Aggiornamenti dello Structural Mechanics Module
Agli utenti dello Structural Mechanics Module, COMSOL Multiphysics® versione 5.2a offre la nuova interfaccia Magnetostriction per modellare una vasta gamma di sensori e attuatori, l'interfaccia Poroelasticity per accoppiare equazioni di meccanica dei solidi e fluidodinamica, nonché la funzionalità per simulare adesione e decoesione per analizzare il comportamento di oggetti che aderiscono tra loro o che si staccano. Gli aggiornamenti dello Structural Mechanics 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, per il controllo attivo delle vibrazioni, per il controllo di posizione e nei 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 numerosi sensori.
Quando si aggiunge l'interfaccia Magnetostriction a un modello, vengono create le interfacce Solid Mechanics e Magnetic Fields e l'accoppiamento multifisico Magnetostriction. 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.
Percorso della Application Library con un esempio che usa la nuova interfaccia Magnetostriction con il modello di materiale isotropo non lineare: Structural_Mechanics_Module/Magnetostrictive_Devices/nonlinear_magnetostriction
NOTA: per modellare il comportamento magnetostrittivo, è necessario l'AC/DC Module, insieme allo Structural Mechanics Module, al MEMS Module o all'Acoustics Module.
Esempio di un trasduttore magnetostrittivo non lineare, presente nella Application Library, che utilizza il modello di materiale isotropo non lineare.
Nuova interfaccia Poroelasticity
È presente un nuovo accoppiamento multifisico denominato Poroelasticity tra Solid Mechanics e Darcy's Law. Quando si aggiunge un'interfaccia Poroelasticity in COMSOL Multiphysics® versione 5.2a, sono create automaticamente queste due interfacce fisiche separate, insieme agli accoppiamenti multifisici. Questo dà accesso a tutte le funzionalità disponibili nelle interfacce costitutive. Ad esempio, è possibile modellare la poroplasticità aggiungendo un nodo Soil Plasticity all'interfaccia Solid Mechanics.
Percorso della Application Library con un esempio che utilizza la nuova interfaccia Poroelasticity: Subsurface_Flow_Module/Flow_and_Solid_Deformation/multilateral_well
Distribuzione della tensione in un'analisi poroelastica, dal modello tutorial Failure of a Multilateral Well della Application Library.
NOTA: per modellare il comportamento poroelastico, è necessario utilizzare il Subsurface Flow Module o una combinazione dello Structural Mechanics Module e di un modulo di fluidodinamica aggiuntivo che supporti l'interfaccia Darcy's Law.
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 attaccarsi e/o staccarsi. I contorni a contatto rimarranno uniti quando viene rispettato un determinato criterio. Questo criterio può essere una pressione di contatto, la distanza tra i domini 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. Nella relativa finestra impostazioni del nuovo nodo secondario Adhesion è ora possibile scegliere Decohesion. In questo nodo sono include 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 tangente, 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
Esempio di adesione. Il cilindro entra a contatto con una superficie, la deforma, vi aderisce e rimane adeso dopo esser tornato alla posizione originale.
Condizioni periodiche per le shell
La nuova condizione al contorno Periodic Condition è stata aggiunta all'interfaccia Shell ed è simile alla condizione al contorno corrispondente dell'interfaccia Solid Mechanics. Questa permette per la modellazione efficiente di strutture periodiche accoppiando gli spigoli corrispondenti. Sono fornite cinque diverse selezioni per il tipo di periodicità: Continuity, Antiperiodicity, Floquet periodicity, Cyclic symmetry e User defined.
Utilizzando le condizioni periodiche, è sufficiente risolvere soltanto un settore di 60 gradi di questo modello shell.
Elementi Serendipity
I cosiddetti elementi di tipo Serendipity sono stati aggiunti alle interfacce Solid Mechanics e Membrane a completamento del tipo lagrangiano. Nei modelli con elementi prevalentemente esaedrici, l'uso di elementi Serendipity fornirà prestazioni migliori, con un'esecuzione più veloce e un carico di memoria inferiore. L'uso di elementi Serendipity è ora l'impostazione predefinita quando si aggiungono nuove interfacce fisiche di tipo meccanico.
Questo modello viene risolto con una mesh strutturata. Il tempo della soluzione si è dimezzato con l'uso dell'opzione serendipity element.
Questo modello viene risolto con una mesh strutturata. Il tempo della soluzione si è dimezzato con l'uso dell'opzione serendipity element.
Nuovi metodi per inserire i dati di dilatazione termica
Sono ora disponibili tre modi diversi per inserire i dati di un materiale relativi alla dilatazione termica:
- Secant coefficient of thermal expansion. Questa è l'impostazione predefinita e l'unico metodo già disponibile nelle versioni precedenti. 2. Tangent ("termodinamica") coefficient of thermal expansion. 3. Specificando manualmente Thermal strain come funzione della temperatura.
Selezionando l'opzione appropriata, è possibile utilizzare i diversi tipi di dati misurati senza conversioni. Le nuove opzioni sono disponibili nelle interfacce Solid Mechanics, Membrane e Truss.
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.
I coefficienti di dilatazione termica (CTE) Secant e Tangent per l'oro, la cui temperatura ambiente è la temperatura di riferimento a cui non esistono deformazioni termiche.
Dilatazione termica dei vincoli
È ora possibile caratterizzare 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 deformazioni termiche causate da questi fattori sono prese in considerazione per calcolare il campo di spostamento, che viene aggiunto al vincolo.
L'effetto dell'aggiunta della dilatazione termica a un vincolo fisso.
Sistema di coordinate Shell
Il sistema di coordinate locale applicato nell'interfaccia Shell è stato migliorato. Spostando la definizione dei sistemi di coordinate locali nel nodo secondario Shell Local System, sotto il nodo Linear Elastic Material, diventa molto più facile usare i diversi orientamenti del materiale con gli stessi dati di materiale.
Il nuovo nodo Shell Local System viene creato anche sotto Definitions quando si aggiunge un'interfaccia Shell. Questo sistema contiene le direzioni locali di tutti i contorni su cui è attiva l'interfaccia Shell e può essere usato come riferimento, ad esempio durante l'impostazione di accoppiamenti multifisici.
Due diversi sistemi di coordinate locali, uno per la superficie cilindrica e uno per la superficie piana.
Aggiornamenti ai Perfectly Matched Layer (PML)
Sono state aggiunte diverse opzioni alla funzione Perfectly Matched Layer, che consentono di personalizzare le proprietà degli strati:
- L'opzione Enable/Disable PMLs nel solutore è utile per modellare problemi di scattering dove l'origine è un campo calcolato.
- L'opzione del tipo di geometria User-Defined è disponibile se la geometria del PML non è standard e può essere utilizzata anche quando si riesce a rilevare automaticamente la geometria di un PML.
- È possibile scegliere le funzioni di stretching delle coordinate per definire la scala di un PML. Ciò consente di adattare la scala all'interno di un PML, ad esempio, per assorbire in modo molto efficiente le onde in specifiche configurazioni.
Nuova app: Bike Frame Analyzer
L'affidabilità di un telaio di bicicletta può essere stimata analizzando la tensione strutturale sul telaio soggetto a carichi diversi. Questa app sfrutta LiveLink™ for SOLIDWORKS® per aggiornare in modo interattivo la geometria durante l'elaborazione dell'analisi di sforzo. Utilizzando questa app, è possibile analizzare la risposta di diverse configurazioni del telaio di una bicicletta variando dimensioni, materiale e carico. L'app calcola la distribuzione delle tensioni e la deformazione del telaio, sulla base delle dimensioni strutturali, dei materiali e di carichi/vincoli applicati al telaio stesso.
Per tener traccia di un progetto CAD analizzato quando la geometria viene aggiornata nell'app da un documento SOLIDWORKS®, l'app consente di visualizzare le informazioni sul file CAD, come la data e l'ora dell'ultimo aggiornamento, così come il nome del documento, la sua configurazione e lo stato di visualizzazione. Si possono modificare le quote geometriche del telaio, ad esempio l'angolo dello sterzo, la lunghezza del tubo orizzontale, ecc. È inoltre possibile definire le proprietà del materiale, scegliendo ad esempio alluminio, acciaio, titanio o un altro materiale a scelta. Si possono inoltre specificare i casi di carico ed i vincoli.
L'app consente di impostare un fattore di massima tensione ammissibile a cui, per un determinato caso di carico, viene calcolato un valore di controllo per la tensione efficace.
Percorso della Application Library con l'app Bike Frame Analyzer:
LiveLink_for_Soldiworks/Applications/bike_frame_analyzer_llsw
Structural_Mechanics Module/Applications/bike_frame_analyzer_llsw
L'interfaccia utente dell'app Bike Frame Analyzer che mostra la tensione efficace sul telaio con una pedivella a 180 gradi.
NOTA: per eseguire questa app, sono necessari sia LiveLink™ for SOLIDWORKS® sia lo Structural Mechanics Module.
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