COMSOL Multiphysics® 5.3a Release Highlights



Structural Mechanics Module Updates


Structural Mechanics Module 사용자를 위해 COMSOL Multiphysics® 버전5.3a에서는 나사산 접촉 모델, 더욱 강력해진 유체-고체 연성 기능 향상, 기본 생성 결과 도표가 좀더 나은 시각적 효과를 제공하도록 개선 되었습니다. 보다 자세한 사항은 아래 내용을 참고하시기 바랍니다.

Bolt Thread Contact Modeling

볼트 체결에 대한 모델을 구성할 때, 나사 구멍 주변의 응력은 나사 산 간의 접촉에 많은 영향을 받게 됩니다. 그러나, 나사 산의 형상을 모두 구현하는 것은 모델의 크기와 메시를 고려하면 불가능 할 때가 많습니다. Bolt Thread Contact 기능을 사용하면 실린더 형상에 나사 산을 모델링할 수 있습니다. 이 기능을 사용하면 나사 산 접촉의 효과를 모델에 삽입이 가능합니다.

볼트 단면에서 응력 비교. 오른쪽은 새로운 기능을 사용한 결과이고, 왼쪽은 연속 조건을 사용한 결과입니다. Bolt Thread Contact노드에서 설정이 가능합니다.

볼트 단면에서 응력 비교. 오른쪽은 새로운 기능을 사용한 결과이고, 왼쪽은 연속 조건을 사용한 결과입니다. Bolt Thread Contact노드에서 설정이 가능합니다.


Improvements for Bolt Pre-Tension

Bolt Pre-Tension 설정을 2차원 축대칭 모델에서도 사용이 가능합니다. 필요하다면 볼트를 축의 중심에 위치할 수 있습니다. 추가적으로, Bolt Selection 하위 노드에서 볼트에 선정의된 변형을 이완하는 설정이 가능합니다. 이 변형은 시간 함수나 하중 이력을 포함할 수 있습니다.

New Fluid-Structure Interaction Interface That Supports All Turbulence Models

Fluid-Structure Interaction 멀티피직스 연동 노드는 이전 버전의 동일한 노드를 새 버전으로 변경하였습니다. 다수의 단일 물리 인터페이스를 멀티피직스 노드를 통하여 새로운 스타일에 맞게 서로 연동하여 줍니다. 유체 고체 연성 모델링에서도 각 물리 설정의 기능을 모두 사용하게 해 줍니다. 고체 입장에서 보면, 많이 추가 가능한 경계 조건과 재료 모델을 FSI 해석에서 사용 가능합니다. 예를 들어, 강체 도메인, 압전, 비선형 탄성 재료 모델을 사용가능합니다. 유체 입장에서도 모든 난류 모델과 경계 조건을 사용 할 수 있습니다. Fluid-Structure Interaction을 추가하면 Solid Mechanics, Laminar Flow, Fluid-Structure Interaction 멀티피직스 연동 노드, Definitions에 Moving Mesh 노드가 추가 됩니다. 어플리케이션 라이브러리의 모든 유체-구조 연동 모델은 새로운 기능의 연동 노드를 사용하여 모델링 되었습니다.

Peristaltic Pump 모델이 새로운 FSI 기능으로 재구성되었습니다.

Peristaltic Pump 모델이 새로운 FSI 기능으로 재구성되었습니다.


Generalized Plane Strain

2차원 고체 해석은 일반화된 평면 변형 수식이 개발되어 평면 응력, 평면 변형과 함께 3번째 옵션으로 추가 되었습니다. 일반화된 평면 변형 수식은 단면이 일정하고 긴 구조물에 적용 됩니다. 이 수식은 평면 변형과 반대로 면외 방향으로 변형이 계산됩니다.

2D approximation 항에서 Generalized plane strain 선택이 가능합니다.

2D approximation 항에서 Generalized plane strain 선택이 가능합니다.


Coupling Beams and Solids

Solid-Beam Connection 멀티피직스 연동에서 2차원일 경우에 하나 이상의 연결 설정이 가능합니다: Solid and beam shared boundaries. 추가적으로 3차원에도 사용이 가능하고, 세 가지의 다른 종류의 연결 설정이 사용 가능합니다:

1. 고체의 경계나 경계의 일부분이 빔의 점과 연결됩니다. 연결 점은 강체로 가정됩니다.
2. 빔의 모서리는 고체의 경계에 연결됩니다. 모든 노드는 고체 위 특정 거리에 위치하여 연결 됩니다.
3. 빔에서 고체로 변환도 모델링이 가능합니다. 이 경우에 고체는 3차원 빔 단면으로 가정되고, 빔 이론의 가정은 연결을 수식화 할 때 사용합니다. 횡단면의 비틀림도 모델링에 포함됩니다.

Solid-Beam Connection 연성은 고체를 빔으로 변화하는 모델링에 사용합니다. 하중은 새로운 화살표 종류를 이용하여 표현 하였습니다.

Solid-Beam Connection 연성은 고체를 빔으로 변화하는 모델링에 사용합니다. 하중은 새로운 화살표 종류를 이용하여 표현 하였습니다.


Improved Default Plots


구조 해석 인터페이스에서 기본 결과는 보다 유익한 시각화 결과를 생성합니다. 어플리케이션 라이브러리에 관련 기능을 소개 하였습니다. 아래에 설명된 것처럼 많은 변화가 있습니다:

  • von Mises stress 결과는 RainbowLight로 변경
  • 고유진동수 계산 및 좌굴 해석에서 모드 형상 결과는 AuroraBorealis로 변경
  • 모드 형상 결과에서 범례는 크기의 물리적인 의미가 없다는 것을 강조하기 위해서 삭제
  • 빔과 트러스 해석 결과에서 단면 힘은 대칭 색의 Wave로 변경
    • 이 기능은 압축과 인장을 쉽게 인식 할 수 있게 합니다.
  • 접촉 해석 결과로 선(2D), 등고선(3D) 형태로 접촉 압력이 추가되었음
  • 응력 선형화 결과의 범례가 표시됨
  • Shell 인터페이스로 생성되는 변형되지 않은 형상이 기본 결과로 출력됨
  • 소성이나 크립과 같은 재료 모델을 사용할 경우에 응력 결과에 유효 소성 변형량을 등고선 형태로 표시 함
    • Nonlinear Structural Materials 모듈과 Geomechanics 모듈에 적용
  • 피로 인터페이스에서 파괴 사이클과 사용 요인의 결과를 Traffic color table로 표시함
    • Fatigue Module에서 사용 가능

밝은 색(RainbowLight Color table)의 응력 결과가 확인 되고 소성 변형과 접촉 압력이 등고선으로 표시되는 것이 기본 설정인 것을 위의 예시를 통해서 확인 됩니다. 비교를 위하여 아래 작은 결과는 이전 버전에서 동일한 결과를 표시하였습니다.

밝은 색(RainbowLight Color table)의 응력 결과가 확인 되고 소성 변형과 접촉 압력이 등고선으로 표시되는 것이 기본 설정인 것을 위의 예시를 통해서 확인 됩니다. 비교를 위하여 아래 작은 결과는 이전 버전에서 동일한 결과를 표시하였습니다.


Improved Plots for Principal Values

주응력 시각화가 모든 텐서 주요 값을 표시하는데 사용할 수 있습니다. 이전 버전에서는 미리 선정된 응력과 변형장만 선택이 가능하였습니다. 이 버전부터 사용자가 직접 원점과 관련한 주요 값을 입력 할 수 있습니다.
새로운 주응력 – 주대수변형률 – 은 구조 해석 시에 결과에 추가 됩니다. 대수 변형률 혹은 “true”변형률 이라고 하고, 고정된 공간 좌표계에 주어진 원점을 기준으로 표시합니다. 이 결과는 형상 비선형 해석의 변형된 형상을 표시하는데 적합합니다.

또한 새로운 주응력 표시 선은 특별히 Shell과 Plate 해석 시에 유용합니다. 이전에는 단지 부피와 표면에만 가능하였습니다.

변형 고무 구조에서 주대수변형율 결과 선도

변형 고무 구조에서 주대수변형율 결과 선도


C and Hat Cross Sections in the Beam Interface

Beam 인터페이스에 두 가지 단면 형상 – C형과 Hat – 이 추가 되었습니다:

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Detailed Control Over Constraints

구조 역학 인터페이스에서 모든 구속조건에 추가적인 옵션이 포함 되었습니다. 이는 낮은 차원의 형상에 대한 구속조건을 피하기 위해서 제공됩니다. 예를 들어서 Prescribed Displacement 조건을 경계에 인가하면, 인가된 경계의 모서리와 점들이 비 활성화 됩니다. 이 설정은 구속 조건을 설정하는데 구속 조건 간의 중복을 피할 수 있습니다.

Eigenfrequency Analysis of Contact Problems

접촉 조건이 포함된 문제의 고유진동수 계산이 가능합니다. 예를 들어, 나사로 접촉되어 선하중 조건이 고유 진동수에 미치는 영향을 계산합니다.

Mechanical Losses Associated to Thermal Stress

Thermal Expansion 멀티피직스 연동 노드는 열응력으로 발생하는 기계적인 손실을 자동으로 계산합니다. 연관된 도메인에 열전달 수식에 열원을 생성하게 됩니다. Mechanical losses 에 대한 선택이 Heat Sources 항에서 가능하여 모델에 적용 할 수 있습니다.

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Additions to Safety Factor Computations

Safety 기능은 두 가지 측면에서 강화되었습니다. 첫째로, Membrane 인터페이스 입니다. 수정된 Tsai-Hill, Norris, Azzi-Tsai-Hill, Hoffman, Tsai-Wu 직교, Tsa-Wu 임계 모델이 추가 되었습니다. 두 번째로 콘크리트(Bresler-Pister, Willam-Warnke, Ottosen)의 파괴 지수가 Solid Mechanics, Shell, Plate, Beam Cross Section 에 추가 되었습니다.

New Fluid-Structure Interaction Interface That Supports All Turbulence Models

Fluid-Structure Interaction 멀티피직스 연동 노드는 이전 버전의 동일한 노드를 새 버전으로 변경하였습니다. 다수의 단일 물리 인터페이스를 멀티피직스 노드를 통하여 새로운 스타일에 맞게 서로 연동하여 줍니다. 유체 고체 연성 모델링에서도 각 물리 설정의 기능을 모두 사용하게 해 줍니다. 고체 입장에서 보면, 많은 추가 가능한 경계 조건과 재료 모델을 FSI 해석에서 사용 가능합니다. 예를 들어, 강체 도메인, 압전, 비선형 탄성 재료 모델을 사용 가능합니다. 유체 입장에서도 모든 난류 모델과 경계 조건을 사용할 수 있습니다. Fluid-Structure Interaction을 추가하면 Solid Mechanics, Laminar Flow, Fluid-Structure Interaction 멀티피직스 연동 노드, Definitions에 Moving Mesh 노드가 추가 됩니다. 어플리케이션 라이브러리의 모든 유체-구조 연동 모델은 새로운 기능의 연동 노드를 사용하여 모델링 되었습니다.

이 예제는 자동차 날개가 200km/h의 난류 유동 속에서 해석 결과로 압력(색), 변형(50배 확대)을 표시합니다. 일 방향 유체-고체 연동으로 설정한 결과입니다.

이 예제는 자동차 날개가 200km/h의 난류 유동 속에서 해석 결과로 압력(색), 변형(50배 확대)을 표시합니다. 일 방향 유체-고체 연동으로 설정한 결과입니다.


Updated Tutorial Model: Lumped Loudspeaker Driver Using Lumped Mechanical System

전계 및 기계적 스피커 부품의 거동을 나타내는 집중(lumped) 매개변수가 있는 무빙코일을 포함한 스피커 모델입니다. Thiel-Small 매개변수(미소 신호 매개변수)는 집중 모델의 입력값으로 사용됩니다. 여기에서는, 무빙질량, 서스펜션의 컴플라이언스와 같은 기계적인 스피커 부품과 함께 서스펜션의 기계적 손실이 Lumped Mechanical System 인터페이스를 통해 모델링 할 수 있습니다.

등위면(스피커 콘 상부)으로 출력한 음압과 surface plot으로 출력한 음압 (스피커 콘 하부)

등위면(스피커 콘 상부)으로 출력한 음압과 surface plot으로 출력한 음압 (스피커 콘 하부)

예제 경로:

Acoustics_Module/Electroacoustic_Transducers/lumped_loudspeaker_driver_mechanical

New Tutorial Model: Vibroacoustic Loudspeaker Simulation, Multiphysics with BEM-FEM

이 모델은 드라이버, 캐비닛 그리고 스탠드를 포함하는 스피커의 전체 진동음향 해석을 나타내고 있습니다. 이는 캐비닛에서 음압레벨을 추출하기 위해 평균 구동 전압을 포함하고 있으며, 외부 공간에서 또한 캐비닛과 드라이버의 변형을 주파수 영역에서 나타내고 있습니다. 스피커는 뒷벽으로부터 임의의 지점에 떨어져 설치되어 있습니다. 예제는 BEM-FEM 혼합 접근법을 사용하였으며, Solid Mechanics, Shell; Pressure Acoustics, Frequency Domain, Pressure Acoustics, Boundary Elements 인터페이스를 연동하였습니다. 이 모델은 단일 물리 인터페이스들을 서로 연동하기 위해 여섯 가지 내장 멀티피직스를 사용하였습니다.

전체 진동음향 해석 모델을 통한 스피커에서 방사되는 음압 레벨. 외기 음향은 새로운 Pressure Acrostics, Boundary Elements 를 사용하여 모델링 하였는데, FEM 인터페이스와 연동됩니다.

전체 진동음향 해석 모델을 통한 스피커에서 방사되는 음압 레벨. 외기 음향은 새로운 Pressure Acrostics, Boundary Elements 를 사용하여 모델링 하였는데, FEM 인터페이스와 연동됩니다.

Pressure Acoustics, Boundary Elements를 사용한 예제 링크:

Vibroacoustic Loudspeaker Simulation: Multiphysics with BEM-FEM

New Tutorial Model: Vibrating MEMS Micromirror with Viscous and Thermal Damping, Transient Behavior

Micromirrors는 광소자를 조절하는 MEMS 기기에 사용됩니다. 이 예제는 진동하는 Micromirrors가 공기 중에서 놓여 있을 때를 가정합니다. 초기에 짧은 시간 동안 진동을 하고 진동은 감쇄됩니다. 이 해석은 Thermoviscous Acoustics, Transient노드와 Shell, Pressure Acoustics, Transient 인터페이스가 사용되었습니다. 유체-고체 연동 해석이 과도 해석으로 진행됩니다. Thermoviscous Acoustics 인터페이스에는 공기와 거울간의 점성, 열적인 감쇄 설정을 제공합니다.

특정 시간에서 Micromirror의 변형과 압력 분포를 색으로 표시함. 시간에 대한 거울의 변위를 그래프로 표시하였고, 열과 점성 손실로 진동이 감쇄되는 것을 알 수 있습니다.

특정 시간에서 Micromirror의 변형과 압력 분포를 색으로 표시함. 시간에 대한 거울의 변위를 그래프로 표시하였고, 열과 점성 손실로 진동이 감쇄되는 것을 알 수 있습니다.

예제 링크:

Vibrating Micromirror with Viscous and Thermal Damping: Transient Behavior