Joule Heating dans le navigateur de modèles configure les nœuds Electric Currents, Heat Transfer in Solids et Multiphysics. Le couplage est contrôlé dans le sous-nœud Electromagnetic Heat Source. Vous pouvez l'activer et le désactiver en sélectionnant et en désélectionnant la fonction Active.

Sélections en un seul clic

Il est désormais très simple de sélectionner les objets géométriques, les domaines, les frontières, les arêtes et les points--il suffit de placer le curseur sur une frontière pour la mettre en surbrillance, puis de cliquer avec le bouton gauche de la souris pour effectuer la sélection. La méthode précédente (clic gauche pour mettre en surbrillance et clic droit pour confirmer) est toujours disponible en option dans les Préférences. Vous sélectionnez les frontières intérieures à l'aide de la roulette de défilement de la souris ou des flèches vers le haut ou vers le bas du clavier.

  • Pour la définition des conditions aux limites, le fait de survoler une surface avec le curseur la met en surbrillance rouge ; les surfaces déjà sélectionnées passent en surbrillance bleue. Pour la définition des conditions aux limites, le fait de survoler une surface avec le curseur la met en surbrillance rouge ; les surfaces déjà sélectionnées passent en surbrillance bleue.

Pour la définition des conditions aux limites, le fait de survoler une surface avec le curseur la met en surbrillance rouge ; les surfaces déjà sélectionnées passent en surbrillance bleue.

Recherche textuelle des variables par auto suggestion

Une nouvelle fonction de recherche par auto suggestion vous permet de trouver rapidement les quantités de post-traitement. Vous disposez désormais de trois méthodes pour accéder aux quantités de post-traitement : vous pouvez parcourir la liste complète des quantités, utiliser la recherche textuelle ou entrer le nom de la variable de post-traitement.

  • Une nouvelle fonction de recherche par auto suggestion vous permet de trouver rapidement les quantités de post-traitement. Une nouvelle fonction de recherche par auto suggestion vous permet de trouver rapidement les quantités de post-traitement.

Une nouvelle fonction de recherche par auto suggestion vous permet de trouver rapidement les quantités de post-traitement.

Composants du modèle

Le fichier de modèle .mph est à présent traité comme étant formé d'un ou de plusieurs composants de modèle. Les nœuds de l'arborescence du modèle ont donc changé de nom : les Model 1, Model 2, Model 3, etc. s'appellent désormais Component 1, Component 2, Component 3, etc. Les préfixes variables pour les nouveaux modèles ont changé en conséquence : mod1, mod2, mod3, etc. sont devenus comp1, comp2, comp3, etc.

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COMSOL Multiphysics®

Table of Contents:

Géométrie

Plans de travail : Vertex Offset, Positioning et Rotation, nouveaux types de plans de travail

Pour certains types de plan de travail, vous pouvez désormais contrôler le décalage dans la direction normale en spécifiant un sommet. Vous pouvez contrôler avec précision la position de l'origine et les directions des axes de coordonnées locales. Par défaut, les objets géométriques d'un plan de travail sont désormais unis avant d'être incorporés en 3D. Cette méthode est plus efficace et moins susceptible d'engendrer des erreurs que l'unification d'objets directement en 3D. Pour éviter ce comportement par défaut, décochez la case Unite objects.

Il y a deux nouveaux types de plan :

  • Edge parallel : ce type de plan de travail est parallèle à une arête courbe planaire
  • Transformed : ce type de plan utilise un plan de travail existant comme point de départ, puis le fait translater et pivoter, ce qui crée un nouveau plan de travail.

  • Les paramètres du plan de travail avec la nouvelle option Through vertex et la section Local Coordinate System. Les paramètres du plan de travail avec la nouvelle option Through vertex et la section Local Coordinate System.

Les paramètres du plan de travail avec la nouvelle option Through vertex et la section Local Coordinate System.

Accès aux opérations de géométrie et de maillage depuis le ruban

Vous pouvez à présent appliquer des fonctions de géométrie et de maillage en cliquant sur un bouton ou un élément de menu dans l'onglet Geometry and Mesh du ruban. Cette méthode est une alternative à l'utilisation du menu contextuel en cliquant avec le bouton droit dans le Model Builder. Si vous avez créé une sélection d'objets ou d'entités géométriques avant de cliquer sur un bouton ou de choisir une commande de menu, l'entité ajoutée utilise cette sélection comme sélection en entrée (s'il s'agit d'une sélection valide pour cette entité).

Pour les opérations géométriques, le contenu des listes de sélections en entrée sont désormais visibles. Le bouton Build Preceding State a été remplacé par le bouton Active. Si la sélection est inactive, un clic sur ce bouton construit l'état précédent et permet de modifier la sélection en cliquant dans la fenêtre Graphics.

Sous-séquences géométriques

Dans la séquence géométrique, un appel de sous-séquence géométrique correspond à un appel de sous-programme en langage de programmation. En d'autres termes, une sous-séquence géométrique est une séquence géométrique avec un ensemble d'arguments numériques en entrée et un ensemble d'objets géométriques en sortie. Vous pouvez afficher une sous-séquence géométrique sous la forme de primitive géométrique définie par l'utilisateur. Dans la séquence géométrique, vous pouvez appeler la sous-séquence à plusieurs reprises ou créer des instances d'appel grâce à un ensemble unique de valeurs d'argument en entrée pour chaque appel. Vous pouvez également imbriquer les appels.

En 3D, il existe une méthode facile de translation et de rotation du résultat d'un appel de sous-séquence pour que la position et l'orientation souhaitées soient obtenues. Vous pouvez spécifier qu'un plan de travail dans la sous-séquence corresponde à un plan de travail défini par une entité géométrique précédente. Les sélections définies dans la sous-séquence sont également disponibles dans la séquence géométrique appelante et utilisables dans un maillage et en physique.

Instructions conditionnelles If/Else

Dans le sous-menu Programming du menu contextuel du nœud Geometry, vous pouvez ajouter les fonctions If, Else If et Else pour contrôler la création d'objets géométriques en appliquant des conditions. Pour insérer de telles entités sans avoir besoin de créer l'entité précédant l'emplacement souhaité, vous pouvez utiliser les sous-menus Add Before et Add After du menu contextuel d'une entité géométrique. Une instruction If valide a la structure suivante :

If
      branch 1
Else If
      branch 2
...
Else
      branch n
End If

où les entités Else If et Else sont facultatives. Dans l'arborescence, les noms des entités sont automatiquement mis en retrait. Le champ de modification Condition dans les instructions If et Else peut contenir des paramètres de Global Definitions, par exemple a+b<=3. La condition est considérée vraie si elle renvoie une valeur non nulle (les instructions logiques qui sont vraies renvoient la valeur 1). Lorsque vous créez l'entité End If ou une entité suivante, seule l'une des ramifications est créée, les autres étant traitées comme si elles étaient désactivées. Vous pouvez également imbriquer des instructions If.

  • Les instructions If/Else dans la séquence géométrique. Les instructions If/Else dans la séquence géométrique.

Les instructions If/Else dans la séquence géométrique.

Sélections cumulées

Une sélection cumulée est une sélection dans la séquence géométrique qui est une union des participations de plusieurs sélections. Les sélections cumulées sont particulièrement utiles pour construire une sélection comportant des définitions différentes dans des ramifications différentes d'une instruction If. Il n'y a pas de nœud dans l'arborescence qui corresponde à la sélection cumulée.

Pour une entité géométrique qui crée une sélection, vous pouvez la laisser participer à une sélection cumulée existante en choisissant la sélection cumulée dans la liste Contribute to. Pour la laisser contribuer à une nouvelle sélection cumulée, cliquez sur le bouton New. Pour supprimer une contribution d'une sélection cumulée, sélectionnez None dans la liste Contribute to. Lorsqu'une sélection contribue à une sélection cumulée, la sélection d'origine ne disparaît pas des listes où vous choisissez parmi les sélections. Elle est remplacée par la sélection cumulée.

Paires divisées dans des composants connectés

Par défaut, la fonction Form Assembly crée un nœud Pair pour chaque paire d'objets présentant des limites qui se touchent. Ce type de nœud peut comprendre un ensemble déconnecté de limites source ou de destination. Parfois, il peut être souhaitable de diviser ces paires en plusieurs nœuds Pair, chacun ayant des ensembles connectés de limites source/de destination. A cet effet, une case à cocher Split disconnected pairs est disponible.

Maillage

Export de fichier de maillage NASTRAN®

Désormais, vous pouvez exporter un maillage 2D ou 3D dans un fichier de maillage NASTRAN® aux formats suivants : .nas, .bdf, .dat, .nastran. Vous pouvez sélectionner les éléments à exporter (domaine et/ou éléments de limite), les numéros d'ID de propriété selon les informations d'entités géographiques qui doivent être exportées et selon les informations d'élément du second ordre qui doivent être exportées.

Import de maillage en fonction du type et du nombre d'éléments de maillage

La fonction Logical Expression pour le partitionnement d'un maillage important prend désormais en charge l'utilisation de paramètres et de variables meshtype et meshelement. Par exemple, si vous entrez meshelement>0 && meshelement<=1&nbsp;000 dans le champ **Expression*, les 1 000 éléments du fichier de maillage importé formeront un domaine distinct.

Mises à jour apportées au format de maillage natif (.mphtxt)

Le format de fichier .mphtxt a été simplifié. Il permet de transférer des données de maillage générées en externes vers COMSOL. Pour ce faire, nous avons éliminé les champs Up/Down et Parameter. Une nouvelle section de la documentation décrit les différents aspects de l'import de données de maillage externes vers COMSOL grâce au format .mphtxt. De plus, vous pouvez désormais sélectionner les éléments à exporter vers un fichier de maillage (.mphbin, .mphtxt ou .nas) et indiquer si les informations d'entités géométriques doivent être exportées. La section de documentation est disponible dans le manuel de référence, sous Meshing, dans la section Importing and Exporting Meshes.

Mise à jour du maillage extrudé : Nouvelle méthode pour projeter des points de maillage source sur une surface de destination

Pour les maillages extrudés, une nouvelle méthode a été ajoutée pour le transfert du maillage de surface entre la source et la destination. Elle permet de projeter chaque point source sur la destination. Elle est automatiquement employée lorsqu'une méthode de transformation de corps rigide est impossible à utiliser et si l'extrusion présente les propriétés suivantes :

  • La source ou la destination contient plusieurs faces (ou une face composite virtuelle)
  • La source ou la destination n'est pas plane
  • La distance d'extrusion est courte (une seule couche d'éléments).

Vous pouvez sélectionner la méthode manuellement dans la fenêtre des paramètres du nœud Swept en choisissant Project source onto destination sous Sweep Method > Destination mesh generation.

  • Lorsque vous avez créé ce maillage extrudé, la méthode de projection a été automatiquement utilisée pour les domaines apparaissant en bleu. Lorsque vous avez créé ce maillage extrudé, la méthode de projection a été automatiquement utilisée pour les domaines apparaissant en bleu.

Lorsque vous avez créé ce maillage extrudé, la méthode de projection a été automatiquement utilisée pour les domaines apparaissant en bleu.

Etudes et solveurs

Mise à jour des interfaces Parametric Sweep et Parametric Solver

Tout entrée scalaire dans votre modèle peut être considérée comme un paramètre à résoudre pour une plage de valeurs. COMSOL propose deux algorithmes pour la résolution d'une plage de paramètres : Parametric Sweep et Parametric Solver. L'interface utilisateur de ces algorithmes a été mise à jour et d'autres options ont été ajoutées à Parametric Solver.

  • Interface Parametric Sweep : Cette fonctionnalité peut être associée à quasiment n'importe quelle étape de l'étude (stationnaire, dépendante du temps, valeur propre) et à une séquence de solveur contenant plusieurs étapes d'étude. L'analyse paramétrée s'applique à n'importe quels paramètres globaux dans le modèle, y compris ceux qui influent sur la géométrie et le maillage. La fonctionnalité permet d'essayer différentes dimensions et de réaliser une étude d'affinement du maillage en résolvant différents cas, etc.

  • Interface Parametric Solver : Cette fonctionnalité est disponible pour les étapes d'analyse stationnaire. Les paramètres globaux balayés par le solveur paramétrique peuvent uniquement influer sur les charges, les conditions aux limites et les propriétés de matériau. Les changements dimensionnels et de maillage ne sont pas pris en charge. Toutefois, le solveur paramétrique offre d'autres fonctions pour résoudre des problèmes non linéaires. Lors de la résolution de problèmes stationnaires non linéaires, le choix d'une condition initiale peut considérablement influencer le taux de convergence pour la solution ou même l'éventualité de trouver une solution tout court. Par défaut, le solveur paramétrique utilise les solutions précédentes comme conditions initiales de la prochaine étape de résolution stationnaire. Si le solveur ne parvient pas à trouver une solution pour une valeur spécifiée dans la plage de paramètres, il recule et effectue une étape moins conséquente dans la plage de paramètres spécifiée. Cet algorithme est également connu sous le nom de méthode de continuation. L'interface utilisateur vous permet de contrôler la façon dont le solveur avance d'étape en étape dans la plage de paramètres. Une tangente ou un indicateur de constante peut désormais être utilisé. Si le solveur ne parvient pas à trouver une solution pour l'étape du paramètre demandée, il y met fin ou il continue jusqu'à la prochaine valeur de paramètre demandée.

Les interfaces Parametric Sweep et Parametric Solver peuvent être associées dans une seule étude. L'utilisation d'un solveur paramétrique est avantageuse en termes de ressources de traitement. Le logiciel appelle automatiquement l'algorithme de solveur paramétrique dès que possible, même si vous utilisez l'interface Parametric Sweep. L'interface Parametric Sweep peut également être utilisée sur un système en cluster avec une licence Floating Network License, pour distribuer la charge de traitement.

  • Les paramètres d'un balayage paramétrique général sur une dimension géométrique. Les paramètres d'un balayage paramétrique général sur une dimension géométrique.

Les paramètres d'un balayage paramétrique général sur une dimension géométrique.

Unités de temps dans les études et les résultats

Vous pouvez désormais changer la variable d'unité de temps (t) dans une étude. Ces paramètres se propagent jusqu'aux résultats et peuvent être utilisés comme nouveaux paramètres par défaut. Le paramètre Time unit est placé en premier dans une étude Time Dependent.

Il détermine l'unité pour l'entrée dans l'étude et le solveur. Par exemple, le champ de modification Times : est interprété en heures (h) dans l'exemple ci-dessus. En interne pour le solveur, l'unité de variable de temps est la seconde (s).

L'unité par défaut dans le paramètre Time pour les tracés est la même que celle définie pour l'étude.

Outils de modélisation

Propriétés de masse

Une option pour la fonction Mass Properties est désormais disponible dans Component Definitions. La fonction accepte une sélection et une expression de densité en entrée. Elle définit automatiquement des variables pour le volume, la masse, le centre de masse et le moment d'inertie. Si vous entrez material.rho dans le champ de modification de l'expression de densité, les valeurs de densité sont extraites du nœud Materials.

  • Les paramètres de la fonction Mass Properties Les paramètres de la fonction Mass Properties

Les paramètres de la fonction Mass Properties

Opérateur de somme

Un nouvel opérateur de somme facilite le calcul de somme pour une valeur indexée. La syntaxe est la suivante : sum(expr,k,a,b) qui calcule la somme deexprà mesure que l'indice valorisé entierkpasse deaàb`.

  • Le nouvel opérateur de somme utilisé pour construire l'onde en dents de scie d'une série de Fourier comportant 10&nbsp;000&nbsp;termes. Le nouvel opérateur de somme utilisé pour construire l'onde en dents de scie d'une série de Fourier comportant 10 000 termes.

Le nouvel opérateur de somme utilisé pour construire l'onde en dents de scie d'une série de Fourier comportant 10 000 termes.

Nouvelle architecture rapide client/serveur

La version 4.4 propose une architecture client/serveur entièrement repensée qui minimise les communications entre le client COMSOL et le serveur COMSOL. Cela entraine un gain important de performance, en particulier quand le client COMSOL (typiquement le COMSOL Desktop) et le serveur COMSOL tourne sur des ordinateurs différents. Ceci est également valable pour les LiveLink for Matlab et LiveLink for Excel.

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Nouveautés concernant les écoulements

Tenseur de perméabilité pour les équations de Brinkman

Pour un écoulement en milieu poreux, les équations de Brinkman étendent la loi bien connue de Darcy. La prise en charge d'un tenseur de perméabilité anisotrope fait partie des nouveautés de la version 4.4. Différents domaines peuvent avoir des matériaux anisotropes différents, et les composantes de tenseur peuvent même varier spatialement. Cette fonctionnalité est disponible dans les produits suivants :

  • Batteries et Fuel Cells Module
  • CFD Module
  • Chemical Reaction Engineering Module
  • Corrosion Module
  • Electrochemistry Module
  • Electrodeposition Module
  • Microfluidics Module
  • Subsurface Flow Module

Sources de masse ponctuelles et linéiques pour l'écoulement et le transport de masse

Une source ponctuelle peut être utilisée pour simuler une source distribuée sur un très petit volume. Bien qu'elle puisse être appliquée à des points dans des modèles 3D ou sur l'axe de symétrie dans des modèles axisymétriques, son effet proprement dit est réparti au voisinage proche du point. La taille de la distribution dépend du maillage et de la force de la source. Un maillage plus fin répartit la source sur une région plus petite, mais engendre une valeur de pression plus extrême. Une source linéaire dans des modèles axisymétriques 3D et 2D représente une source émanant d'un tube avec une petite surface de section transversale. Vous pouvez ajouter des sources linéaires aux lignes dans des modèles 3D et sur l'axe de symétrie des modèles axisymétriques 2D ou à des points dans des modèles 2D pour lesquels elles représentent la section transversale du tube de très petite surface.

Les sources de masse ponctuelles et linéaires pour l'écoulement sont intégrées en tant que composantes participant à l'équation de continuité. Cette fonctionnalité a été ajoutée aux interfaces de physique suivantes pour les écoulements  :

  • Single-Phase Flow
  • Brinkman Equations
  • Free and Porous Media Flow
  • Reacting Flow in Porous Media, Diluted Species (nécessite le Batteries & Fuel Cells Module, CFD Module ou le Chemical Reaction Engineering Module)
  • Two-Phase Flow (nécessite le CFD Module ou le Microfluidics Module)
  • Rotating Machinery, Fluid Flow (nécessite le CFD Module ou le Mixer Module)
  • Fluid-Structure Interaction (nécessite le Structural Mechanics Module ou le MEMS Module)
  • Two-Phase Flow, Moving Mesh (nécessite le Microfluidics Module)

Les sources de masse ponctuelles et linéiques pour le transport de masse sont intégrées en tant que composantes participant à l'équation de transport de masse sous la forme de valeurs de concentration. Cette fonctionnalité a été ajoutée aux interfaces de physique suivantes pour le transport de masse :

  • Transport of Diluted Species
  • Nernst-Planck Equations (nécessite le Chemical Reaction Engineering Module)
  • Solute Transport (nécessite le Subsurface Flow Module)
  • Species Transport in Porous Media
  • Reacting Flow in Porous Media, Diluted Species
  • Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck (nécessite l'un des modules Batteries & Fuel Cells, Electrochemistry, Electrodeposition ou Corrosion)
  • Corrosion, Tertiary Nernst-Planck (nécessite l'un des modules Batteries & Fuel Cells, Electrochemistry, Electrodeposition ou Corrosion)
  • Electrodeposition, Tertiary Nernst-Planck (nécessite l'un des modules& Fuel Cells, Electrochemistry, Electrodeposition ou Corrosion)

Ces nouvelles fonctionnalités sont disponibles non seulement dans le CFD Module, mais également dans plusieurs autres modules :

  • Batteries et Fuel Cells Module
  • Mixer Module
  • Chemical Reaction Engineering Module
  • Corrosion Module
  • Electrochemistry Module
  • Electrodeposition Module
  • Microfluidics Module
  • Pipe Flow Module
  • Subsurface Flow Module

Modèle de résistance pour les particules non sphériques

Outre les modèles de résistance précédemment proposés, Schiller-Naumann, Hadamard-Rybczynski et Gidaspow, le nouveau modèle Haider-Levenspiel est à présent disponible pour les particules non sphériques. Ce nouveau modèle s'applique aux interfaces de physique suivantes :

  • Mixture Model (nécessite le CFD Module)
  • Euler-Euler Model (nécessite le CFD Module)
  • Particle Tracing for Fluid Flow (nécessite le Particle Tracing Module)

Les paramètres sont légèrement différents pour chaque interface de physique. L'illustration ci-dessous montre la fenêtre des paramètres dans le modèle Euler-Euler. Le modèle nécessite une mesure déterminant le taux de sphéricité des particules. Pour une particule sphérique et pour les particules non sphériques . Les particules non sphériques engendrent en principe une résistance plus élevée que les particules sphériques.

  • Voir les Images »
  • Ecoulement fluidique autour des tubes dans un échangeur de chaleur coques et tubes Ecoulement fluidique autour des tubes dans un échangeur de chaleur coques et tubes

Ecoulement fluidique autour des tubes dans un échangeur de chaleur coques et tubes

Nouvelle condition Outlet Boundary

La condition aux limites de sortie pour les écoulements a été revisitée. Elle permet une conservation de masse améliorée et une convergence plus rapide et plus stable. La nouvelle fonctionnalité Outlet n'a qu'une option Pressure qui correspond à l'option de contrainte normale Normal Stress des versions précédentes. La fenêtre de paramètres pour la nouvelle option Pressure est présentée ci-dessous. En plus d'un champ de modification de la pression p0, il y a deux nouvelles cases à cocher : Normal flow et Suppress backflow.

  • L'écoulement normal prescrit une vitesse tangentielle nulle à la sortie. Ce phénomène est attendu si la sortie représente un tube ou un canal droit. Toutefois, il n'est pas sélectionné par défaut puisque l'écoulement peut être perturbé en amont de la sortie, ce qui risque éventuellement d'altérer la solution de façon conséquente.
  • Le reflux de contraction réduit la tendance du fluide à pénétrer dans le domaine depuis l'extérieur. Il n'empêche pas complètement le reflux, et en cas de reflux, cette option réduit localement la pression spécifiée. Le contrôle du reflux est important si l'écoulement fluidique est associé à d'autres équations de transport, comme la masse et le transport de chaleur. Si l'écoulement s'inverse, la condition aux limites de sortie pour les équations de transport n'est plus valide. Cela peut entraîner des problèmes de convergence ou des solutions non physiques. L'option Suppress Backflow est donc sélectionnée par défaut.

La fonction Outlet (sortie) a été améliorée dans la nouvelle version pour les interfaces suivantes :

  • Single-Phase Flow
  • Brinkman Equations
  • Free and Porous Media Flow
  • Two-Phase Flow
  • Level-Set
  • Phase-Field
  • Non-Isothermal Flow et Conjugate Heat Transfer
  • Reacting Flow
  • Reacting Flow in Porous Media
  • Diluted Species
  • Concentrated Species
  • Rotating Machinery
  • Single-Phase Flow
  • Non-Isothermal Flow (nécessite le Mixer Module)
  • Reacting Flow (nécessite le Mixer Module)
  • Two-Phase Flow, Moving Mesh (requires the Microfluidics Module)
  • Slip Flow (nécessite le Microfluidics Module)
  • Fluid-Structure Interaction (nécessite le Structural Mechanics Module ou le MEMS Module)

Le changement s'applique le cas échéant à l'écoulement laminaire, l'écoulement de Stokes et l'écoulement turbulent. La condition aux limites de sortie des versions précédentes existe toujours, mais a été exclue du menu contextuel de physique. Les modèles créés dans les versions précédentes conservent l'ancienne fonction Outlet, mais l'ajout d'une nouvelle fonction Outlet leur confère la nouvelle fonctionnalité.

CFD Module

Rugosité de paroi pour les écoulements turbulents

Pour modéliser la rugosité de surface de parois dans un écoulement turbulent, deux modèles de rugosité sont disponibles : Sand Roughness (rugosité de sable) et Generic Roughness (rugosité générique). La fonction de rugosité des parois modifie les fonctions de turbulence aux parois et est disponible pour les modèles de turbulence k-epsilon et k-oméga dans le CFD Module. Le modèle Sand Roughness est couramment utilisé dans les applications d'ingénierie et introduit un seul paramètre pour la hauteur de rugosité de sable équivalente. Le modèle Generic Roughness est plus général. Outre la hauteur de rugosité, un paramètre de rugosité peut être utilisé pour modéliser d'autres types de rugosité. La valeur par défaut pour le paramètre de rugosité correspond à celle de la rugosité de sable.

Des fonctions de paroi pour des parois rugueuses ont été mises en œuvre dans les interfaces de physique suivantes :

  • Single-Phase Flow,
  • Turbulent Flow, k-epsilon
  • Turbulent Flow, k-omega
  • Single-Phase Flow, Rotating Machinery
  • Turbulent Flow, k-epsilon
  • Turbulent Flow, k-omega
  • Bubbly Flow, Turbulent Bubbly Flow
  • Mixture Model, Turbulent Flow
  • Turbulent Two-Phase Flow, Level Set
  • Turbulent Two-Phase Flow, Phase Field
  • Fluid-Structure Interaction avec un modèle de turbulence
  • modèle sélectionné

Mixer Module

Modèle de machine tournante avec écoulement

En complément du CFD Module, COMSOL lance le Mixer Module, qui vous permet d'analyser des mélangeurs de fluide et des réacteurs sous agitation. Ce produit s'accompagne de deux applications de mélangeur (Mixer Applications). Elles permettent de modéliser des mélangeurs à fond plat et à fond lenticulaire avec une variété de types de turbine. Le Mixer Module est parfaitement adapté à la simulation de concepts de mélangeur et de turbine et aux profils de concentration, de vitesse et de température dans les mélangeurs. Il s'applique à de nombreux procédés industriels comme la fabrication de produits grand public, pharmaceutiques et alimentaires. Il fournit également des résultats sur plusieurs quantités propres au mélangeage, comme l'efficacité du mélange, l'appel de puissance et le nombre de pompages de la turbine.

  • Grâce au nouveau Mixer Module, vous pouvez modéliser des mélangeurs et des cuves à agitation pour des écoulements laminaires, non isothermes et non newtoniens avec ou sans prise en compte des surfaces libres. Grâce au nouveau Mixer Module, vous pouvez modéliser des mélangeurs et des cuves à agitation pour des écoulements laminaires, non isothermes et non newtoniens avec ou sans prise en compte des surfaces libres.

Grâce au nouveau Mixer Module, vous pouvez modéliser des mélangeurs et des cuves à agitation pour des écoulements laminaires, non isothermes et non newtoniens avec ou sans prise en compte des surfaces libres.

L'approche Frozen rotor

Le Mixer Module offre également une approche dite Frozen Rotor grâce à laquelle vous gagnerez du temps et économiserez des ressources de traitement. Elle simule un écoulement de rotation en modélisant la topologie du système alors qu'il est bloqué par l'ajout de forces centrifuges et de forces de Coriolis dans les domaines en rotation et en résolvant les équations de Navier-Stokes stationnaires. Grâce à cette option, vous obtenez des résolutions raisonnablement précises pour les mélangeurs sans déflecteurs, tubes ou autres entités géométriques dont les positions doivent être modélisées par rapport à la machine tournantes. Elle permet également de réduire la consommation des ressources de traitement nécessaires pour résoudre le système en rotation fonction du temps. La solution obtenue avec la méthode de frozen rotor peut également servir d'hypothèse initiale pour la solution dépendante du temps où toute la rotation du rotor est simulée afin d'atteindre un pseudo équilibre beaucoup plus rapidement que si vous aviez commencé avec un fluide stationnaire.

  • L'option Frozen Rotor réduit le temps de calcul requis pour simuler des mélangeurs, comme dans cet exemple de simulation du mélange d'un fluide non newtonien. L'option Frozen Rotor réduit le temps de calcul requis pour simuler des mélangeurs, comme dans cet exemple de simulation du mélange d'un fluide non newtonien.

L'option Frozen Rotor réduit le temps de calcul requis pour simuler des mélangeurs, comme dans cet exemple de simulation du mélange d'un fluide non newtonien.

Interfaces physiques pour le Mixer Module

Dans les simulations réalisées avec le Mixer Module, vous pouvez recourir à la technologie de maillage glissant entre un domaine qui englobe la turbine et un domaine environnant pour la zone du mélangeur s'étendant jusqu'à la paroi. Les interfaces physiques sont ensuite disponibles dans le Mixer Module pour simuler des écoulements laminaires et turbulents, des écoulements incompressibles et faiblement compressibles, ainsi que des écoulements non newtoniens. Les interfaces Rotating Machinery, Turbulent Flow prennent en charge le modèle k-epsilon, le modèle k-oméga et le modèle k-epsilon à bas Reynolds. Vous pouvez utiliser le modèle k-oméga pour des écoulements turbulents standard avec des mélangeurs puisqu'il offre un excellent compromis entre précision et consommation de ressources de calcul. Le modèle k-epsilon à bas Reynolds consomme davantage de ressources, mais est plus précis. Le modèle k-oméga permet d'obtenir des résultats plus précis, mais est moins puissant que le modèle k-epsilon.

Le Mixer Module propose également des interfaces multiphysiques pour divers phénomènes couplés. Il s'agit notamment de l'interface d'écoulement non isotherme où les gradients de température participent aux équations de mouvement, pour les écoulements laminaires et turbulents. Le Mixer Module propose également une interface de physique pour les écoulements réactifs où des variations dans la composition et la densité dues à des réactions chimiques influent également sur le champ d'écoulement dans des cuves contenant une machine tournante.

  • Dans un mélangeur, l'écoulement thermique est également influencé par la chaleur émanant des tubes du mélangeur et par les effets de refroidissement dus à la perte de chaleur dans les parois. Dans un mélangeur, l'écoulement thermique est également influencé par la chaleur émanant des tubes du mélangeur et par les effets de refroidissement dus à la perte de chaleur dans les parois.

Dans un mélangeur, l'écoulement thermique est également influencé par la chaleur émanant des tubes du mélangeur et par les effets de refroidissement dus à la perte de chaleur dans les parois.

Prise en compte des surfaces libres dans les mélangeurs

Grâce à la technologie de maillage mobile, le Mixer Module permet de simuler des surfaces libres. Il propose notamment un domaine spécifique où l'interface fluide-fluide-solide est libre de mouvement vers le haut et vers le bas des parois et des surfaces du rotor. Vous pouvez spécifier des angles de contact entre les parois et les fluides, ainsi que des forces de tension en surface dans une condition aux limites spéciale. Une bibliothèque de coefficients de tension en surface entre certains liquides permet de définir l'interface fluide-fluide entre le fluide mélangé et l'atmosphère au-dessus. Il s'agit entre autres de coefficients de tension en surface entre l'eau et divers fluides, tels que le benzène, l'hexane et l'huile d'olive, ainsi qu'entre l'air et certains liquides, comme l'eau, l'acétone et l'éthanol.

Microfluidics Module

Nouveau modèle : Microchannel Dispersion Optimization

Un nouvel exemple de bibliothèque de modèles a été ajouté. Il optimise la forme d'un microcanal courbe pour améliorer les performances d'un détecteur d'espèces chimiques en aval de la courbe. La forme du canal est définie comme un ensemble de courbes de Bézier dépendant de cinq paramètres d'optimisation. Le modèle calcule ensuite les valeurs de ces paramètres pour minimiser la différence dans la durée mise par le fluide pour atteindre le détecteur en se déplaçant le long des parois internes et externes du canal courbe. Le modèle utilise le nouveau solveur d'optimisation sans gradient : Bound Optimization by Quadratic Approximation (BOBYQA), développé par le professeur M.J.D Powell (Cambridge).

  • Une bande d'espèces neutres s'approche d'une courbe dans un microcanal. Elle est dirigée par un écoulement électroosmotique (en haut). Si la forme du canal n'est pas optimisée, la bande se disperse alors qu'elle se déplace à travers la section courbe (au milieu). Grâce au Optimization Module, le modèle obtient une géométrie optimisée, ce qui permet à la bande de rester intacte (en bas). Une bande d'espèces neutres s'approche d'une courbe dans un microcanal. Elle est dirigée par un écoulement électroosmotique (en haut). Si la forme du canal n'est pas optimisée, la bande se disperse alors qu'elle se déplace à travers la section courbe (au milieu). Grâce au Optimization Module, le modèle obtient une géométrie optimisée, ce qui permet à la bande de rester intacte (en bas).

Une bande d'espèces neutres s'approche d'une courbe dans un microcanal. Elle est dirigée par un écoulement électroosmotique (en haut). Si la forme du canal n'est pas optimisée, la bande se disperse alors qu'elle se déplace à travers la section courbe (au milieu). Grâce au Optimization Module, le modèle obtient une géométrie optimisée, ce qui permet à la bande de rester intacte (en bas).

Molecular Flow Module

Nouveau modèle : Reconstruction de Monte Carlo et nombre volumique

Il est désormais possible de modéliser des écoulements moléculaires à l'aide d'une approche particulaire grâce au Particle Tracing Module. Un nouveau modèle compare le nombre volumique calculé dans une géométrie de contre-courbe à l'aide d'une approche particulaire et de l'interface Free Molecular Flow. Si les résultats concordent bien, l'approche particulaire introduit néanmoins un bruit statistique, et la résolution est 100 fois plus lente. Vous voyez donc l'avantage qu'il y a à utiliser la méthode de coefficient angulaire dans le Molecular Flow Module plutôt qu'une approche de Monte Carlo.

  • Nombre volumique calculé (1/m3) dans une géométrie de contre-courbe. L'échelle de couleur est la même pour les deux&nbsp;tracés. Le tracé supérieur repose sur une approche particulaire et le tracé inférieur sur l'interface Free Molecular Flow. Nombre volumique calculé (1/m3) dans une géométrie de contre-courbe. L'échelle de couleur est la même pour les deux tracés. Le tracé supérieur repose sur une approche particulaire et le tracé inférieur sur l'interface Free Molecular Flow.

Nombre volumique calculé (1/m3) dans une géométrie de contre-courbe. L'échelle de couleur est la même pour les deux tracés. Le tracé supérieur repose sur une approche particulaire et le tracé inférieur sur l'interface Free Molecular Flow.

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Heat Transfer Module

Nouvelles méthodes pour le rayonnement en milieu participatif

Deux nouvelles méthodes rapides et particulièrement efficaces au niveau de la mémoire sont proposées pour le rayonnement en milieu participatif :

  • Approximation de Rosseland
  • Approximation P1

Ces méthodes sont approximatives et elles ne sont pas aussi précises ou générales que la méthode des ordonnées discrètes, disponible depuis les premières versions du logiciel. Cependant, elles résolvent des applications permettant de simuler beaucoup plus rapidement le rayonnement en milieu participatif. L'approximation de Rosseland est uniquement disponible à travers les interfaces Heat Transfer in Solids or Fluids complètes. Ces deux méthodes sont disponibles pour les géométries 3D et 2D axisymétriques. Pour comparaison, le modèle de vérification Radiative Heat Transfer in Finite Cylindrical Media permet une résolution en quelques secondes, avec la méthode d'approximation P1, contre plus de deux heures avec la méthode des ordonnées discrètes.

  • Les nouvelles méthodes pour le rayonnement en milieu participatif. Les nouvelles méthodes pour le rayonnement en milieu participatif.

Les nouvelles méthodes pour le rayonnement en milieu participatif.

Le nœud Thermoelectric Effect Multiphysics

Les matériaux qui affichent l'effet thermoélectrique peuvent convertir les différences de température en tensions électriques puisque les flux de chaleur contiennent des porteurs de charge. Par ailleurs, l'application d'une tension à ces matériaux génère un gradient de température sur l'ensemble du matériau. Les appareils créés dans ces matériaux sont souvent utilisés comme refroidisseurs thermoélectriques pour les appareils de refroidissement électronique ou les réfrigérateurs portables, mais les appareils de récolte d'énergie thermoélectrique sont de plus en plus répandus.

Alors que le chauffage par effet Joule (chauffage résistif) est un phénomène irréversible, l'effet thermoélectrique est en principe réversible. L'effet thermoélectrique est connu sous trois noms différents, reflétant sa découverte dans le cadre des expériences menées par Seebeck, Peltier et Thomson. L'effet Seebeck représente la conversion des différences de température en électricité, l'effet Peltier la conversion de l'électricité en différences de température et l'effet Thomson la chaleur générée par le produit de la densité actuelle par les gradients de température. Ces trois effets sont liés par une relation thermodynamique.

Disponible dans le Heat Transfer Module, la nouvelle interface multiphysique Thermoelectric Effect est une combinaison multiphysique des interfaces Electric Currents et Heat Transfer in Solids. La sélection de l'interface dans le Model Wizard ajoutera par la suite un nœud Multiphysics dédié dans le Model Builder qui vous permettra de contrôler les couplages entre les physiques individuelles. Vous pouvez également commencer par l'interface relative à une seule physique, comme l'interface Electric Currents, et lui ajouter par la suite l'interface Heat Transfer in Solids, qui ajoutera automatiquement à son tour le nœud Multiphysics. Comme pour les autres interfaces de COMSOL, l'interface multiphysique Thermoelectric Effect peut être couplée à toute autre interface physique, comme l'interface Solid Mechanics. Deux matériaux thermoélectriques ont été ajoutés à la bibliothèque de matériaux : Bismuth Telluride et Lead Telluride.

Modèle de composant thermoélectrique

Ce modèle de composant thermoélectrique montre le refroidissement Peltier. Il s'agit d'un modèle de vérification qui démontre l'utilisation de la nouvelle interface multiphysique Thermoelectric Effect et reproduit des résultats disponibles dans la documentation.

  • Le champ de température montre le refroidissement résultant des effets thermoélectriques dans l'appareil. Le champ de température montre le refroidissement résultant des effets thermoélectriques dans l'appareil.

Le champ de température montre le refroidissement résultant des effets thermoélectriques dans l'appareil.

Nouvelles méthodes et variables pour les bilans de chaleur et d'énergie

Les formules mathématiques permettant de calculer le transport de chaleur ont été améliorées, ce qui a entraîné la révision des variables pour les bilans de chaleur et d'énergie. De plus, il est désormais possible de calculer avec une grande précision les flux de chaleur sur les frontières.

Variables pour les flux sur les frontières

Pour les flux sur les frontières, les variables suivantes fournissent désormais leur valeur précise lorsqu'elles sont disponibles :

  • ndflux : Flux de chaleur convective normale
  • nteflux : Flux d'énergie totale normale
  • ntflux : Flux de chaleur totale normale

Ces variables pour les flux sur les frontières sont disponibles dans toutes les interfaces physiques pour Heat Transfer et dans toutes les interfaces multiphysiques incluant Heat Transfer. Active par défaut, la nouvelle méthode peut être désactivée en désélectionnant la case Compute boundary fluxes dans la section Discretization des interfaces physiques pour le transfert de chaleur. Pour visualiser la section Discretization, activez-la depuis le menu Show de la barre d'outils du menu du Model Builder. Si cette case n'est pas cochée, les calculs des flux sur les frontières sont exécutés par extrapolation des valeurs depuis les éléments finis voisins (la méthode mise en œuvre dans COMSOL 4.3b et versions antérieures).

Variables pour les bilans de chaleur et d'énergie globaux

Le bilan d'énergie est désormais plus facile et plus rapide à vérifier par l'introduction de nouvelles variables globales. L'évaluation de ces quantités scalaires remplace l'intégration forcée de toutes les contributions au bilan d'énergie sur les domaines, les frontières, les arêtes et les points.

Les variables globales suivantes ont été ajoutées aux interfaces Heat Transfer in Solids, Heat Transfer in Fluids, Heat Transfer in Porous Media, Heat Transfer with Phase Change et Heat Transfer in Biological Tissue :

  • dEiInt : Puissance de chaleur accumulée totale
  • dEi0Int : Puissance d'énergie accumulée totale
  • ntfluxInt : Puissance de chaleur nette totale
  • ntefluxInt : Puissance d'énergie nette totale
  • QInt : Source de chaleur totale
  • WInt : Source de travail totale
  • WnsInt : Pertes de fluide totales

Les variables globales suivantes ont été ajoutées à la plupart des conditions aux limites du transfert de chaleur :

  • Tave : Température moyenne pondérée
  • ntfluxInt : Puissance de chaleur nette totale
  • ntefluxInt : Puissance d'énergie nette totale
  • ntfluxInt_u : Puissance de chaleur nette totale, montante
  • ntefluxInt_u : Puissance d'énergie nette totale, montante
  • ntfluxInt_d : Puissance de chaleur nette totale, descendante
  • ntefluxInt_d : Puissance d'énergie nette totale, descendante

Refroidissement et solidification d'un modèle métallique

Cet exemple montre un processus de coulée continue avec les interfaces Heat Transfer with Phase Change et Surface-to-Ambient radiation. Du métal liquide est versé dans un moule de section transversale uniforme. L'extérieur du moule est refroidi et le métal se solidifie lorsqu'il passe dans le moule. Lorsqu'il quitte le moule, le métal est complètement solidifié à l'extérieur, mais toujours liquide à l'intérieur. Il continue à se refroidir jusqu'à se solidifier complètement et il peut alors être découpé en sections. Ce modèle n'inclut pas le calcul du champ d'écoulement pour le métal liquide ; il suppose une vitesse constante du métal. La transition de phase de l'état fondu à l'état solide est modélisée à partir d'une chaleur spécifique dépendante de la température. Les techniques permettant d'atteindre la convergence et de sélectionner un maillage approprié sont traitées pour ce modèle hautement non linéaire.

  • La limite de phase entre métal liquide et solide dans un processus de coulage en continu. La limite de phase entre métal liquide et solide dans un processus de coulage en continu.

La limite de phase entre métal liquide et solide dans un processus de coulage en continu.

Transfert de chaleur dans les tissus biologiques avec analyse des dommages

Une nécrose des tissus (dommage permanent ou mort des tissus vivants) survient dans l'une des deux situations suivantes : une quantité excessive d'énergie thermique a été absorbée ou une température critique a été dépassée (normalement le point d'ébullition). Cette analyse est utilisée pour le traitement médical et les méthodes chirurgicales basés sur l'échauffement dans les tissus. L'absorption d'énergie thermique est souvent modélisée par les intégrales du dommage. L'interface Biological Tissue du Heat Transfer Module propose deux formes d'intégrale de dommage : Temperature threshold et Energy absorption.

  • Simulation d'une ablation tumorale montrant la fraction de tissus nécrosés sous la forme d'un graphique de coupe, à trois emplacements différents en fonction du temps écoulé. Simulation d'une ablation tumorale montrant la fraction de tissus nécrosés sous la forme d'un graphique de coupe, à trois emplacements différents en fonction du temps écoulé.

Simulation d'une ablation tumorale montrant la fraction de tissus nécrosés sous la forme d'un graphique de coupe, à trois emplacements différents en fonction du temps écoulé.

Le seuil de température représente une inégalité intégrée simple relative à la durée pendant laquelle des tissus sont restés au-dessus d'une température spécifique. Les paramètres définis par l'utilisateur incluent Damage temperature, Damage time et Necrosis temperature. Dans ce cas, le système suppose que la nécrose des tissus est imputable aux deux mécanismes suivants :

  • Lorsque la température des tissus dépasse une température de dommage donnée au-delà d'une période donnée
  • Dès que la température des tissus dépasse la température de nécrose

La forme Energy absorption utilise une expression de type équation d'Arrhénius pour évaluer directement l'énergie absorbée. Les paramètres définis par l'utilisateur incluent notamment le facteur de fréquence (Frequency factor) et l'énergie d'activation (Activation energy) pour l'équation d'Arrhénius intégrée.

Les propriétés matériaux pour les tissus endommagés sont modifiées afin de prendre en compte l'influence du dommage des tissus. La conductivité et la capacité de chaleur efficace (produit de la densité par la capacité de chaleur) sont modifiées par rapport à la fraction volumique des tissus nécrotiques. La bibliothèque de matériaux fournie avec le Heat Transfer Module propose six nouveaux biomatériaux génériques : Bone, Fat, Liver, Muscle, Prostate et Skin.

La nouvelle interface physique pour le transfert de chaleur dans les tissus biologiques avec intégrales de dommage est disponible pour l'interface Heat Transfer in Solids ainsi que pour toutes les combinaisons multiphysiques faisant appel à cette interface physique, en particulier :

  • Joule Heating
  • Induction Heating
  • Microwave Heating
  • Laser Heating
  • Thermal Stress
  • Joule Heating et Thermal Expansion
  • Thermoelectric Effect

Deux modèles disponibles dans la bibliothèque de modèles du Heat Transfer Module (Microwave Cancer Therapy et Tumor Ablation) ont été mis à jour sur la base de la nouvelle analyse des intégrales de dommage.

Sources de chaleur ponctuelles et linéaires sur l'axe de symétrie

Pour les modèles axisymétriques 2D, vous pouvez désormais définir des sources de chaleur ponctuelles et linéiques sur l'axe de symétrie. Remplacée par une source de chaleur linéique applicable à des points, la source de chaleur ponctuelle propose désormais une option Total Line Power. L'option Line Heat Source on Axis s'applique uniquement sur l'axe de symétrie. S'appliquant à des points, la fonction Line Heat Source représente une ligne en révolution autour de l'axe de symétrie. Elle ne s'applique pas sur l'axe de symétrie. La fonction Point Heat Source on Axis est une source ponctuelle qui s'applique uniquement à des points sur l'axe de symétrie. En 2D, l'option Point Heat Source a été remplacée par une option Line Heat Source qui s'applique à des points et propose désormais l'option Total Line Power via la sélection de l'épaisseur et de plusieurs points (représentant des lignes).

Interface Heat Transfer in Porous Media

Systèmes de coordonnées pour les milieux poreux anisotropes

L'interface Heat Transfer in Porous Media permet désormais de choisir le système de coordonnées depuis le nœud Definitions. Cette fonction est utile pour la définition du transfert de chaleur dans les matériaux anisotropes pour lesquels la conductivité thermique varie en fonction de la direction.

La définition de plusieurs matériaux poreux est désormais très simple : vous utilisez les sélections de matériaux, puis vous liez la propriété de matériau fluide à un autre matériau dans la liste Domain material. Cette procédure évite l'exécution de plusieurs transferts de chaleur dans les définitions de fonction en milieu poreux.

Conditions aux limites Fan, Interior Fan, Grille, Screen et Vacuum Pump

Les conditions aux limites Fan, Interior Fan, Grille, Screen et Vacuum Pump sont désormais proposées dans le CFD Module et dans le Heat Transfer Module.

Nouveaux modèles de performances thermiques de fenêtres, conformes à la norme ISO 10077-2:22012

Ces études comparatives reproduisent les dix cas de test définis par la norme ISO 10077-2:2012 pour les performances thermiques des fenêtres. Les performances thermiques sont évaluées en fonction de la conductance thermique et de la transmission du contrevent, puis les résultats sont validés par rapport aux données publiées.

  • Le tracé de température d'un modèle de référence de performances thermiques, dont les résultats sont validés par rapport aux données publiées. Le tracé de température d'un modèle de référence de performances thermiques, dont les résultats sont validés par rapport aux données publiées.

Le tracé de température d'un modèle de référence de performances thermiques, dont les résultats sont validés par rapport aux données publiées.

Modèle de dissipateur thermique à disques empilés

Ce modèle de dissipateur thermique à disques empilés montre les effets de refroidissement d'un dissipateur thermique à disques empilés sur un composant électronique. Le dissipateur thermique se compose de plusieurs disques minces en aluminium empilés autour d'une colonne centrale creuse. Cette configuration permet d'utiliser l'air à température ambiante pour refroidir les grandes surfaces des ailerons en aluminium.

  • Visualisation de la température pour un dissipateur thermique à disques empilés. Visualisation de la température pour un dissipateur thermique à disques empilés.

Visualisation de la température pour un dissipateur thermique à disques empilés.

Effets thermiques du soleil comme source de rayonnement de chaleur externe

Ce modèle, qui représente un parasol et deux caisses, illustre comment modéliser les effets thermiques du soleil en tant que source de rayonnement de chaleur externe. La simulation représente un ensoleillement de 10h00 à 16h00. Pendant cette partie de la journée, le parasol protège partiellement les caisses de l'exposition solaire. Ce modèle utilise la fonction de source de chaleur par rayonnement externe avec option de position solaire. La position du soleil et les effets d'ombre sont automatiquement mis à jour pendant la simulation.

  • Modèle de tutoriel reposant sur des refroidisseurs placés à côté d'un parasol pour le calcul de la température, l'effet de l'exposition solaire étant pris en compte de 10h00 à 16h00. Modèle de tutoriel reposant sur des refroidisseurs placés à côté d'un parasol pour le calcul de la température, l'effet de l'exposition solaire étant pris en compte de 10h00 à 16h00.

Modèle de tutoriel reposant sur des refroidisseurs placés à côté d'un parasol pour le calcul de la température, l'effet de l'exposition solaire étant pris en compte de 10h00 à 16h00.

Structural Mechanics Module

Contact rapide avec la méthode des pénalités

Une nouvelle méthode des pénalités pour le contact permet une convergence plus rapide et plus solide que la formulation standard de lagrangien augmenté. Elle évite la résolution pour les degrés de liberté associés à la pression de contact et élimine l'utilisation d'un solveur séparé spécial. Même si elle accélère le processus de résolution, la formulation de la méthode des pénalités ne converge pas vers une distance strictement nulle entre les surfaces de contact. De fait, la formulation utilisée pour évaluer la pression de contact n'est pas aussi précise que la formule du lagrangien augmenté robuste. Les calculs de pression de contact et de force de frottement sont indépendantes l'une de l'autre. La méthode de contact voulue peut être sélectionnée dans les nouvelles sections Contact Pressure Method et Tangential Force Method de la fenêtre des paramètres Contact.

Le facteur de pénalité doit être défini par l'utilisateur. Pour la pression normale, il est également possible de définir un décalage. Autrement dit, une estimation adéquate de la pression de contact permet de réduire la zone d'incertitude du recouvrement. En ajoutant l'option Friction, il est possible d'hériter le facteur de pénalité du parent si la pression de contact normale utilise également la méthode des pénalités.

  • Analyse d'une connexion de tube avec contact mécanique et boulons précontraints. Le tube est soumis à un moment de flexion externe. La contrainte dans les boulons est calculée en tant que fonction de la charge externe appliquée. Analyse d'une connexion de tube avec contact mécanique et boulons précontraints. Le tube est soumis à un moment de flexion externe. La contrainte dans les boulons est calculée en tant que fonction de la charge externe appliquée.

Analyse d'une connexion de tube avec contact mécanique et boulons précontraints. Le tube est soumis à un moment de flexion externe. La contrainte dans les boulons est calculée en tant que fonction de la charge externe appliquée.

Nouvelles charges et forces : Gravity, Centrifugal, Spin-Softening, Coriolis et Euler

Les forces de masse et les chargements telles que la gravité, les forces centrifuges, les forces de Coriolis et les forces d'Euler peuvent être appliquées à l'aide de deux nouvelles options pour les fonctions Gravity et Rotating Frames. Il est ainsi plus facile de définir les chargements qui s'exercent sur tous les objets ayant une masse, par exemple, les domaines avec une densité de masse, des masses de points, une masse ajoutée, des connecteurs rigides avec une masse, etc. Les forces et les charges sont ajoutées au niveau du domaine, même si elles peuvent être automatiquement appliquées aux entités au niveau de leurs limites, arêtes et points. Les cas de charge sont pris en charge.

La fonction Rotating Frame comprend tous les types de forces fictives s'exerçant sur un système en rotation. Par défaut, les types de force Centrifugal et Spin-softening sont intégrés.

  • Les paramètres de la fonction Rotating Frame. Les paramètres de la fonction Rotating Frame.

Les paramètres de la fonction Rotating Frame.

Le tutoriel Rotating Blade relatif à la dynamique du rotor (disponible dans la bibliothèque de modèles) a fait l'objet d'une mise à jour ; il utilise désormais les charges Rotating Frame intégrées à la place des expressions pour Body Load.

Puisque la fonction Added Mass est parfois utilisée pour décrire des effets de charge qui ne sont pas des masses structurelles véritables, la contribution de la masse ajoutée est parfois indésirable. Vous gérez l'option d'inclure ou d'exclure cette contribution avec la case à cocher présente dans une nouvelle section appelée Frame Acceleration Forces.

Nouveau nœud Multiphysics pour l'interface Thermal Stress

Les nouveaux nœuds Multiphysics de COMSOL facilitent la modélisation des applications multiphysiques, comme les contraintes thermiques. Ces nœuds permettent de mieux contrôler la modélisation et d'accroître les possiblités de simulation par l'ajout d'autres interfaces relatives à une seule physique. L'ajout de l'interface Thermal Stress depuis le Model Builder ajoute les interfaces Solid Mechanics et Heat Transfer in Solids, ainsi que le nœud Multiphysics, idéal pour simuler les couplages physiques intervenant dans la modélisation des contraintes thermiques. Si vous avez déjà configuré l'interface Solid Mechanics et effectué des opérations de modélisation, vous pouvez aussi ajouter l'interface Heat Transfer in Solids ; le nœud Multiphysics sera ajouté automatiquement au Model Builder.

L'interface Joule Heating et Thermal Expansion est également dotée d'un nouveau nœud Multiphysics. L'ajout de cette interface directement dans le Model Wizard ajoutera les interfaces Electric Currents, Heat Transfer in Solids et Solid Mechanics au Model Builder, avec le nœud Multiphysics. Vous pouvez également ajouter séquentiellement les interfaces relatives à une seule physique, afin d'augmenter la complexité du modèle. Une fois la deuxième interface de physique ajoutée, le nœud Multiphysics apparaît dans le Model Builder. Ses possibilités de définition des couplages multiphysiques augmenteront après l'ajout de la troisième interface de physique. Diverses simulations peuvent alors être exécutées sur le modèle (les variations dans les couplages multiphysiques notamment), puisque vous pouvez activer et désactiver ces couplages à la volée par le biais du nœud Multiphysics.

Mises à jour pour la viscoélasticité

Les sous-nœuds Linear Elastic Materials propose un nouveau nœud Viscoelasticity, qui permet l'extension transparente des modèles élastiques linéaires à partir de propriétés viscoélastiques. La combinaison des interfaces Linear Elastic Material et Viscoelasticity remplace la fonction Linear Viscoelastic Material proposées dans les versions précédentes du logiciel. Cette nouvelle formulation élimine l'étape d'initialisation viscoélastique dans le nœud Solver.

Deux nouveaux modèles de matériaux viscoélastiques, Standard Linear Solid et Kelvin-Voigt, viennent s'ajouter au modèle Generalized Maxwell Model, disponible dans les versions précédentes.

La propriété Static Stiffness permet de choisir la rigidité (Long-term ou Instantaneous) dans les analyses stationnaires.

La section Thermal Effects propose désormais deux nouvelles formulations qui permettent d'imposer le décalage temporel pour les solides thermorhéologiquement simples : décalage d'Arrhénius (Arrhenius) et définis par l'utilisateur (User defined), qui viennent compléter la fonction de décalage de WLF (Williams-Landel-Ferry), déjà disponible.

Connexions solide-coque-poutre

Un ensemble de connexions solide-coque-poutre facilite nettement la configuration des modèles qui utilisent conjointement des solides, des coques et des poutres. Ces connexions sont proposées sous la forme de plusieurs options différentes :

3D

  • Connexion d'une arête de coque à une limite de solide
  • Connexion d'une limite de coque à une limite de solide (aussi appelée "revêtement")

2D

  • Connexion d'un point de poutre à une limite de solide
  • Connexion d'une arête de poutre à une limite de solide

Aperçu des connexions

La connexion est toujours créée par l'ajout de deux fonctions (une dans chaque interface de physique).

Connexion d'un solide avec une coque

Les paramètres Shell Connection de l'interface Solid Mechanics proposent les options suivantes :

  • L'entité connectée possède deux sélecteurs :
  • Arête de coque ou limite de coque
  • La fonction Solid Connection de l'interface Shell qui fournit l'autre moitié de la connexion

  • La zone connectée permet de définir une connexion arête à surface et détermine la partie de la surface solide à laquelle la coque est connectée. L'option par défaut est Shell Thickness, pour laquelle la connexion se fait par la moitié de l'épaisseur de la coque vers le haut et le bas à partir de la surface médiane. Avec l'option Selected boundaries, toute la sélection de la fonction Shell connection est connectée. Dans le dernier cas (Distance from shell-mid-surface), l'utilisateur dispose d'un contrôle complet sur le comportement de la connexion à partir de l'arête de la coque.

  • Avec l'option Shell boundary, l'option Boundary type s'applique à une connexion limite à limite, pour définir son type. Avec l'option Shared, la limite de la coque est une face du solide (ce n'est pas le cas avec l'option Parallel).

  • Lorsque l'option Boundary type est mise à Parallel, trois options permettent de définir le mode de calcul de la distance entre la coque et le solide : en fonction des propriétés de coque et de la distance géométrique entre les limites, ainsi que sur une expression définie par l'utilisateur.

Connexion d'une coque avec un solide

La section Solid Connection de l'interface Shell ne propose qu'un seul paramètre : Connection type. Ce paramètre s'applique uniquement à l'option arête à frontière (edge-to-boundary). D'une extrême précision, la connexion Softened par défaut présente cependant quelques inconvénients : elle ajoute plusieurs degrés de liberté à l'arête de la coque et peut devenir singulière si le maillage sur le solide est très grossier. La connexion Simplified est similaire à un connecteur rigide local. Elle contraint le solide sur la coque et génère des problèmes de déformations locales. Le cas 2D est analogue, sauf que les coques sont remplacées par des poutres.

Nouvelle fonction Rigid Domain

La nouvelle fonction Rigid Domain a été ajoutée dans l'interface Solid Mechanics, pour remplacer le sous-nœud Rigid Domain sous Rigid Connector. Disponible pour les interfaces Solid Mechanics et Multibody Dynamics, la fonction Rigid Domain présente plusieurs avantages par rapport au sous-nœud Rigid Domain précédent, en particulier :

  • Il s'agit d'un modèle de matériau approprié qui remplace tous les autres modèles de matériaux, dont le modèle élastique linéaire
  • Il possède des degrés de liberté spécifiques qui peuvent être initialisés à partir des valeurs initiales
  • Il possède des conditions aux limites spécialisées pour les contraintes et les charges sous la forme de sous-nœuds
  • La définition d'un emplacement est très simple : elle utilise le centre des surfaces, arêtes ou points sélectionnés pour initialiser, imposer ou appliquer une charge
  • Le modèle prend en charge des conditions aux limites de charge structurelle, comme la gravité, une frame en rotation, un chargement et la connexion avec un ressort
  • Il élimine automatiquement les conditions aux limites de contrainte structurelle non applicables
  • Il crée automatiquement la continuité avec les modèles de matériaux voisins
  • Il possède ses propres variables de post-traitement globales et des variables de post-traitement de domaine, à l'instar des autres modèles de matériaux
  • Il est possible de tracer les résultats dans la fonction Rigid Domain

Poutres de Timoshenko

La formulation de l'élément poutre a radicalement changé, si bien qu'il est désormais possible de prendre en compte la flexibilité de cisaillement (la théorie de Timoshenko). Cette possibilité vient s'ajouter aux poutres d'Euler-Bernoulli précédemment disponibles. Les poutres de Timoshenko sont utilisées lorsque les dimensions de section transversale sont élevées par rapport à la longueur de la poutre, mais suffisamment fines cependant pour permettre l'utilisation d'une approximation de poutre. Avec la théorie de Timoshenko, des facteurs de correction du cisaillement doivent être ajoutés aux autres données de section transversale.

Remarque concernant la rétrocompatibilité : La formulation d'Euler-Bernoulli est utilisée à l'ouverture d'un ancien modèle. La section Beam Formulation (sélection de la formulation) est toujours montrée, mais seule l'option Euler-Bernoulli est acceptée. Si la section Advanced Physics Options est affichée, la nouvelle section Backward Compatibility l'est également. Si la case Use pre 4.4 formulation est désélectionnée, la nouvelle formulation est utilisée. Cette opération active l'utilisation des poutres de Timoshenko, mais vous devez régler manuellement les paramètres du solveur, comme la ségrégation et la mise à l'échelle. Cette option héritée ne prend pas en charge les poutres associées aux solides ou aux coques si les mêmes noms sont utilisés pour les degrés de liberté dans les deux interfaces physiques.

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  • Les paramètres de l'option Shear correction factor pour les poutres de Timoshenko. Les paramètres de l'option Shear correction factor pour les poutres de Timoshenko.

Les paramètres de l'option Shear correction factor pour les poutres de Timoshenko.

Nonlinear Structural Materials Module and Geomechanics Module

Données relatives au durcissement de la plasticité à partir du matériau

La fonction Hardening du nœud Plasticity propose désormais une option de sélection From material, qui facilite la création de bibliothèques personnalisées à partir des propriétés matériaux élastoplastiques.

Densité de l'énergie plastique dissipée

L'énergie plastique dissipée peut désormais être calculée pour le fluage, la plasticité et la viscoélasticité, proposés en tant que sous-fonctions d'un modèle matériau par défaut. Cependant, cette opération ajoute un degré de liberté supplémentaire au processus de résolution, qui nécessite des ressources de calcul supplémentaires. Vous pouvez indiquer si vous souhaitez ou non effectuer ce calcul, en activant ou désactivant l'option correspondante dans la section Energy Dissipation des fenêtres de configuration Linear Elastic Material et Hyperelastic Material. Cette option est affichée uniquement si l'option Show Advanced Physics Options est activée.

Fatigue Module

Nouveaux modèles de fatigue et fatigue thermique

Deux familles de modèles de fatigue ajoutent des fonctionnalités de fatigue thermique au Fatigue Module : l'une prédit la fatigue sur la base des déformations inélastiques et l'autre, sur de l'énergie dissipée. Les deux modèles sont également adaptés à la prédiction de fatigue avec un nombre de cycles faible dans les matériaux ductiles.

Modèles de fatigue basés sur l'énergie

L'option de fatigue basée sur l'énergie propose des modèles de fatigue basés sur la dissipation d'énergie. Deux modèles sont disponibles :

  • Morrow
  • Darveaux

Le modèle de Morrow utilise une évaluation de la durée de vie en fatigue ponctuelle, tandis que le modèle de Darveaux calcule la durée de vie en fatigue en fonction de la dissipation d'énergie moyennée en volume. Le modèle de Darveaux est uniquement disponible au niveau du domaine et le modèle de Morrow, à tous les niveaux dimensionnels. Deux méthodes permettent d'évaluer le volume moyen pour le modèle de Darveaux : avec l'option Individual domains, chaque domaine géométrique individuel fait l'objet d'une évaluation séparée ; avec l'option Entire selection, le volume moyen est évalué simultanément sur l'ensemble des domaines géométriques. Puisque le modèle de Darveaux sépare la vie totale en création d'une fissure et la propagation d'une fissure, il est possible d'évaluer le nombre de cycles nécessaire pour chaque événement.

  • Prédiction de la durée de vie pour le matériau de soudure en fonction du volume moyen d'énergie de dissipation, selon le modèle de Darveaux. Prédiction de la durée de vie pour le matériau de soudure en fonction du volume moyen d'énergie de dissipation, selon le modèle de Darveaux.

Prédiction de la durée de vie pour le matériau de soudure en fonction du volume moyen d'énergie de dissipation, selon le modèle de Darveaux.

Les deux modèles de fatigue permettent d'évaluer des types différents de changement d'énergie. Les types prédéfinis sont les suivants :

  • Creep dissipation density
  • Plastic dissipation density
  • Total dissipation density
  • User defined

Les trois premières options exigent l'emploi de modèles de comportement non linéaire des matériaux pour le matériau évalué, ainsi que l'activation du calcul de la dissipation d'énergie sous Advanced Physics Options. L'option User defined permet de spécifier une variable personnalisée pour la densité d’énergie et de l'utiliser dans l'un des modèles indiqués ci-dessus. Pour cela, vous pouvez soit combiner des variables d'énergie existantes soit en définir de nouvelles, à partir d'équations faisant appel à l'une des interfaces Mathematics pour les PDE et les ODE.

Modèles de fatigue basés sur les déformations, de type Coffin-Manson

La famille des modèles basés sur les déformations a été complétée par un modèle basé sur la relation de Coffin-Manson. Ce modèle permet normalement d'évaluer le régime de fatigue avec un nombre de cycles faible.

Le modèle a été modifié afin de pouvoir utiliser différents types de déformations inélastiques dans la relation de Coffin-Manson. Les types de déformation suivants sont disponibles :

  • Effective creep strain
  • Effective plastic strain
  • User defined

L'option User defined permet d'évaluer toutes les autres déformations définies dans l'une des interfaces structurelles ou une expression de déformation personnalisée basée sur des équations à travers l'une des interfaces Mathematics pour PDE et ODE. Il est ainsi possible d'évaluer différentes composantes de cisaillement et de déformation normale, ainsi que différentes contributions de fluage (dont le fluage secondaire) pendant une simulation de fatigue. La relation de Coffin-Manson initiale est obtenue en sélectionnant Effective plastic strain pour l'option Inelastic strain.

Nouveau modèle de tutoriel : Fatigue thermique dans une jonction de soudure sur une résistance à montage en surface

Un nouveau tutoriel montre une résistance à montage en surface soumise à un ensemble de cycles thermiques accélérés. Un changement de température cyclé de 50°C intervient sur une période de 2 minutes, suivie d'un arrêt de 3 minutes. Les contraintes thermiques sont générées par les différences de dilatation thermique dans les différentes parties de l'assemblage. La jonction de soudure qui connecte la résistance à la carte de circuits imprimés est le lien le plus faible de l'assemblage. Offrant une réponse non linéaire aux changements de température dans le temps, il utilise le modèle de fluage de Garofalo. Pour garantir l'intégrité structurelle du composant, une analyse de fatigue est effectuée sur la base de la déformation de fluage et de l'énergie dissipée. Plusieurs cycles d'échauffement et de refroidissement sont simulés, suivis d'une étude de fatigue.

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  • Prédiction de la durée de vie pour le matériau de soudure en fonction du volume moyen d'énergie de dissipation, selon le modèle de Darveaux. Prédiction de la durée de vie pour le matériau de soudure en fonction du volume moyen d'énergie de dissipation, selon le modèle de Darveaux.

Le changement dans la déformation effective de fluage et la composante de fluage par cisaillement, évaluées dans la section de soudure fine entre la résistance et la carte de circuits imprimés.

  • Prédiction de la durée de vie pour le matériau de soudure en fonction du volume moyen d'énergie de dissipation, selon le modèle de Darveaux. Prédiction de la durée de vie pour le matériau de soudure en fonction du volume moyen d'énergie de dissipation, selon le modèle de Darveaux.

L'énergie dissipée exprimée avec une hystérésis contrainte-déformation par cisaillement, évaluée dans la section de soudure fine entre la résistance et la carte de circuits imprimés

Multibody Dynamics Module

Trois nouveaux types de liaison : Fixed Joint, Distance Joint et Universal Joint

L'interface Multibody Dynamics propose trois types de liaisons supplémentaires : Fixed Joint, Distance Joint et Universal Joint, sous More Joints dans le menu Joints. Ces nouveaux types de liaison diffèrent des types déjà disponibles dans la mesure où ils sont plus abstraits et n'ont pas besoin de sous-fonctions. Une liaison fixe (Fixed Joint) soude deux parties. Une liaison distante (Distance Joint) est similaire à une liaison rigide dotée de jonctions rotules à ses extrémités, sauf que la distance peut changer car il est possible d'attribuer une variable au champ Extension edit. Une liaison universelle (Universal Joint) est également appelée liaison de cardan.

Frottement sur les liaisons

Il est désormais possible d'ajouter un frottement à certains types de liaison (Prismatic, Hinge, Cylindrical, Screw, Planar et Ball). L'ajout du frottement aux modèles dynamiques multicorps est uniquement possible dans les études temporelles.

Acoustics Module

Aéroacoustique avec les équations d'Euler linéarisées

Dans l'idéal, les simulations aéroacoustiques devraient faire appel à la résolution des équations de Navier-Stokes totalement compressibles dans le domaine temporel. Les ondes de pression acoustique constitueraient alors un sous-ensemble de la solution fluide. Or cette approche ne se prête que rarement aux applications du monde réel en raison du temps de traitement et des ressources de mémoire qu'elle implique. A la place, une approche découplée en deux étapes permet de résoudre un vaste éventail de problèmes techniques : résolution de l'écoulement fluidique, suivie des perturbations acoustiques de l'écoulement.

Les nouvelles interfaces physiques d'Euler linéarisées calculent les variations acoustiques pour la pression, la vitesse et la densité d'un écoulement amont moyen donné. Elles permettent de résoudre les équations d'Euler linéarisées, en particulier l'équation d'énergie, en se basant sur l'hypothèse que l'écoulement amont est un gaz idéal (ou déterminé approximativement par un gaz idéal) exempt de pertes thermiques ou visqueuses. Les interfaces physiques d'Euler linéarisées sont disponibles pour les études de domaine temporel, de domaine de fréquence et de fréquences propres.

Les exemples d'applications incluent l'analyse de la propagation du bruit dans les moteurs des avions à réaction, la modélisation des propriétés d'atténuation des silencieux en présence d'un écoulement non isotherme et l'étude des débitmètres à gaz. Dans toutes ces situations, un écoulement amont de gaz influence la propagation des ondes acoustiques dans le fluide.

L'exemple ci-dessous illustre un modèle de validation extrait d'un magazine (A. Agarwal, P. J. Morris et R. Mani, AIAA 42, pp. 80, 2009), qui est également un problème d'étude comparative tiré du quatrième atelier d'aéroacoustique computationnelle (CAA - (Proceedings of the 4th CAA Workshop on Benchmark Problems, NASA CP, 2004-212954, 2004). Une source ponctuelle gaussienne se trouve dans un moteur à réaction à grande vitesse doté de grands gradients. Le moteur à réaction exerce une influence considérable sur la propagation des ondes sonores dans le fluide. Cet exemple de modèle, disponible dans la bibliothèque de modèles, présente un résultat analytique conforme aux résultats du modèle.

  • Une source ponctuelle gaussienne se trouve dans un écoulement de moteur à réaction à grande vitesse doté de grands gradients. L'écoulement à 0,75 Mach arrive par la gauche, le long de l'axe x négatif. En raison de la symétrie, seule la partie supérieure (y>0) du domaine fluide est calculée. L'écoulement exerce une influence considérable sur la propagation des ondes sonores dans le fluide&nbsp;; les ondes de pression acoustique sont nettement déformées sous l'effet du champ de vitesse. Pour simuler un domaine de modélisation non limité et absorber les ondes de pression sortantes, des couches parfaitement absorbantes (PML) sont utilisées pour le modèle de domaine de fréquence. Une source ponctuelle gaussienne se trouve dans un écoulement de moteur à réaction à grande vitesse doté de grands gradients. L'écoulement à 0,75 Mach arrive par la gauche, le long de l'axe x négatif. En raison de la symétrie, seule la partie supérieure (y>0) du domaine fluide est calculée. L'écoulement exerce une influence considérable sur la propagation des ondes sonores dans le fluide ; les ondes de pression acoustique sont nettement déformées sous l'effet du champ de vitesse. Pour simuler un domaine de modélisation non limité et absorber les ondes de pression sortantes, des couches parfaitement absorbantes (PML) sont utilisées pour le modèle de domaine de fréquence.

Une source ponctuelle gaussienne se trouve dans un écoulement de moteur à réaction à grande vitesse doté de grands gradients. L'écoulement à 0,75 Mach arrive par la gauche, le long de l'axe x négatif. En raison de la symétrie, seule la partie supérieure (y>0) du domaine fluide est calculée. L'écoulement exerce une influence considérable sur la propagation des ondes sonores dans le fluide ; les ondes de pression acoustique sont nettement déformées sous l'effet du champ de vitesse. Pour simuler un domaine de modélisation non limité et absorber les ondes de pression sortantes, des couches parfaitement absorbantes (PML) sont utilisées pour le modèle de domaine de fréquence.

Les conditions aux limites pour les interfaces de physiques Linearized Euler incluent les options suivantes :

  • Rigid wall (par défaut)
  • Prescribed fields
  • Symmetry
  • Impedance (domaine de fréquence uniquement)
  • Moving wall
  • Interior wall

  • Analyse du mode propre d'un salon avec ce modèle COMSOL ; tout champ sonore dans la pièce est une combinaison de ces modes. Le modèle montre le mode à environ 93&nbsp;Hz. La réponse des enceintes peut être modélisée par l'ajout du mouvement du haut-parleur et le balayage des fréquences. Analyse du mode propre d'un salon avec ce modèle COMSOL ; tout champ sonore dans la pièce est une combinaison de ces modes. Le modèle montre le mode à environ 93 Hz. La réponse des enceintes peut être modélisée par l'ajout du mouvement du haut-parleur et le balayage des fréquences.

Analyse du mode propre d'un salon avec ce modèle COMSOL ; tout champ sonore dans la pièce est une combinaison de ces modes. Le modèle montre le mode à environ 93 Hz. La réponse des enceintes peut être modélisée par l'ajout du mouvement du haut-parleur et le balayage des fréquences.

Nouvelles structure pour les modèles de fluide pour la pression acoustique

Les modèles de fluide pour la pression acoustique sont désormais regroupés dans les interfaces suivantes : Pressure Acoustics, Poroacoustics et Narrow Region Acoustics. Les sources de domaine Dipole et Monopole sont accessibles depuis le menu More.

Poro-acoustique

Dans l'interface Poroacoustics, les modèles fluides portent désormais des noms donnés conformes aux normes de l'industrie : Delany-Bazley-Miki et Johnson-Champoux-Allard. De plus, les valeurs par défaut et l'organisation des paramètres ont été simplifiées.

Narrow Region Acoustics

Deux options sont disponibles dans l'interface Narrow Region Acoustics : Wide duct approximation et Very narrow circular duct. De plus, les valeurs par défaut et l'organisation des paramètres ont été simplifiées.

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Chemical Reaction Engineering Module

Quantités globales pour l'écoulement aux frontières

Les formules mathématiques permettant de calculer le transport massique ont été améliorées, ce qui a entraîné la révision des variables pour les bilans de masse. De plus, il est désormais possible de calculer et d'augmenter avec une grande précision les flux massiques sur les frontières.

Ces améliorations ont permis d'intégrer diverses quantités globales moyennées pour les frontières des flux entrants et multiphysiques :

  • Le débit massique total et la pression moyenne internes
  • Les calculs d'un écoulement selon la loi de Darcy
  • Le débit massique total de sortie pour la modélisation d'un écoulement laminaire
  • La température de la cupule de mélange pour la modélisation d'un écoulement non isotherme
  • La fraction massique moyennée pour la modélisation du transport des espèces diluées et concentrées

Combustion de gaz de synthèse dans un modèle de brûleur à jet circulaire

Ce modèle simule la combustion turbulente de gaz de synthèse dans un brûleur à jet circulaire. Le gaz de synthèse provient d'une conduite et débouche dans l'air, où il se mélange et brûle. Le modèle est résolu avec les interfaces Reacting Flow et Heat Transfer in Fluids. L'écoulement turbulent du jet est modélisé avec un modèle de turbulence de type k-ε, et les réactions turbulentes utilisent un modèle de dissipation de tourbillon.

  • Modèle de flamme issue d'une combustion turbulente de gaz de synthèse dans un brûleur à jet circulaire. Modèle de flamme issue d'une combustion turbulente de gaz de synthèse dans un brûleur à jet circulaire.

Modèle de flamme issue d'une combustion turbulente de gaz de synthèse dans un brûleur à jet circulaire.

Assistant pour le calcul du point éclair multicomposant

Le Chemical Reaction Engineering Module prend désormais en charge le calcul du point éclair à travers son interface Thermodynamics. Le calcul du point éclair détermine l'état d'équilibre entre phases dans un système comportant une ou plusieurs espèces ou phases chimiques, lorsque le système a été soumis à une importante chute de pression, imputable le plus souvent à un dispositif d'étranglement. A partir des entrées fournies par les bibliothèques de fonctions de propriétés thermodynamiques externes conformes à la norme CAPE-OPEN, COMSOL peut calculer le point éclair des mélanges multicomposants et le coupler aux autres physiques intervenant dans vos simulations de processus chimiques.

Le Chemical Reaction Engineering Module peut calculer le point éclair pour l'équilibre vapeur/liquide en associant les équations thermodynamiques aux équilibres d'énergie et de masse des espèces contributives. Vous pouvez ainsi disposer de résultats qui vous fourniront les informations suivantes :

  • Le point de bulle à T
  • Le point de bulle à p
  • Le point de rosée à T
  • Le point de rosée à p
  • Le point éclair à p et T
  • Le point éclair à p et H
  • Le point éclair à p et S
  • Le point éclair à U et V

Electrodeposition Module

Modélisez les processus d'électrodéposition à travers la nouvelle interface Primary Current Distribution

Vous pouvez modéliser directement la distribution de courant primaire en sélectionnant l'interface Electrodeposition, Primary dans le Model Wizard.

Les interfaces Electrodeposition assurent désormais le post-traitement de l'écoulement précis sur les frontières

Deux variables de post-traitement (nIs et nIl) permettent désormais de calculer la densité de courant normale, dans les phases de l'électrode et de l'électrolyte.

Modèle de galvanoplastie sur une portière de véhicule

Modèle de distribution de courant primaire pour la galvanoplastie sur une portière de véhicule. La haute résistivité de la peinture génère une distribution plus uniforme de la couche déposée. Une résistance de film variable, associée à une conductivité constante de l'électrolyte, permet de décrire le transport de charge dans l'électrolyte.

  • Epaisseur de peinture déposée par galvanoplastie sur une portière de véhicule. Epaisseur de peinture déposée par galvanoplastie sur une portière de véhicule.

Epaisseur de peinture déposée par galvanoplastie sur une portière de véhicule.

Corrosion Module

Interfaces Current Density Distribution pour les processus de corrosion

Choisissez l'interface Corrosion, Primary afin d'indiquer que vous voulez modéliser la distribution de courant primaire dans les interfaces physiques pour la corrosion. Vous deviez jusqu'alors préciser ce point dans l'interface Corrosion, Secondary.

Ecoulements précis sur les frontières dans les interfaces Corrosion

Deux nouvelles variables de post-traitement (nIs et nIl) permettent désormais de calculer la densité de courant normale, respectivement dans les phases de l'électrode et de l'électrolyte.

Electrochemistry Module

  • Concentration de ferrocyanure dans le capteur. Concentration de ferrocyanure dans le capteur.

Calcul des écoulements sur les frontières dans les interfaces Electrochemistry

Deux variables de post-traitement permettent de fournir des données précises sur la densité de courant dans les phases de l'électrode et de l'électrolyte.

Concentration de ferrocyanure dans le capteur.

Modèle de capteur de glucose électrochimique

Les capteurs de glucose électrochimiques font appel aux méthodes ampérométriques pour mesurer la concentration de glucose dans un échantillon. Cet exemple modélise la diffusion de glucose et de médiateurs redox ferricyanure/ferrocyanure dans une cellule d'unité électrolytique au-dessus d'une électrode interdigitée. Le capteur fournit une réponse linéaire sur une plage appropriée de concentrations. L'interface Electroanalysis permet de coupler le transport des espèces chimiques vers l'électrolyse au niveau des électrodes de travail et auxiliaires, si bien que le glucose est oxydé par l'enzyme oxydase de glucose en solution, conformément à la cinétique de Michaelis-Menten.

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AC/DC Module

Base de données de matériaux magnétiques non linéaires

Une base de données de 165 matériaux ferromagnétiques et ferrimagnétiques est aujourd'hui intégrée dans le AC/DC Module. La base de données contient des courbes BH et HB permettant d'utiliser les propriétés de matériau dans les formulations de champs magnétiques. Les données de courbe sont densément échantillonnées et leur traitement en amont élimine les effets d'hystérésis. A l'extérieur de la plage des données expérimentales, l'extrapolation linéaire permet une stabilité numérique maximale.

Données de courbe BH échantillonnées

De nouvelles interfaces pour le chauffage par induction

Le flux d'opérations pour configurer des simulations avec le chauffage par induction a été largement amélioré grâce à l'intégration d'un nœud Multiphysics dans le Model Builder. Les nouvelles interfaces utilisateur sont adaptées lorsque chacune des physiques constitutives peut être modélisée séparément. Puisque les échelles de temps électrique d'un procédé inductif typique sont de l'ordre de plusieurs milliers de cycles par seconde, alors que les champs de température varient en secondes, il convient de modéliser le problème électrique dans le domaine de fréquence et le problème thermique dans le domaine temporel ou stationnaire.

La nouvelle interface Inductive Heating donne accès à des interfaces pour calculer les pertes et les courants induits via l'interface Magnetic Fields et l'augmentation de température via l'interface Heat Transfer et à un nœud Multiphysics qui suit les couplages entre les physiques. Les champs magnétiques et les problèmes de transfert de chaleur peuvent être résolus séparément.

RF Module

Condition aux limites de transition pour une conductivité élevée

La formulation de la condition aux limites de transition a été améliorée. Elle prend en charge le cas d'une limite intérieure dont la conductivité des matériaux est très élevée. Cela peut servir à modéliser une couche de métal qui est beaucoup plus mince que les autres dimensions du modèle.

Conditions aux limites du port intérieur

Lorsque vous modélisez des sources d'ondes électromagnétiques dans le RF Module, les conditions aux limites de port sont habituellement définies sur les limites extérieures d'un modèle pour représenter une source située à l'extérieur de l'espace de modélisation. Toutefois, il est parfois plus pratique de placer la source à l'intérieur du domaine de modélisation. La nouvelle fonction Slit Port permet de le faire. Cette source peut être définie sur Domain-backed ou PEC-backed. L'option PEC-backed permet d'introduire deux conditions aux limites comme limite intérieure. Sur l'un des côtés de la limite, la condition PEC sera appliquée. Sur l'autre, n'importe quelle condition aux limites de port normale peut être appliquée pour exciter un champ s'éloignant de la limite. La direction dans laquelle le champ se propage est spécifiée par l'option Port Orientation. A l'inverse, l'option Domain-backed permet de définir une limite transparente. Elle peut exciter une onde qui s'écarte de la limite, et tout onde incidente sur le port domain-backed sera transmise sans entrave.

  • Les parois d'une antenne à cornet 2D avec la nouvelle condition aux limites de transition. L'antenne est excitée par excitation de type PEC-backed Slit Port. Les parois d'une antenne à cornet 2D avec la nouvelle condition aux limites de transition. L'antenne est excitée par excitation de type PEC-backed Slit Port.

Les parois d'une antenne à cornet 2D avec la nouvelle condition aux limites de transition. L'antenne est excitée par excitation de type PEC-backed Slit Port.

L'option Domain-backed sert également à modéliser des problèmes périodiques. Si vous modélisez des structures ayant de nombreux ordres de diffraction d'ordre plus élevé, tels que les grilles, vous devez tenir compte de chaque ordre diffracté avec une condition aux limites de port distincte. Pour des structures 3D, il peut même y avoir une diffraction dans plusieurs plans. Toutefois, il ne nous importe pas toujours de considérer chaque ordre diffracté séparément, mais de déterminer uniquement la transmission et la réflexion globales d'une structure périodique. Dans ce cas, un port de type domain-backed peut être utilisé. Le port permet d'insérer une onde plane incidente provenant d'un angle quelconque. Toute onde réfléchie vers le port le traverse et atteint un PML placé derrière celui-ci. Le PML absorbe simultanément tous les modes d'ordre plus élevé.

Autres variables de post-traitement d'antenne

Dans le RF Module, vous pouvez désormais extraire le gain d'antenne (à l'échelle linéaire et dB), le rapport axial (à l'échelle linéaire et dB) et les variables de champ éloigné en termes d'angles thêta et phi, d'élévation et azimutaux.

  • Antenne GPS circulairement polarisée réglée avec les résultats de rapport axial Ce modèle sera disponible après la version&nbsp;4.4 au moyen d'une mise à jour de la bibliothèque de modèles. Antenne GPS circulairement polarisée réglée avec les résultats de rapport axial Ce modèle sera disponible après la version 4.4 au moyen d'une mise à jour de la bibliothèque de modèles.

Antenne GPS circulairement polarisée réglée avec les résultats de rapport axial Ce modèle sera disponible après la version 4.4 au moyen d'une mise à jour de la bibliothèque de modèles.

  • La surface sélective de fréquence avec des résonateurs à anneau fendu complémentaires. Ce modèle sera disponible après la version&nbsp;4.4 au moyen d'une mise à jour de la bibliothèque de modèles. La surface sélective de fréquence avec des résonateurs à anneau fendu complémentaires. Ce modèle sera disponible après la version 4.4 au moyen d'une mise à jour de la bibliothèque de modèles.

La surface sélective de fréquence avec des résonateurs à anneau fendu complémentaires. Ce modèle sera disponible après la version 4.4 au moyen d'une mise à jour de la bibliothèque de modèles.

Puissance de port déposée

Dans des applications de chauffage par micro-ondes, il est souhaitable de contrôler la puissance déposée dans le modèle. En spécifiant la puissance déposée, une condition de feedback est ajoutée au modèle et la puissance appliquée est ajustée de sorte que la puissance souhaitée soit déposée dans le modèle. Les applications possibles concernent le chauffage RF biomédical, la modélisation de plasma et d'autres domaines.

Analyse de mode de limite de port numérique avec conditions aux limites d'impédance

La condition aux limites de port numérique permet de calculer les champs à la limite d'un guide d'ondes où les distributions de champs ne peuvent pas être calculées analytiquement (par exemple des ports rectangulaires, coaxiaux ou circulaires). Ces calculs de port numérique tiennent à présent compte de la condition aux limites d'impédance. Celle-ci factorise l'effet des parois avec perte au lieu de supposer que les parois sont des conducteurs électriques parfaits. La condition aux limites périodiques peut également être factorisée.

  • Les formes de mode guide d'ondes calculées numériquement à chaque extrémité prennent en compte la conductivité finie des parois du guide d'ondes. Les formes de mode guide d'ondes calculées numériquement à chaque extrémité prennent en compte la conductivité finie des parois du guide d'ondes.

Les formes de mode guide d'ondes calculées numériquement à chaque extrémité prennent en compte la conductivité finie des parois du guide d'ondes.

Champ ambiant de faisceau gaussien

La formulation de champ diffusé permet de calculer la diffusion des champs électromagnétiques par un objet. En principe, une onde plane uniforme est spécifiée comme champ ambiant. Toutefois, le nouveau champ ambiant de faisceau gaussien permet de définir un faisceau gaussien qui se propage dans les directions des axes en spécifiant un rétrécissement de faisceau et un point focal. La polarisation du faisceau peut également être spécifiée.

Le faisceau gaussien ambiant pour la formulation de champs diffusés.

Nouvelles interfaces utilisateur puissantes pour le chauffage par micro-ondes

Une nouvelle fonctionnalité COMSOL permet de configurer plus facilement des simulations liées au chauffage par RF et micro-ondes. Un nœud Multiphysics dédié est intégré au Model Builder lorsque l'interface Microwave Heating est choisie dans l'assistant Model Wizard, avec les interfaces Electromagnetic Waves et Heat Transfer in Solids correspondantes.

Vous pouvez ainsi modéliser séparément des physiques constitutives afin de comprendre les réactions de votre modèle aux physiques participantes avant de considérer leurs effets dans un problème couplé. Cette fonctionnalité sert également à gérer la séquence de l'étude lorsque vous résolvez d'abord les ondes électromagnétiques dans le domaine de fréquence, puis le transfert de chaleurs dans le domaine temporel ou stationnaire. Le nœud Multiphysics vous permet de suivre les sources de chauffage par micro-ondes sur les domaines et les limites, ainsi que les non-linéarités de température dans toutes les propriétés de matériau.

Wave Optics Module

Fonctions de phase définies par l'utilisateur pour la formulation d'enveloppes de faisceau

La formulation d'enveloppes de faisceau peut résoudre l'enveloppe de champ électromagnétique en se basant sur l'hypothèse que le vecteur de propagation des champs est approximativement connu partout dans le domaine de modélisation. Cette méthode consomme peu de mémoire pour les problèmes où l'enveloppe de champ varie lentement relativement à la longueur d'onde et où la direction de propagation est connue. Il est désormais possible d'entrer explicitement une fonction de phase dans différents domaines, ce qui est utile si le faisceau change de direction.

Autres fonctionnalités nouvelles

La nouvelle fonctionnalité de port, décrite dans le RF Module, est également disponible dans le Wave Optics Module.

La nouvelle fonctionnalité de ports numériques, décrite dans le RF Module, est également disponible dans le Wave Optics Module.

Chauffage au laser

Une nouvelle interface multiphysique Laser Heating permet de combiner les interfaces Electromagnetic Waves, Beam Envelopes et Heat Transfer in Solids. L'interface multiphysique Laser Heating utilise le nœud Multiphysics dédié dans le Model Builder comme le font les interfaces Joule Heating (COMSOL Multiphysics), Induction Heating (AC/DC Module) et Microwave Heating (RF Module). La formulation par la méthode d'enveloppe de faisceau est adaptée à des faisceaux lumineux dont l'enveloppe varie lentement, par exemple le long d'une fibre optique. L'interface multiphysique Laser Heating couple les pertes électromagnétiques avec le transfert de chaleur dans les solides. La variation de température peut être calculée en fonction du temps ou dans des conditions d'équilibre. La dépendance des matériaux à la température peut être considérée de sorte que les propriétés thermiques et optiques des matériaux puissent dépendre directement de la température.

Le nœud Multiphysics permet également de mieux contrôler la modélisation de vos applications multiphysiques. Ce contrôle est optimisé par les fonctions Activation et Deactivation du nœud Multiphysics qui permettent de modéliser séparément des applications monophysiques. Vous pouvez également simuler deux ou trois interfaces de physique participantes à l'aide de cette fonction.

Nouveau modèle : Step-Index Fiber Bend

Dans ce didacticiel, une fibre à gradient d'indice pliée à un rayon de 3 mm est analysée par rapport aux modes de propagation et à la perte de rayonnement. Vous pouvez voir comment déterminer le rayon du mode de puissance moyennée et comment l'utiliser pour calculer l'indice de mode efficace. Pour une fibre pliée, le mode n'est plus entièrement guidé par la structure de l'indice de réfraction. Ceci peut être expliqué de façon qualitative en considérant que pour un guide d'ondes droit, les fronts d'onde (plans avec une phase constante) sont orthogonaux à l'axe de la fibre. Pour une fibre pliée circulairement, les fronts d'onde orbitent autour du point central du cercle à une vitesse angulaire constante. De ce fait, la constante de propagation varie avec la distance à partir du centre du cercle. A une certaine distance du centre, la constante de propagation est supérieure au nombre d'ondes locales, défini par la longueur d'onde d'aspiration et par l'indice de réfraction du matériau de revêtement. Au-delà de ce rayon, l'onde ne peut pas avoir une vitesse angulaire constante et les fronts d'onde doivent se plier, ce qui implique que l'onde commence à dégager de l'énergie depuis la fibre.

  • Une fibre à gradient d'indice pliée est analysée dans le Wave Optics Module. Une fibre à gradient d'indice pliée est analysée dans le Wave Optics Module.

Une fibre à gradient d'indice pliée est analysée dans le Wave Optics Module.

Condition Matched Boundary

La nouvelle condition Matched Boundary de la formulation Beam Envelopes est parfaitement transparente pour une onde dont la direction est connue. Puisque le vecteur d'onde est généralement connu aux limites lorsque vous utilisez l'interface Beam Envelopes, cette condition aux limites introduit moins de réflexions artificielles par rapport à la condition Scattering Boundary. En outre, elle consomme moins de mémoire que la troncature de domaine Perfectly Matched Layer.

  • Un faisceau gaussien incident sur une interface diélectrique. Puisque le vecteur d'onde est connu dans tous les domaines, un maillage très grossier peut être utilisé. Les ondes incidentes et réfléchies sont résolues à l'aide de la formulation Bidirectional Beam Envelopes, et les conditions Matched Boundary absorbent l'ensemble de la lumière incidente aux frontières. L'intensité du champ électrique et le vecteur de Poynting sont tracés. Un faisceau gaussien incident sur une interface diélectrique. Puisque le vecteur d'onde est connu dans tous les domaines, un maillage très grossier peut être utilisé. Les ondes incidentes et réfléchies sont résolues à l'aide de la formulation Bidirectional Beam Envelopes, et les conditions Matched Boundary absorbent l'ensemble de la lumière incidente aux frontières. L'intensité du champ électrique et le vecteur de Poynting sont tracés.

Un faisceau gaussien incident sur une interface diélectrique. Puisque le vecteur d'onde est connu dans tous les domaines, un maillage très grossier peut être utilisé. Les ondes incidentes et réfléchies sont résolues à l'aide de la formulation Bidirectional Beam Envelopes, et les conditions Matched Boundary absorbent l'ensemble de la lumière incidente aux frontières. L'intensité du champ électrique et le vecteur de Poynting sont tracés.

Champ ambiant de faisceau gaussien

La formulation de champ diffusé permet de calculer la diffusion des champs électromagnétiques part un objet. En principe, une onde plane uniforme est spécifiée comme champ ambiant. Toutefois, le nouveau champ ambiant de faisceau gaussien permet de définir un faisceau gaussien qui se propage dans les directions des axes en spécifiant un rétrécissement de faisceau et un point focal. La polarisation du faisceau peut également être spécifiée.

Nouveau modèle multiphysique : Un modulateur Mach-Zehnder

Un modulateur Mach-Zehnder est utilisé pour contrôler l'amplitude d'une onde optique. Dans ce modèle, le guide d'ondes en entrée est divisé en deux bras d'interféromètre de guide d'ondes. Si une tension est appliquée sur l'un des bras, un déphasage est induit pour l'onde qui traverse ce bras. Lorsque les deux bras sont recombinés, le déphasage entre les deux ondes est converti en modulation d'amplitude. Voici un modèle multiphysique montrant comment combiner les interfaces utilisateur Electromagnetic Waves, Beam Envelopes avec l'interface Electrostatics pour décrire un dispositif de guide d'ondes réaliste.

  • Une simulation de modulateur Mach-Zehnder avec le Wave Optics Module comportant un ensemble d'ondes optiques et de composantes électrostatiques dans le même modèle. Une simulation de modulateur Mach-Zehnder avec le Wave Optics Module comportant un ensemble d'ondes optiques et de composantes électrostatiques dans le même modèle.

Une simulation de modulateur Mach-Zehnder avec le Wave Optics Module comportant un ensemble d'ondes optiques et de composantes électrostatiques dans le même modèle.

MEMS Module

Flux d'opérations amélioré pour les interfaces Thermal Stress et Joule Heating

Les nœuds Multiphysics améliorent le flux d'opérations de modélisation en permettant aux utilisateurs d'accroître progressivement la complexité du système en cours de modélisation. Prenons l'exemple d'une simulation de contrainte thermique. Il est désormais possible de commencer par résoudre un problème thermique simple, puis d'ajouter par la suite le couplage d'effets structuraux et de contrainte thermique. Vous pouvez ajouter les effets thermiques et structuraux à l'aide de l'option de physique Thermal Stress dans le Model Wizard. Elle ajoute automatiquement les interfaces Heat Transfer in Solids et Solid Mechanics aux nœuds de couplage Multiphysics correspondants.

Cette fonctionnalité a également été intégrée à l'interface Joule Heating et Thermal Expansion. Là aussi, les interfaces de physique participant à la résolution peuvent être ajoutées une à une. Leurs couplages sont gérés par le nœud Multiphysics affiché dans le Model Builder. En outre, la sélection de l'interface Joule Heating and Thermal Expansion dans l'assistant Model Wizard configure les interfaces Heat Transfer in Solids, Solid Mechanics et Electric Currents avec le nœud Multiphysics du Model Builder. Cette approche permet d'activer et de désactiver facilement les interfaces participantes. De ce fait, vous pouvez résoudre le même modèle pour chaque type de physique séparément, pour une combinaison de couplages multiphysiques ou pour les trois en même temps.

Nouveau modèle : Commutateur RF MEMS

Ce modèle analyse un commutateur RF MEMS composé d'un pont micromécanique fin suspendu au-dessus d'une couche diélectrique. Une tension en DC supérieure à la tension d'accrochage est appliquée à l'ensemble du commutateur. En conséquence, le pont entre en contact avec la couche diélectrique, ce qui augmente la capacité du dispositif. Une force de contact avec pénalité est mise en œuvre pour modéliser les forces de contact à mesure que le pont vient en contact avec la couche diélectrique. La couche diélectrique proprement dite est représentée au moyen d'une fonction variant spatialement pour la constante diélectrique entre les deux bornes.

Nouvelles charges et forces : Gravity, Centrifugal, Spin-Softening, Coriolis et Euler

Les forces de masse et les charges telles que la gravité, les forces centrifuges, les forces de Coriolis et les forces d'Euler peuvent être appliquées à l'aide de deux nouvelles options pour les fonctions Gravity et Rotating Frames. Il est ainsi plus facile de définir les charges qui s'exercent sur tous les objets ayant une masse, par exemple, les domaines avec une densité de masse, des masses de points, une masse ajoutée, des connecteurs rigides avec une masse, etc. Les forces et les charges sont ajoutées au niveau du domaine, même si elles peuvent être automatiquement appliquées aux entités au niveau de leurs limites, arêtes et points.

La fonction Rotating Frame comprend tous les types de forces fictives s'exerçant sur un système en rotation. Par défaut, les types de force Centrifugal et Spin-softening sont intégrés.

  • Les paramètres de la fonction Rotating Frame. Les paramètres de la fonction Rotating Frame.

Les paramètres de la fonction Rotating Frame.

Puisque la fonction Added Mass est parfois utilisée pour décrire des effets de charge qui ne sont pas des masses structurelles véritables, la contribution de la masse ajoutée est parfois indésirable. Vous gérez l'option d'inclure ou d'exclure cette contribution avec la case à cocher présente dans une nouvelle section appelée Frame Acceleration Forces.

Plasma Module

Diffusion thermique d'électrons

La diffusion thermique d'électrons contribue à la densité du courant électronique, et ce phénomène peut désormais être intégré aux simulations de plasma. La diffusion thermique est disponible comme propriété dans les interfaces de physique pour : Capacitively Coupled Plasma, DC Discharge, Drift Diffusion, Inductively Coupled Plasma et Microwave Plasma.

La contribution supplémentaire à la densité du courant ne compte que si la diffusivité des électrons n'est pas constante, c'est-à-dire qu'elle est une fonction de la température des électrons. Sachez que cette option est disponible uniquement pour la formulation d'éléments finis.

Semiconductor Module

Condition aux limites d'hétérojonction

Une condition aux limites d'hétérojonction est disponible par défaut pour les limites intérieures. Elle détermine les conditions pour la continuité de la composante normale du champ électrique et des courants pour les homojonctions et les hétérojonctions. Deux modèles d'hétérojonctions sont définis avec la nouvelle interface :

  • Le modèle pseudo Fermi continu (par défaut)
  • Le modèle d'émission thermo-ionique.

Le modèle pseudo Fermi continu garantit la continuité du courant en obligeant les deux côtés de la jonction à avoir des énergies pseudo Fermi égales. Le modèle d'émission thermo-ionique définit les courants thermo-ioniques générés par la barrière potentielle créée par la jonction des matériaux dissemblables.

Prise en charge de l'analyse de faibles signaux

L'interface Semiconductor prend désormais en charge l'analyse de faibles signaux, un type d'étude de domaine de fréquence. Elle vous permet de calculer la réponse du dispositif en AC pour calculer les valeurs quantitatives telles que la conductance en sortie et la transconductance.

Ionisation par impact

Dans les régions où le champ électrique perpendiculaire à la direction du débit du courant est important, les électrons et les trous sont générés par ionisation d'impact, ce qui est à présent pris en charge par le Semiconductor Module. Cela permet de modéliser des effets d'avalanche dans les photodiodes et le claquage par avalanche dans les MOSFET. Initialement, la relation courant-tension est linéaire (il s'agit de la région ohmique). A mesure que la tension drain-source augmente, le courant extrait commence à saturer (il s'agit de la région de saturation). A mesure que la tension drain-source augmente encore, la région de claquage est formée où le courant s'intensifie exponentiellement pour une élévation négligeable de la tension appliquée. Cela est dû à l'ionisation par impact.

  • Voir les Images »
  • Tracés logarithmiques et non logarithmiques de la source ayant généré l'ionisation par impact à une tension drain-source élevée d'un MOSFET. La vitesse de génération est très élevée et supérieure à 1036[1/(m3s)]. Cela crée de nouvelles paires électron-trou qui à leur tour font augmenter l'intensité du courant depuis la source jusqu'au drain. Tracés logarithmiques et non logarithmiques de la source ayant généré l'ionisation par impact à une tension drain-source élevée d'un MOSFET. La vitesse de génération est très élevée et supérieure à 1036[1/(m3s)]. Cela crée de nouvelles paires électron-trou qui à leur tour font augmenter l'intensité du courant depuis la source jusqu'au drain.

Tracés logarithmiques et non logarithmiques de la source ayant généré l'ionisation par impact à une tension drain-source élevée d'un MOSFET. La vitesse de génération est très élevée et supérieure à 1036[1/(m3s)]. Cela crée de nouvelles paires électron-trou qui à leur tour font augmenter l'intensité du courant depuis la source jusqu'au drain.

Bornes pour les grilles

La condition aux limites Thin Insulator Gate est désormais définie avec des bornes. Trois options de borne par défaut sont proposées :

  • Voltage
  • Charge
  • Circuit

Amélioration de la définition des valeurs initiales

Dans la version 4.4 de COMSOL, vous disposez de plusieurs méthodes pour définir les conditions initiales du potentiel et de la concentration d'électrons et de trous. Ce niveau de flexibilité facilite l'obtention d'une solution convergée. Les options Initial Values sont les suivantes :

  • Default : choisit automatiquement une valeur initiale appropriée en fonction de la méthode de discrétisation. Pour la méthode de volumes finis, cela équivaut à Equilibrium conditions et pour la méthode d'éléments finis, cela équivaut à Intrinsic concentrations.
  • Equilibrium conditions : les variables de champ pour la concentration d'électrons (N), la concentration de trous (P) et le potentiel (V) sont définies sur leurs valeurs d'équilibre calculées.
  • Equilibrium carriers only : idem que pour Equilibrium conditions, mais l'utilisateur peut spécifier la valeur initiale du champ potentiel (V).
  • Intrinsic concentrations : les valeurs initiales des variables de champ pour la concentration d'électrons (N) et la concentration de trous (P) sont définies sur la concentration intrinsèque. Vous serez en mesure de spécifier le champ potentiel (V).
  • User-defined : trois valeurs saisies par l'utilisateur sont affichées pour chaque variable de champ : concentration d'électrons (N), concentration de trous (P) et potentiel (V).

Ces options offrent un excellent niveau de flexibilité dans la résolution de plusieurs modèles nécessitant différentes valeurs initiales.

Amélioration des variables pour le calcul de courants et de composantes de courant

De nouvelles variables de courant pour les trous et les électrons peuvent être affichées dans le menu de tracé :

  • Drift current density
  • Diffusion current density
  • Thermal diffusion current density

La norme et le logarithme de la norme de ces quantités sont également disponibles.

Couplage de circuits amélioré

L'option Circuit Terminal des conditions aux limites Metal Contact et Thin Insulator Gate fonctionne comme l'option Circuit Terminal du AC/DC Module.

Modèles de mobilité fonction du champ

Des modèles de mobilité fonction du champ sont désormais disponibles. Ils permettent à la mobilité des trous et des électrons de diminuer selon un modèle empirique. Deux modèles de mobilité fonction du champ sont proposés : Caughey-Thomas et Lombardi surface. Le modèle Caughey-Thomas s'applique généralement à tous les types de dispositifs à semiconducteurs. La mobilité des électrons et des trous est réduite proportionnellement à l'augmentation de la composante du champ électrique parallèle au débit de courant. Cela inhibe le débit de courant comparé au cas de mobilité constante. Le modèle Lombardi surface convient pour modéliser la variation de la mobilité dans le voisinage des surfaces, par exemple sous la grille d'un MOSFET.

  • Vitesse de la dérive électronique avec la mobilité de Caughey-Thomas. Pour le silicone, la vitesse de dérive commence à saturer aux environs de 105[V/m]. Vitesse de la dérive électronique avec la mobilité de Caughey-Thomas. Pour le silicone, la vitesse de dérive commence à saturer aux environs de 105[V/m].

Vitesse de la dérive électronique avec la mobilité de Caughey-Thomas. Pour le silicone, la vitesse de dérive commence à saturer aux environs de 105[V/m].

Ionisation incomplète

Les paramètres de la fonction Dopant Ionization comportent désormais une nouvelle option pour une ionisation incomplète. A basse température dans le silicone et à température ambiante dans les semiconducteurs à large intervalle de bande, certains donneurs et accepteurs ne sont pas ionisés. Dans ces cas, l'ionisation des donneurs et des accepteurs doit être calculée comme une fonction de la température. L'ionisation dopante est une fonction des énergies de donneur et d'accepteur et de leurs facteurs de dégénérescence correspondants. Une option définie par l'utilisateur est disponible pour lui permettre de spécifier le taux d'ionisation directement comme n'importe quelle fonction.

Formulation logarithmique basée sur des éléments finis

En raison du degré élevé de non linéarité inhérente aux équations de dérive-diffusion, le nombre volumique d'électrons et de trous peut varier sur 10 ordres de grandeur sur une toute petite distance. Cela peut créer des instabilités numériques si vous utilisez la MEF, pour des concentrations négatives, par exemple. Pour gérer ce problème d'un point de vue numérique, vous pouvez résoudre le logarithme du nombre volumique d'électrons et de trous. Cela est possible dans l'interface Semiconductor grâce à une option de discrétisation.

Condition aux limites de contact avec un métal

La condition aux limites de contact avec un métal comprend la condition Schottky et la condition aux limites de contact ohmique déjà existantes. Cette fonction plus générale est une fonction parente des fonctions Ohmic Contact (semiconducteur fortement dopé avec épaisseur de barrière négligeable) et Schottky Contact (émission thermoïonique pour épaisseur de barrière importante) qui sont idéalement adaptées aux contacts métalliques. Les noms des conditions aux limites Schottky Contact et Ohmic Contact ont été remplacés par Ideal Schottky Contact et Ideal Ohmic Contact.

Maillage basé sur la physique pour des simulations de semiconducteurs

Le maillage basé sur la physique s'utilise désormais dans l'interface Semiconductor. Un maillage très fin est automatiquement généré pour les limites Ohmic contact, Thin insulator gate et Schottky. Cela vous dispense de créer manuellement des séquences de maillage en fonction des paramètres de votre modèle. Les paramètres par défaut ont été soigneusement étudiés pour vous faire bénéficier d'un très bon compromis entre précision et vitesse d'exécution. Le maillage basé sur la physique est le nouveau paramètre par défaut et il est recommandé pour tous les modèles de semiconducteur.

Paramètres de continuité pour le dopage et les entités non linéaires

Les nouveaux paramètres de la fonction Continuity permettent de définir des paramètres de ramping pour introduire progressivement des quantités au système d'équations. Par exemple, la concentration de dopage ou le courant thermoïonique peut être activé lentement ce qui permet de résoudre facilement des modèles fortement non linéaires. Pour pouvoir utiliser ce paramètre, il convient de recourir au paramètres d'extensions d'étude et d'intégrer progressivement le paramètre de continuation dans les étapes d'étude prévues. Les paramètres de la fonction Continuation pour introduire, par exemple, un courant thermoïonique dans le système, offre les trois options :

  • No continuation
  • Use interface continuation parameter
  • User-defined

L'option Use interface continuation parameter associe les paramètres de continuation de l'entité à un paramètre de continuation de niveau d'interface (Cp) défini dans le nœud de l'interface Semiconductor. Cela permet d'intégrer progressivement les termes de plusieurs équations en même temps. L'option User-definied permet de définir un paramètre particulier pour la continuation du dopage.

Nouveaux matériaux pour la bibliothèque de matériaux

La bibliothèque de matériaux fournie avec le Semiconductor Module comprend désormais les nouveaux matériaux suivants :

  • Al(x)Ga(1-x)As
  • GaN (Wurtzite)
  • GaN (Zinc Blende)
  • GaP
  • GaSb
  • InAs
  • InP
  • InSb

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Multifonctionnel

Table of Contents:

Optimization Module

Nouveaux solveurs d'optimisation

Deux nouveaux solveurs d'optimisation viennent enrichir l'Optimization Module. Le premier solveur (BOBYQA) est une méthode sans gradient qui permet de résoudre les problèmes d'optimisation les plus divers, en particulier lorsque les dimensions géométriques d'un modèle de CAO créé directement dans COMSOL Multiphysics ou via les produits LiveLink™ varient. Le second solveur (MMA), qui exige le calcul des dérivées, est plus limité, mais est nettement plus rapide pour converger.

Nouveau solveur d'optimisation sans gradient : BOBYQA (méthode d'optimisation par approximation quadratique avec contraintes)

La nouvelle méthode BOBYQA est un solveur d'optimisation sans gradient qui utilise les méthodes de région de confiance. Cette méthode repose sur une approximation quadratique à construction itérative de la fonction-objectif considérée sur une région prédéterminée (la région de confiance). Ce solveur est très efficace dans la mesure où il exige moins d'évaluations de la fonction-objectif que ses homologues de génération précédente. Cette méthode, qui prend en charge les contraintes de bornes simples (mais pas les contraintes générales), doit normalement se révéler plus performante que la méthode de Nelder-Mead ou la recherche de coordonnées lorsque le nombre de variables de contrôle augmente. Pour résumer, COMSOL version 4.4 propose les méthodes sans gradient suivantes :

  • Recherche de coordonnées
  • Monte Carlo
  • Nelder-Mead
  • BOBYQA

Ces méthodes d'optimisation sont accessibles en choisissant le type d'étude Optimization. Loin de se limiter aux dimensions géométriques, les paramètres de contrôle peuvent représenter toute quantité du modèle, en particulier les paramètres qui contrôlent le maillage.

  • Optimisation dimensionnelle à l'aide d'un solveur d'optimisation sans gradient. Optimisation dimensionnelle à l'aide d'un solveur d'optimisation sans gradient.

Optimisation dimensionnelle à l'aide d'un solveur d'optimisation sans gradient.

Nouveau solveur d'optimisation à gradient : Méthode MMA (méthode des asymptotes mobiles)

La méthode MMA (méthode des asymptotes mobiles) est un solveur d'optimisation à gradient créé par le professeur K. Svanberg, de l'Institut royal de technologie de Stockholm, en Suède, dans la perspective de l'optimisation de la topologie. Désignée sous le nom GCMMA dans la documentation, cette méthode est accessible sous le nom MMA dans l'Optimization Module.

Pour résumer, COMSOL version 4.4 propose les méthodes à gradient suivantes :

  • SNOPT
  • MMA
  • Levenberg-Marquardt

Particle Tracing Module

Calcul efficace des interactions particule-champ et fluide-particule

Comsol version 4.4 offre une nouvelle approche pour la modélisation des interactions particule-champ et fluide-particule. Les trajectoires des particules sont calculées à partir d'une étape d'étude temporelle et les champs du milieu environnant, à partir d'une étape d'étude stationnaire. Ces deux étapes sont répétées autant de fois que nécessaire afin d'obtenir une solution auto-cohérente pour les trajectoires des particules et les champs environnants. Cette procédure réduit considérablement le nombre de particules modèles nécessaires pour modéliser les systèmes opérant dans des conditions d'équilibre, comme les faisceaux de particules chargées. Cette nouvelle approche permet de quantifier aisément la propagation du faisceau constatée, grâce à son auto-potentiel.

  • Un faisceau d'électrons diverge sous l'effet de sa propre charge spatiale. La forme de l'enveloppe de faisceau dépend de la charge et de la masse des particules, du courant d'entrée et de la vitesse initiale des particules. La couleur des trajectoires des particules représente le déplacement radial de chaque particule à partir de sa position initiale, la couleur de coupe reflète l'auto-potentiel du faisceau et les flèches jaunes indiquent la force électrique qui s'exerce sur le faisceau sous l'effet de son auto-potentiel. Un faisceau d'électrons diverge sous l'effet de sa propre charge spatiale. La forme de l'enveloppe de faisceau dépend de la charge et de la masse des particules, du courant d'entrée et de la vitesse initiale des particules. La couleur des trajectoires des particules représente le déplacement radial de chaque particule à partir de sa position initiale, la couleur de coupe reflète l'auto-potentiel du faisceau et les flèches jaunes indiquent la force électrique qui s'exerce sur le faisceau sous l'effet de son auto-potentiel.

Un faisceau d'électrons diverge sous l'effet de sa propre charge spatiale. La forme de l'enveloppe de faisceau dépend de la charge et de la masse des particules, du courant d'entrée et de la vitesse initiale des particules. La couleur des trajectoires des particules représente le déplacement radial de chaque particule à partir de sa position initiale, la couleur de coupe reflète l'auto-potentiel du faisceau et les flèches jaunes indiquent la force électrique qui s'exerce sur le faisceau sous l'effet de son auto-potentiel.

Dans les paramètres de l'interface Charged Particle Tracing, vous pouvez passer Release Type à Static pour indiquer aux fonctions d'émission de fournir un courant de particules chargées spécifique. De même, dans l'interface Particle Tracing for Fluid Flow, vous pouvez passer Release Type à Static pour indiquer aux fonctions d'émission de fournir une vitesse de débit massique spécifique. La fonction Particle Field Interaction ou Fluid Particle Interaction calcule alors la charge spatiale ou la densité de force exercée par les particules.

Configuration du solveur

De nouveaux nœuds de solveur permettent de calculer l'interaction auto-cohérente entre les particules et les champs. L'ajout des nœuds For et End For à une séquence Solver permet d'exécuter une partie de cette séquence en boucle continue. Cette approche permet d'utiliser un solveur temporel pour calculer les trajectoires des particules et un solveur stationnaire pour les champs.

  • Dans cette extension d'un modèle de lentille magnétique, le faisceau d'électrons crée son propre auto-potentiel, empêchant sa concentration. La coupe montre le potentiel électrique créé par le faisceau d'électrons. Dans cette extension d'un modèle de lentille magnétique, le faisceau d'électrons crée son propre auto-potentiel, empêchant sa concentration. La coupe montre le potentiel électrique créé par le faisceau d'électrons.

Dans cette extension d'un modèle de lentille magnétique, le faisceau d'électrons crée son propre auto-potentiel, empêchant sa concentration. La coupe montre le potentiel électrique créé par le faisceau d'électrons.

Emission de particules dans un cône

Vous pouvez désormais spécifier la vitesse initiale des particules émises dans un cône, en précisant un angle compris entre 0 et 180 degrés.

  • Si vous utilisez la fonction Release from Grid ou Release, vous disposez d'une nouvelle option, Constant speed, cone, dans les paramètres Initial velocity.
  • Vous pouvez spécifier la vitesse initiale des particules, la direction de l'axe du cône et l'angle de cône.
  • Lorsque vous émettez des particules dans un cône, vous pouvez désormais créer très facilement des modèles qui font appel à des jets ou des vaporisations de particules entrantes.
  • Le paramètre Constant speed, cone peut être perçu comme une généralisation des paramètres Constant speed, hemispherical et Constant speed, spherical settings, les deux derniers s'appliquant aux cas spéciaux d'un cône à 90 degrés et d'un cône à 180 degrés.

  • Les particules sont injectées à partir d'un système de buses d'injection dans une chambre de dépôt chimique en phase vapeur avec un angle de cône de 15&nbsp;degrés. Au départ, les particules ont suffisamment d'inertie pour suivre leur trajectoire d'origine, mais la force de traction finit par les obliger à suivre le gaz d'arrière-plan qui sort de l'orifice d'échappement. Les particules sont injectées à partir d'un système de buses d'injection dans une chambre de dépôt chimique en phase vapeur avec un angle de cône de 15 degrés. Au départ, les particules ont suffisamment d'inertie pour suivre leur trajectoire d'origine, mais la force de traction finit par les obliger à suivre le gaz d'arrière-plan qui sort de l'orifice d'échappement.

Les particules sont injectées à partir d'un système de buses d'injection dans une chambre de dépôt chimique en phase vapeur avec un angle de cône de 15 degrés. Au départ, les particules ont suffisamment d'inertie pour suivre leur trajectoire d'origine, mais la force de traction finit par les obliger à suivre le gaz d'arrière-plan qui sort de l'orifice d'échappement.

Statistiques pour chaque fonction d'émission

Le nombre total de particules émises par une fonction d'émission spécifique est désormais fourni sous la forme d'une variable que vous pouvez inclure dans des équations et évaluer lors du traitement des résultats. Cette option est fort pratique pour suivre le nombre de particules émises par chaque fonction, même avec une position initiale de type Mesh based.

Compteurs de collisions élastiques

Il vous suffit désormais de cocher une case pour pouvoir compter le nombre de collisions élastiques entre une particule modèle et les particules de gaz d'arrière-plan.

  • Dans les paramètres de la fonction Elastic Collision Force, la mise de Collision Model à Monte Carlo active une nouvelle section, Collision Statistics.
  • Dans la section Collision Statistics, le fait de cocher la case Count Collisions ajoute un nouveau degré de liberté pour chaque particule, incrémenté d'une unité à chaque occurrence d'une collision élastique.
  • La variable activée par la case Count Collisions s'applique uniquement à une fonction Elastic Collision Force spécifique. Autrement dit, il est possible de compter séparément les collisions d'une particule modèle avec plusieurs espèces d'arrière-plan.

  • Tracé des trajectoires des ions d'argon dans un tube de dérivation. Leur vecteur de vitesse change à chaque collision élastique avec le gaz d'arrière-plan. La couleur représente le nombre de collisions entre l'ion et le gaz d'arrière-plan. Tracé des trajectoires des ions d'argon dans un tube de dérivation. Leur vecteur de vitesse change à chaque collision élastique avec le gaz d'arrière-plan. La couleur représente le nombre de collisions entre l'ion et le gaz d'arrière-plan.

Tracé des trajectoires des ions d'argon dans un tube de dérivation. Leur vecteur de vitesse change à chaque collision élastique avec le gaz d'arrière-plan. La couleur représente le nombre de collisions entre l'ion et le gaz d'arrière-plan.

Nouveau modèle de traînée - Haider-Levenspiel

Une nouvelle option permet de calculer la force de traînée pour les particules non sphériques. Elle utilise un modèle mathématique similaire à l'option de Schiller-Naumann, avec une différence : la sphéricité des particules est prise en compte. Les particules non sphériques engendrent en principe une résistance plus élevée que les particules sphériques.

Réinitialisation des variables dépendantes auxiliaires

Les fonctions Velocity Reinitialization et Elastic Collision Force peuvent désormais réinitialiser les variables dépendantes auxiliaires à chaque réinitialisation de vitesse.

  • La fonction Velocity Reinitialization propose une nouvelle section, New Value of Auxiliary Dependent Variables.
  • La réinitialisation peut être activée ou désactivée séparément pour chaque variable.
  • La section New Value of Auxiliary Dependent Variables est également disponible dans les paramètres de la fonction Elastic Collision Force lorsque l'option Collision Model est mise à Monte Carlo.
  • Cette section permet de réinitialiser les variables auxiliaires à chaque occurrence de collision.
  • Dans les modèles 2D et axisymétrique 2D, il est également possible de réinitialiser la vitesse hors plan.
  • Par conséquent, lorsque l'option Collision Model est mise à Monte Carlo dans les géométries 2D et axisymétriques 2D, les résultats obtenus sont tout aussi précis que dans les modèles 3D complets.

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  • Tracé d'ions dans un accélérateur de particules. Les variables dépendantes auxiliaires peuvent être utilisées pour surveiller le temps de résidence des ions et la distance qu'ils ont parcourue. La couleur représente ici le temps de résidence, qui est remis à zéro lorsque les particules atteignent une position spécifique. Tracé d'ions dans un accélérateur de particules. Les variables dépendantes auxiliaires peuvent être utilisées pour surveiller le temps de résidence des ions et la distance qu'ils ont parcourue. La couleur représente ici le temps de résidence, qui est remis à zéro lorsque les particules atteignent une position spécifique.

Tracé d'ions dans un accélérateur de particules. Les variables dépendantes auxiliaires peuvent être utilisées pour surveiller le temps de résidence des ions et la distance qu'ils ont parcourue. La couleur représente ici le temps de résidence, qui est remis à zéro lorsque les particules atteignent une position spécifique.

Opérateurs maximal, minimal et moyen

Les opérateurs minimal, maximal et moyen sont désormais applicables aux particules. Ils vous permettent d'utiliser les instructions suivantes en tant que critères d'arrêt dans les équations, ou lors du traitement des résultats :

  • Valeur minimale d'une variable, évaluée pour toutes les particules
  • Valeur maximale d'une variable, évaluée pour toutes les particules
  • Valeur moyenne d'une variable, évaluée pour toutes les particules

Évoluant au fil du temps, ces variables peuvent être utilisées dans des critères d'arrêt, par exemple, pour mettre fin à la simulation lorsque l'énergie cinétique moyenne des particules atteint un seuil spécifique. Elles ont été ajoutées pour les formules de Lagrange et Newton.

Nouveau modèle - Divergence du faisceau d'électrons

Lorsque vous modélisez la propagation des faisceaux de particules chargées à des courants élevés, la force de charge spatiale générée par le faisceau a une incidence importante sur les trajectoires des particules chargées. Les perturbations de ces trajectoires affectent à leur tour la distribution de la charge spatiale. L'interface Charged Particle Tracing propose une procédure itérative qui permet de calculer efficacement les trajectoires de particules fortement couplées et les champs électriques pour les systèmes opérant dans des conditions d'équilibre. Cette procédure limite de plusieurs ordres de grandeur le nombre de particules modèles requis, par rapport aux méthodes basées sur la modélisation explicite des interactions de Coulomb entre les particules du faisceau. Une étude d'affinement du maillage confirme que la solution respecte l'expression analytique de la forme d'une enveloppe de faisceau paraxiale non relativistique.

Ce modèle exige les Particle Tracing et AC/DC Modules.

  • Un faisceau d'électrons diverge sous l'effet de sa propre charge spatiale. La forme de l'enveloppe de faisceau dépend de la charge et de la masse des particules, du courant d'entrée et de la vitesse initiale des particules. La couleur des trajectoires des particules représente le déplacement radial de chaque particule à partir de sa position initiale, la couleur de coupe reflète l'auto-potentiel du faisceau et les flèches jaunes indiquent la force électrique qui s'exerce sur le faisceau sous l'effet de son auto-potentiel. Un faisceau d'électrons diverge sous l'effet de sa propre charge spatiale. La forme de l'enveloppe de faisceau dépend de la charge et de la masse des particules, du courant d'entrée et de la vitesse initiale des particules. La couleur des trajectoires des particules représente le déplacement radial de chaque particule à partir de sa position initiale, la couleur de coupe reflète l'auto-potentiel du faisceau et les flèches jaunes indiquent la force électrique qui s'exerce sur le faisceau sous l'effet de son auto-potentiel.

Un faisceau d'électrons diverge sous l'effet de sa propre charge spatiale. La forme de l'enveloppe de faisceau dépend de la charge et de la masse des particules, du courant d'entrée et de la vitesse initiale des particules. La couleur des trajectoires des particules représente le déplacement radial de chaque particule à partir de sa position initiale, la couleur de coupe reflète l'auto-potentiel du faisceau et les flèches jaunes indiquent la force électrique qui s'exerce sur le faisceau sous l'effet de son auto-potentiel.

Nouveau modèle - Banc d'essai pour la vitesse de dérive des ions

The drift velocity of Ar+ is calculated using a Monte Carlo simulation in which the elastic collisions of argon ions with ambient neutrals are explicitly modeled. The model uses data from energy-dependent collision cross-section experiments. The average ion velocity values are consistent with the experimental data over a wide range of reduced electric field magnitudes. This agreement suggests that Monte Carlo simulations of elastic collisions between particles may be applied to a wide variety of devices.

  • Ensemble de particules dans un champ électrique uniforme passant dans un tube de dérivation. La couleur représente l'amplitude de la vitesse des particules. Les ions ont des vitesses nettement différentes, mais la vitesse moyenne des particules correspond aux données expérimentales. Ensemble de particules dans un champ électrique uniforme passant dans un tube de dérivation. La couleur représente l'amplitude de la vitesse des particules. Les ions ont des vitesses nettement différentes, mais la vitesse moyenne des particules correspond aux données expérimentales.

Ensemble de particules dans un champ électrique uniforme passant dans un tube de dérivation. La couleur représente l'amplitude de la vitesse des particules. Les ions ont des vitesses nettement différentes, mais la vitesse moyenne des particules correspond aux données expérimentales.

Nouveau modèle - Tunnel d'ions

Ce modèle étudie l'effet de concentration d'un tunnel d'ions électrodynamique. Puisqu'ils sont capables opérer à des pressions élevées de gaz d'arrière-plan, les tunnels d'ions sont souvent utilisés pour coupler des dispositifs (comme les spectromètres de mobilité des ions et les spectromètres de masse) afin d'en améliorer la sensibilité. Ce modèle utilise un réglage de collision Monte Carlo pour modéliser l'interaction des ions avec le gaz d'arrière-plan neutre.

Ce modèle exige les Particle Tracing et AC/DC Modules.

  • Coupe dans le tunnel d'ions, où la surface en couleur représente la somme du potentiel AC et DC pour un angle de phase nul. L'empreinte des trajectoires des particules est également montrée. Lorsqu'ils traversent le système, les électrons sont concentrés par les électrodes. Les différentes couleurs des particules traduisent leur évolution temporelle dans le tunnel. Les particules sont initialement représentées en gris. La couleur rouge montre les particules à la position qu'elles occupent 0,1&nbsp;ms après leur émission. La couleur noire montre les particules à la position qu'elles occupent 0,2&nbsp;ms après leur émission initiale, et ainsi de suite. Au bout de 0,6&nbsp;ms, les particules sont finalement concentrées dans une toute petite zone, montrée en jaune. Coupe dans le tunnel d'ions, où la surface en couleur représente la somme du potentiel AC et DC pour un angle de phase nul. L'empreinte des trajectoires des particules est également montrée. Lorsqu'ils traversent le système, les électrons sont concentrés par les électrodes. Les différentes couleurs des particules traduisent leur évolution temporelle dans le tunnel. Les particules sont initialement représentées en gris. La couleur rouge montre les particules à la position qu'elles occupent 0,1 ms après leur émission. La couleur noire montre les particules à la position qu'elles occupent 0,2 ms après leur émission initiale, et ainsi de suite. Au bout de 0,6 ms, les particules sont finalement concentrées dans une toute petite zone, montrée en jaune.

Coupe dans le tunnel d'ions, où la surface en couleur représente la somme du potentiel AC et DC pour un angle de phase nul. L'empreinte des trajectoires des particules est également montrée. Lorsqu'ils traversent le système, les électrons sont concentrés par les électrodes. Les différentes couleurs des particules traduisent leur évolution temporelle dans le tunnel. Les particules sont initialement représentées en gris. La couleur rouge montre les particules à la position qu'elles occupent 0,1 ms après leur émission. La couleur noire montre les particules à la position qu'elles occupent 0,2 ms après leur émission initiale, et ainsi de suite. Au bout de 0,6 ms, les particules sont finalement concentrées dans une toute petite zone, montrée en jaune.

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CAD Import Module et produits LiveLink de CAO

Mise à jour du noyau géométrique CAD Import Module

Le CAD Import Module et les produits LiveLink de CAO utilisent le noyau géométrique Parasolid® de Siemens PLM pour les opérations de modélisation sur les solides, la réparation de géométrie et la suppression des fonctions (sans ces produits, un noyau de modélisation géométrique COMSOL® natif est utilisé). Le CAD Import Module inclus dans COMSOL® version 4.4 propose une version mise à jour du noyau Parasolid® dans laquelle la plupart des problèmes de stabilité ont été corrigés, augmentant l'efficacité de l'import des modèles CAO et des opérations sur les solides.

  • Modèle de bras de grue importé avec le CAD Import Module, puis maillé dans COMSOL. Modèle de bras de grue importé avec le CAD Import Module, puis maillé dans COMSOL.

Modèle de bras de grue importé avec le CAD Import Module, puis maillé dans COMSOL.

LiveLink for SolidWorks®

Dans la droite ligne de la fonctionnalité qui permet de synchroniser les sélections en fonction des attributions de matériaux à la conception de CAO dans SolidWorks®, l'interface LiveLink propose désormais la prise en charge des sélections définies par l'utilisateur. La nouvelle interface Selections COMSOL® dans SolidWorks vous permet de définir les sélections qui sont synchronisées avec le modèle COMSOL®. Vous pouvez choisir de synchroniser les sélections pour des corps, des faces, des arêtes ou des points, qui deviennent des sélections dans le modèle lorsque la conception est synchronisée avec COMSOL Desktop®. La configuration du modèle gagne en efficacité puisque vous pouvez également créer des sélections à partir des fonctions du Model Builder ou des composants d'un assemblage.

LiveLink for Inventor®

La synchronisation de la géométrie entre Inventor® et COMSOL englobe désormais également la synchronisation des sélections de matériaux. Les sélections qui contiennent des objets géométriques synchronisés (corps) sont créées dans COMSOL à partir des définitions de matériaux présentes dans la conception de CAO. Le nom des sélections reflète celui des matériaux dans Inventor®. Utilisez ces sélections comme entrées pour les fonctions géométriques qui exigent des sélections d'objets, ou pour tout paramètre de matériau, définition de modèle ou physique requérant des sélections de domaine. Le nœud LiveLink contient une table qui indique la liste des sélections synchronisées.

ECAD Import Module

Import ODB++

Avec l'import du format ODB++, le ECAD Import Module enrichit ses fonctionnalités pour inclure la prise en charge de l'un des formats les plus courants de transfert des données de carte de circuits imprimés (PCB). Cette nouvelle fonction d'import vous permet d'extraire les données géométriques d'un fichier ODB++, puis de les utiliser pour créer une géométrie de la carte de circuits imprimés (PCB) que vous simulerez dans COMSOL Multiphysics. L'import de géométries du ECAD Import Module prend désormais en charge de nouvelles extensions (.zip, .tar, .tgz, .gz et .Z) pour le format de fichier ODB++.

La prise en charge pour l'implémentation du format ODB++ a été fournie par Mentor Graphics Corporation, conformément au document ODB++ Solutions Development Partnership General Terms and Conditions (http://www.odb-sa.com/). ODB++ est une marque de Mentor Graphics Corporation.

  • COMSOL prend désormais en charge le format de fichier ODB++™, permet l'import de ces fichiers et l'exécution d'analyses sur les composants de PCB qu'ils représentent. COMSOL prend désormais en charge le format de fichier ODB++, permet l'import de ces fichiers et l'exécution d'analyses sur les composants de PCB qu'ils représentent.

COMSOL prend désormais en charge le format de fichier ODB++, permet l'import de ces fichiers et l'exécution d'analyses sur les composants de PCB qu'ils représentent.

LiveLink for Excel®

Connexion à un serveur COMSOL®

Si vous disposez d'une licence réseau flottante, LiveLink for Excel® permet désormais d'effectuer les calculs sur un autre ordinateur qui exécute une application serveur COMSOL®. De plus, au lieu d'afficher les graphiques à partir du serveur COMSOL®, vous pouvez configurer LiveLink for Excel® pour travailler en collaboration avec COMSOL Desktop lorsque vous connectez Excel® et COMSOL Desktop® au même serveur COMSOL®. Toutes les modifications que vous apportez à un modèle dans COMSOL Desktop® peuvent apparaître dans le modèle ouvert dans LiveLink et inversement.

  • Si vous disposez d'une licence réseau flottante, LiveLink&trade; for Excel&reg; peut désormais se connecter à une application serveur COMSOL&reg; active sur un autre ordinateur Si vous disposez d'une licence réseau flottante, LiveLink for Excel® peut désormais se connecter à une application serveur COMSOL® active sur un autre ordinateur

Si vous disposez d'une licence réseau flottante, LiveLink for Excel® peut désormais se connecter à une application serveur COMSOL® active sur un autre ordinateur

Export de propriétés de matériaux fonction des champs

L'export des propriétés de matériaux d'un fichier Excel® dans une bibliothèque de matériaux COMSOL® inclut désormais l'export des propriétés fonction des champs. Cela inclut, par exemple, les propriétés fonction de la température et les propriétés de matériaux comme la courbe B-H.

Analyses paramétrées

Vous pouvez désormais extraire la liste des valeurs de paramètres qui serviront à effectuer une analyse paramétrée dans une plage de cellules d'une feuille de calcul. Vous pouvez également modifier les valeurs de paramètres et mettre à jour le modèle sur la base de ces nouvelles valeurs.

LiveLink for MATLAB®

Nouvelle fonctionnalité client/serveur

La version 4.4 propose une architecture client/serveur totalement nouvelle qui réduit les communications entre un client COMSOL® et un serveur COMSOL®. Cette nouvelle architecture améliore nettement les performances, en particulier lorsque le client COMSOL® et le serveur COMSOL® sont exécutés sur des ordinateurs différents, ou encore pour les connexions avec LiveLink for MATLAB®. L'exécution d'un serveur COMSOL® sur un autre ordinateur exige une licence réseau flottante. La nouvelle architecture permet également d'établir plusieurs connexions à un serveur. En disposant d'un accès simultané à un modèle à partir de COMSOL Desktop® et de MATLAB®, vous pouvez accéder aux différents paramètres du modèle dans chaque environnement. Cette possibilité simplifie le flux de travail ; vous pouvez désormais utiliser MATLAB® comme langage macro pour effectuer des mises à jour ou extraire les résultats du modèle, tout en visualisant les paramètres et les résultats de ce modèle dans COMSOL Desktop®.

  • LiveLink&trade; for MATLAB&reg; bénéficie de la nouvelle fonctionnalité client/serveur dans la version 4.4. LiveLink for MATLAB® bénéficie de la nouvelle fonctionnalité client/serveur dans la version 4.4.

LiveLink for MATLAB® bénéficie de la nouvelle fonctionnalité client/serveur dans la version 4.4.

Export de données de graphique pour un affichage retardé

L'export de données de graphique dans une structure de données à l'aide de la commande mphplot est désormais prise en charge pour tous les types de graphiques. Cette nouvelle fonction rend possible l'affichage retardé des données et permet de tracer des données supplémentaires avec la structure de données exportée.

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