COMSOL Multiphysics® 5.6 Release Highlights


MEMS Module Updates


MEMS 모듈 사용자를 위해, 새로운 버전에서 전기변형 효과 기능 개선과 새로운 예제 모델이 추가 되었습니다. 자세한 내용은 아래를 보시기 바랍니다.


Electrostriction Multiphysics Interface


자기 변형 효과는 이전 버전에서 Electromechanical force 연동을 이용하였습니다. 이 기능은 Electrostriction 다중물리로 변경 및 개선 되었습니다. 이 인터페이스는 Solid Mechanics과 Electrostatics인터페이스를 연동하여 계산합니다. Electrostatics 인터페이스에서 Charge Conservation 모델이 사용됩니다. 이 기능을 독립적으로 사용하기도 하고, 기존의 Electromechanical force 와 동시에 사용도 가능합니다. 기존에 이 기능을 사용하였다면 새로운 버전에서 다시 파일을 열면 자동으로 변경 적용됩니다.

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Ferroelectroelasticity Multiphysics Interface


새로운 Ferroelectroelasticity 다중물리 인터페이스는 비선형 압전 물성을 나타내는 강유전체 재질을 분석하기 위한 것입니다. Electrostriction 다중물리연동을 통해 Solid Mechanics과 Electrostatics 인터페이스가 추가됩니다. Electrostatics인터페이스에서는 새로운 Charge Conservation, Ferroelectric 재질 모델이 사용되는데, 예를 들어, Jiles–Atherton 모델을 이용한 히스테리시스 해석을 위해 사용됩니다. 이는 Hysteresis in Piezoelectric Ceramics에서 확인할 수 있습니다. 이러한 기능 사용을 위해 AC/DC 모듈이 필요합니다.

전왜 변형률 변화 결과로 서로 다른 세가지 전기장 크기에 따른 결과 입니다.

전왜 변형률 변화 결과로 서로 다른 세가지 전기장 크기에 따른 결과 입니다.



Wide Support for Eigenfrequency Analysis


Eigenfrequency 해석은 AC/DC모듈 인터페이스의 대부분을 지원합니다. Electric Currents, Electric Currents in Shells, Electric Currents in Layered Shells, Electrical Circuit, Electrostatics 및 Magnetic Fields 가 이에 해당합니다. Magnetic Fields 인터페이스에서 전파 캐비티 모드 분석을 지원하는 것 외에도 전기 회로가 포함된 모델을 사용하여 고유주파수 분석을 수행할 수 있습니다. 고유진동수 지원은 주로 AC/DC 모듈을 위해 개발되었지만, 영향을 받는 물리 인터페이스의 고유진동수를 제공하는 다른 모듈도 이점을 얻을 수 있습니다.

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New and Enhanced Functionality for the Electrical Circuit Interface

Time Dependent 해석의 경우 Electrical Circuit 인터페이스에 “이벤트 기반” Switch 기능이 내장되었습니다. 이를 통해 회로의 특정 연결에 대한 “즉각적인” 온-오프 스위칭을 모델링 할 수 있습니다. 스위치는 전류제어, 전압제어, 또는 사용자 정의 부울 표현식으로 제어할 수 있습니다.

또한 Parameterized Subcircuit Definitions 가 추가 되었습니다. Subcircuit Instance와 함께 이를 통해 더 작은 회로를 포함하는 자체 빌딩 블록을 생성하고, 더 큰 회로에서 빌딩 블록의 여러 매개 변수화된 변형을 사용합니다. 마지막으로, 상태, 이벤트, 그리고 솔버가 개선되었으며, 특히 비선형 장치(반도체)의 과도 모델링이 보다 강력 해졌습니다.

회로의 개선점은 주로 AC/DC모듈을 위해 개발 되었지만, Electrical Circuit 인터페이스에 접속을 제공하는 다른 모듈도 이점을 얻을 수 있습니다. 아래 업데이트된 모델에서 새로운 기능을 볼 수 있습니다.

  • operational_amplifier_with_capacitive_load
  • battery_over_-_discharge_protection_using_shunt_resistances
  • p_-_n_diode_circuit
  • reverse_recovery_of_a_pin_diode

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Dynamic Contact


동적 접촉 해석을 위한 새로운 알고리즘은 과도 접촉 과정 중의 모멘텀 및 에너지 보존관련 획기적인 개선 사항을 제공합니다. 이는 이전 버전보다 획기적으로 큰 시간 스텝을 가지고 과도 접촉 문제를 보다 정확하게 모델링할 수 있음을 의미합니다. 이러한 새로운 방법들은 Contact 노드 내에 있는 Penalty, dynamic 혹은 Augmented Lagrangian, dynamic을 선택하여 접근할 수 있습니다. 새로운 Impact Between Two Soft Rings 과 Impact Analysis of a Golf Ball 예제(아래 그림)에서 이러한 기능을 확인할 수 있습니다.



Springs and Dampers Connecting Points


모든 구조관련 인터페이스에서, Spring-Damper 라는 기능을 추가할 수 있는데, 이것은 스프링/댐퍼로 두 지점을 연결하는 것입니다. 지점들은 형상적으로 점들을 나타내며, 이들은 attachment, 혹은 강체와의 직접 연결을 통해 제거할 수 있습니다. 스프링은 두 점들을 연결하는 선에 따라 힘을 적용하거나 모든 방향의 병진과 회전 자유도를 공유하는 완전 연결된 형태의 행렬로 표현할 수 있습니다. 이는 두 개의 상이한 인터페이스에 놓여 있는 점들 간에 스프링으로 연결할 수 있습니다.

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Port Boundary Condition for Elastic Wave Propagation


Port(포트) 경계 조건이 Solid Mechanics 인터페이스에 추가 되었습니다. 이 조건은 고체 도파관 구조로 들어가거나 나가는 탄성파를 생성하거나 흡수하는 조건으로 사용합니다. Port 조건 하나당 하나의 특정 전파 모드를 지원합니다. 동일한 경계에서 여러 포트 조건을 결합하면 종방향, 비틀림, 횡방향 모드와 같은 전파 파의 혼합(모드)을 일괄적으로 처리할 수 있습니다.

여러 Port 조건과 결합된 설정은 뛰어난 비 반사 조건을 제공해서, 도파관이 PML 구성이나 Low-Reflecting Boundary기능을 가집니다. 포트 조건은 S- 파라미터 (산란 파라미터) 계산을 지원하지만, 시스템을 가진하는 소스로도 사용할 수 있습니다. 반사파와 투과파의 힘은 후처리에서 사용할 수 있습니다. 전파 모드를 계산하고 식별하기 위해 Boundary Mode Analysis해석을 포트 조건과 함께 사용할 수 있습니다. 이 기능은 새로운 Mechanical Multiport System : Small Aluminium Plate 튜토리얼 모델의 Elastic Wave Propagation에서 볼 수 있습니다.

포트 4개가 있는 구조 사례.

포트 4개가 있는 구조 사례.



Rigid Connector Improvements


Rigid Connector 특성에 몇 가지 개선 사항이 있습니다. Beam 및 Shell 인터페이스에서 선택 대안이 높은 레벨로 확장되었는데, 이는 경계면 및 에지를 의미합니다. 회전 중심이 선택한 한 점으로 정의될 때, 점은 더 이상 인터페이스의 영역이 아닙니다. Rigid connectors는 상이한 인터페이스 간에도 연결이 가능하여, 새로운 유형의 가상 강체(이것은 rigid connector의 설정창에 있는 Advanced 항목에 있습니다)를 정의할 수 있습니다. Solid Mechanics, Shell 및 Beam 인터페이스에서 NASTRAN® 형식 파일을 불러와서 RBE2 요소를 자동으로 생성할 수 있습니다. 이는 Automatic Modeling 이라는 영역에서 제어할 수 있습니다. Rigid connectors는 불러온 파일에서 연결을 모사하기 위한 몇몇 인터페이스에 속할 수 있습니다.

Beam 인터페이스에서 사용된 볼트 모델의 끝점은 Solid Mechanics에서 모델링된 솔리드 면의 임의 경계면과 강체 연결할 수 있습니다.

Beam 인터페이스에서 사용된 볼트 모델의 끝점은 Solid Mechanics에서 모델링된 솔리드 면의 임의 경계면과 강체 연결할 수 있습니다.



New Option for Prescribing Rotating Frame Speed


Solid Mechanics 및 Multibody Dynamics 인터페이스에 있는 Rotating Frame 노드에서, 새로운 Rigid body 사양이 추가되었습니다. 이 사양을 가지고, 회전축 주위의 시간 종속 토오크를 입력하면, 회전 속도가 강체 운동방정식의 조합으로 계산됩니다.

Contact Improvements


새로운 동적 접촉과 마모 기능에 더하여, 몇 가지 기계적인 접촉 분야에 있어서 개선 사항이 있습니다. 증대 라그랑지안(augmented Lagrangian) 접촉 알고리즘과 함께 fully coupled 솔버를 사용할 수 있으며, 솔버 설정을 더 쉽게 할 수 있고, 몇몇 문제에 있어서 안정성 및 수렴성이 더욱 좋아졌습니다. 또한 Contact의 Friction하위 노드에서 Friction 모델을 User defined로 설정하여 어떤 변수이든지 간에 미끄럼이 발생하는 수평방향 힘에 대한 표현을 직접 입력할 수 있습니다. 결국에는 Penalty method 및 Augmented Lagrangian method에 대한 새로운 penalty factor를 제공하는 몇 가지 기능이 추가되었습니다.

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Viscoelasticity Improvements


새로운 두 가지 점탄성 모델인Maxwell 및 Generalized Kelvin-Voigt 모델이 추가되었습니다. Maxwell 재질은 동일 응력 하에서 장기간 변형이 무한한 것으로 간주해야 하므로 액체 형태로 간주할 수 있습니다. Generalized Kelvin-Voigt 모델은 몇 가지 시간 상수를 포함한 Prony 급수를 갖습니다. 결국, 이는 Kelvin 요소(스프링 및 댐퍼 요소가 평행하게 구성되어 있는)의 집합체로 구성 됩니다.

주파수 영역 해석에서, 모든 점탄성 모델(Generalized Maxwell, Generalized Kelvin-Voigt, Maxwell, Kelvin-Voigt, Standard Linear Solid, Burgers)은 파생미분 형태로 표현해 왔습니다. 파생미분 형태의 사용으로, 재질 데이터를 몇몇 재질에 대해서는 시험 데이터에 맞추는 것이 용이하게 되었습니다. Generalized Maxwell 및 Standard Linear Solid 점탄성 모델을 이용한 과도 해석에서, 성능이 많이 향상되었습니다.

Tool–Narayanaswamy–Moynihan shift function은 유리와 고분자 복합체 간의 유리 천이 온도를 기술하기 위해 일반적으로 사용됩니다. 이는 Viscoelasticity 노드에서 추가할 수 있습니다.

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New Settings for Solving Transient Elastic Wave Problems with Solid Mechanics


탄성파의 과도 해석 문제를 풀 때, 정확하고 효과적인 솔버 설정을 보장하는 새로운 설정방법이 Solid Mechanics 인터페이스에 도입되었습니다. 이것은 과도 음향 인터페이스에 있는 설정과 유사합니다. Solid Mechanics 인터페이스에서, 새로운 Transient Solver Settings 영역은 Maximum frequency to resolve 을 설정하는 옵션을 가지고 있습니다. 이는 소스의 가진 최대 주파수 대이거나, 혹은 최대 고유모드 주파수 이어야 합니다. 자동으로 생성되는 솔버는 음향 전파에 대한 적정 솔버 혹은 시간 및 공간 상에서의 적정 분해능을 사용하는 설정을 포함합니다.

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New Tutorial Models


다음의 새로운 예제 모델이 추가 되었습니다

Hysteresis in Piezoelectric Ceramics

분극(파란색)과 전왜 변형률(녹색) 결과로서, 적용한 전기장의 함수 형태로 표시 되었으며, 적용한 재료는 강유전체 압전 재료를 사용하였습니다.

분극(파란색)과 전왜 변형률(녹색) 결과로서, 적용한 전기장의 함수 형태로 표시 되었으며, 적용한 재료는 강유전체 압전 재료를 사용하였습니다.

A Micromachined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope

자이로에서 센스 모드 크기(James Ransley at Veryst Engineering, LLC.)

자이로에서 센스 모드 크기(James Ransley at Veryst Engineering, LLC.)


A Piezoelectric Micropump

마이크로 펌프의 유동 라인 (모델 출처: Riccardo Vietri, James Ransley, and Andrew Spann at Veryst Engineering, LLC.)

마이크로 펌프의 유동 라인 (모델 출처: Riccardo Vietri, James Ransley, and Andrew Spann at Veryst Engineering, LLC.)

Manufacturing Variation Effects in a Micromachined Comb-Drive Tuning Fork Rate Gyroscope

옆쪽 벽의 변화로 발생하는 형상 변화 그림(모델 출처: James Ransley at Veryst Engineering, LLC.)

옆쪽 벽의 변화로 발생하는 형상 변화 그림(모델 출처: James Ransley at Veryst Engineering, LLC.)