Aggiornamenti del MEMS Module

Agli utenti del MEMS Module, COMSOL Multiphysics® versione 5.2a offre interfacce aggiornate di piezoresistività, una nuova interfaccia Magnetostriction per modellare sensori e attuatori, la capacità di modellare adesione e decoesione e molto altro. Gli aggiornamenti del MEMS Module sono descritti in dettaglio qui di seguito.

Nuova interfaccia Magnetostriction

È stata introdotta la nuova interfaccia Magnetostriction. Con questa funzionalità è possibile modellare una vasta gamma di sensori e attuatori basati sui principi della magnetostrizione. Un effetto magnetostrittivo, l'effetto Joule, descrive il cambiamento di lunghezza causato da un cambiamento dello stato di magnetizzazione del materiale. Questo effetto è usato nei trasduttori per applicazioni sonar, dispositivi acustici, controllo attivo delle vibrazioni, controllo di posizione e sistemi di iniezione del carburante. L'effetto inverso tiene conto del cambiamento di magnetizzazione causato dalle tensioni meccaniche in un materiale. Questo effetto è noto come l'effetto Villari ed è utile per i sensori.

Quando si aggiunge l'interfaccia Magnetostriction a un modello, vengono create le interfacce Solid Mechanics e Magnetic Fields e l'accoppiamento multifisico Magnetostriction (o una serie di nodi). Nell'interfaccia Solid Mechanics, è stato aggiunto un nuovo modello di materiale, Magnetostrictive Material, con tre diverse formulazioni: Linear, Nonlinear isotropic e Nonlinear cubic crystal. Nell'interfaccia Magnetic Fields viene usata la nuova funzione Ampère's law, Magnetostrictive per la modellazione di un materiale magnetostrittivo.

NOTA: per modellare il comportamento magnetostrittivo, è necessario l'AC/DC Module, insieme allo Structural Mechanics Module, al MEMS Module o all'Acoustics Module.

Percorso della Application Library con un esempio che utilizza la nuova interfaccia Magnetostriction con il modello di materiale isotropo non lineare:

Structural_Mechanics_Module/Magnetostrictive_Devices/nonlinear_magnetostriction

Interfacce fisiche Piezoresistivity aggiornate ad accoppiamenti multifisici

Tre interfacce fisiche dedicate all'effetto piezoresistivo — Piezoresistivity Domain Currents, Piezoresistivity Boundary Currents e Piezoresistivity Shell — sono state aggiornate ai corrispondenti nodi Multiphysics. La struttura ad albero "Select Physics" nel Model Wizard è uguale a prima; i tre accoppiamenti multifisici, con gli stessi nomi, rimangono nella stessa posizione sotto Structural Mechanics > Piezoresistivity.

I nuovi accoppiamenti multifisici danno la flessibilità necessaria per abilitare/disabilitare ogni interfaccia fisica costitutiva e/o l'accoppiamento multifisico. Poiché l'effetto piezoresistivo è un accoppiamento in un'unica direzione, dalla tensione meccanica alla conducibilità elettrica, per ogni caso è stato aggiunto il nuovo nodo predefinito Piezoresistive Material sotto Electric Currents.

Harmonic Perturbation per velocità e accelerazione imposte

Le funzioni Prescribed Velocity e Prescribed Acceleration sono state potenziate con il nodo secondario Harmonic Perturbation. Queste condizioni al contorno possono essere utilizzate come vincolo fisso in un passo di uno studio stazionario per fornire una vibrazione armonica in un successivo studio precompresso nel dominio della frequenza . Questa nuova funzionalità è disponibile nell'interfaccia Solid Mechanics.

Modellazione di adesione e decoesione

Il nuovo nodo secondario Adhesion sotto Contact consente di analizzare i vari processi di produzione con parti che tendono ad attrarsi e respingersi. I contorni a contatto rimarranno uniti quando viene rispettato un determinato criterio. Questo criterio può essere una pressione di contatto, un traferro o un'espressione arbitraria definita dall'utente. Quest'ultima, ad esempio, può basarsi sulla temperatura da uno studio dello scambio termico. È inoltre possibile specificare le proprietà elastiche dello strato adesivo virtuale.

Due contorni uniti per adesione possono separarsi nuovamente se viene specificata una legge di decoesione. Nel nuovo nodo secondario Adhesion, come pure nella relativa finestra impostazioni, è ora possibile scegliere Decohesion. In questo nodo sono incluse tre diverse leggi di decoesione: Linear, Polynomial e Multilinear. Le leggi di decoesione consentono la decoesione in modalità mista con proprietà indipendenti per le direzioni normale e tangenziale, una tecnica conosciuta anche come Modello di zona coesiva (CZM).

Percorso della Application Library con un esempio che illustra la modellazione di decoesione: Structural_Mechanics_Module/Contact_and_Friction/cohesive_zone_debonding

Elementi Serendipity

I cosiddetti elementi di tipo Serendipity sono stati aggiunti alle interfacce Solid Mechanics e Membrane per completare il tipo lagrangiano. Nei modelli con elementi prevalentemente esaedrici, l'uso di elementi Serendipity fornirà prestazioni migliori, con un'esecuzione più veloce e un impiego di memoria inferiore. L'uso di elementi Serendipity è ora l'impostazione predefinita quando si aggiungono nuove interfacce fisiche.

Nuovi metodi per l'inserimento dei dati di dilatazione termica

Sono ora disponibili tre modi diversi per inserire i dati di un materiale con dilatazione termica:

  • Come Secant coefficient of thermal expansion. Questa è l'impostazione predefinita e l'unico metodo già disponibile nelle versioni precedenti.
  • Come Tangent ("termodinamica") coefficient of thermal expansion.
  • Specificando manualmente Thermal strain come funzione della temperatura.

Selezionando l'opzione appropriata, è possibile utilizzare diversi tipi di dati misurati senza conversioni. Le nuove opzioni sono disponibili nelle interfacce Meccanica dei solidi, Membrana e Travi reticolari.

La nuova opzione secant coefficient of thermal expansion consente di calcolare la deformazione totale quando la temperatura cambia da un determinato valore di riferimento, . L'opzione Tangent coefficient of thermal expansion fornisce informazioni sulla sensibilità della deformazione termica rispetto alla temperatura: . Alla temperatura di riferimento, i due valori coincidono.

Dilatazione termica dei vincoli

È ora possibile aumentare le condizioni di vincolo, ad esempio Fixed Constraint e Prescribed Displacement, mediante un nodo secondario Thermal Expansion. In questo modo è possibile alleviare le tensioni indotte dai vincoli quando la struttura circostante, idealizzata dai vincoli, non è mantenuta ad una temperatura fissa. Similmente, è stato aggiunto un nodo Thermal Expansion ai nodi Rigid Connector e Attachment per tener conto della dilatazione termica di questi oggetti rigidi.

Quando si utilizza questa funzione, è necessario specificare la distribuzione di temperatura e il coefficiente di dilatazione termica dei dintorni non modellati della struttura. Le tensioni termiche causate da questi fattori sono prese in considerazione per calcolare il campo di spostamento, che viene aggiunto al vincolo.

Terminale di dominio

È ora possibile utilizzare la funzione Terminal a livello di dominio nelle interfacce fisiche Electric Currents ed Electrostatics. Questo è comodo per elettrodi dalla geometria complessa, che richiederebbero la selezione di molti contorni quando si utilizza un terminale a livello di contorno. Le incognite per il potenziale elettrico all'interno del dominio selezionato per il terminale non sono risolte, ma piuttosto sostituite da una variabile. Ciò è utile per la modellazione di elettrodi con uno spessore finito, rispettato dalla geometria.