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Points forts de COMSOL Multiphysics® 6.3

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Nouveautés du module AC/DC

Pour les utilisateurs du module AC/DC, la version 6.3 de COMSOL Multiphysics® introduit une nouvelle formulation électrostatique pour des calculs de force plus précis, une meilleure prise en charge de la modélisation des matériaux diélectriques dispersifs utilisés en bio-ingénierie et des fonctionnalités supplémentaires pour la simulation des bobines, des moteurs électriques et des générateurs. Apprenez-en plus sur ces nouveautés ci-dessous.

Nouvelle formulation pour l'interface Electrostatique

L'interface Electrostatique propose désormais une nouvelle formulation d'équations permettant de calculer plus précisément les forces électrostatiques, ce qui est particulièrement utile lors de la modélisation de dispositifs MEMS tels que les accéléromètres et les gyroscopes. En résolvant directement le champ de déplacement électrique, cette approche améliore la précision pour les géométries présentant des angles vifs, ce qui permet des évaluations de force plus précises, même pour des maillages plus grossiers. Contrairement à la formulation traditionnelle basée sur le potentiel électrique, la nouvelle méthode fait appel à une formulation mixte, résolvant deux équations — l'une pour le champ de déplacement électrique (D) et l'autre pour le potentiel électrique (V). Dans la version 6.3, cette formulation améliorée est disponible en option, sous le nom d'Eléments finis mixtes à la fois en 2D et en 3D. L'option Eléments finis mixtes est l'option de discrétisation par défaut pour les interfaces Electromécanique lors de l'utilisation du module MEMS ou du module AC/DC avec le module Structural Mechanics. L'utilisation de cette nouvelle formulation est illustrée par le tutoriel Micromachined Gyroscope with Mixed Formulation.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de modèles avec le noeud Électrostatique mis en évidence, la fenêtre de réglages correspondante et un modèle de gyroscope dans la fenêtre graphique.
La section Discrétisation de la fenêtre Réglages du noeud Electrostatique montre les options de formulation D-V (désignées par Éléments finis mixtes).

Capacités étendues de modélisation de la dispersion, y compris dans les tissus biologiques

Pour les interfaces Electrostatique et Courants électriques, trois nouveaux modèles de matériaux diélectriques dispersifs sont disponibles: Cole-Cole, Havriliak-Negami et Défini par l'utilisateur. Ces modèles sont disponibles pour effectuer des études en domaine fréquentiel ainsi que des études transitoires. Les modèles sont basés sur la fonction Ajustement par fractions partielles introduite dans la version précédente, ce qui signifie que les matériaux dispersifs peuvent également être ajustés directement sur des données mesurées.

De plus, il est possible d'utiliser le modèle dispersif existant Debye multipolaire avec les données du nouveau répertoire Biological Tissues de la bibliothèque de matériaux du module AC/DC. Ce répertoire contient les valeurs de conductivité électrique, de permittivité relative et de température de référence, ainsi que les temps de relaxation et les contributions à la permittivité relative de plusieurs pôles de Debye, pour 54 types de tissus biologiques. Ces données matériaux sont particulièrement utiles pour les applications médicales.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de modèles avec le noeud matériau Heart mis en évidence, la fenêtre réglages correspondante et un modèle de stimulateur cardiaque dans la fenêtre graphique.
Le répertoire Biological Tissues de la bibliothèque de matériaux du module AC/DC comprend les propriétés matériaux de nombreux types de tissus biologiques.

Pertes à haute fréquence et modèle de conducteur homogénéisé pour fils de Litz

Le modèle de conducteur Multispires homogénéisé de la fonctionnalité Bobine propose désormais un modèle de Pertes effectives à haute fréquence activé par défaut. Dans le domaine fréquentiel, ce modèle attribue une conductivité effective du fil et une perméabilité complexe pour modéliser la distribution du champ et la résistance AC d'une bobine complète, en tenant compte des effets de peau et de proximité. De plus, une nouvelle option des Propriétés des fils de bobine nommée A partir de la résistance et du circuit couplé mutuellement relie la bobine à un circuit interne pour simuler les pertes inductives à la fois dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel.

Le modèle de conducteur Bobine de litz homogénéisée permet de tenir compte de pertes effectives à haute fréquence et de spécifier le nombre de brins et la résistance en courant continu par unité de longueur, en compensant la résistance ajoutée par les schémas de torsadage. De plus, la résistance du fil de litz par unité de longueur peut être définie à l'aide de spécifications techniques, de mesures ou d'expressions dépendant de la fréquence.

Les tutoriels suivants présentent ces nouvelles fonctionnalités:

Fil de litz 3D torsadé, représenté en bleu et orange.
Exemple de simulation d'un fil de litz en 3D permettant d'étudier différents schémas de torsadage et de valider des modèles de pertes effectives.

Nouvelle fonctionnalité de noyau laminé

La nouvelle fonctionnalité Noyau laminé permet une modélisation efficace des noyaux laminés dans les transformateurs, les actionneurs électromécaniques et les moteurs électriques en considérant les laminés comme un milieu effectif anisotrope. Cette fonctionnalité accepte à la fois des propriétés magnétiques linéaires et non-linéaires, notamment la Perméabilité relative et les Courbe B-H et Courbe B-H effective. Les utilisateurs peuvent définir la Direction d'empilement et ajuster le Facteur d'empilement pour spécifier le rapport entre les matériaux magnétiques et non magnétiques. De plus, les pertes résistives et magnétiques peuvent être incluses en recourant à des modèles empiriques tels que les modèles de Steinmetz ou de Bertotti. La fonctionnalité Noyau laminé est disponible dans les interfaces Champs magnétiques, Champs magnétiques, courants nuls et Machine tournante, magnétique.

Les tutoriels suivants illustrent l'utilisation de la fonctionnalité Noyau laminé:

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics avec le noeud Nonlinear Magnetic Core 2 du Constructeur de modèles mis en évidence, la fenêtre de réglages du noeud Noyau laminé, loi d'Ampère correspondant et un modèle de moteur dans la fenêtre graphique.
Fenêtre de Réglages de la fonctionnalité Noyau laminé montrant les options permettant de spécifier le facteur d'empilement, la direction d'empilement, les propriétés magnétiques et le modèle de perte.

Simplification de l'utilisation des connexions aux circuits électriques

La facilité d'utilisation des connexions à des circuits a été considérablement améliorée, facilitant ainsi la connexion des fonctionnalités de domaine — par exemple, pour connecter l'interface Courants électriques ou Champs magnétiques à l'interface Circuit électrique — à l'aide des fonctionnalités Terminal et Bobine. Une fonctionnalité automatisée gère désormais le processus de raccordement des circuits lorsqu'une fonctionnalité de domaine ou de frontière est reliée à un circuit électrique. De plus, les capacités d'import et d'export de circuits sont désormais accessibles via COMSOL API for use with Java, ce qui permet aux applications, aux méthodes de modèle ou aux add-ins de récupérer ou d'exporter automatiquement des circuits. Ceci est particulièrement utile pour l'extraction de circuits réduits, quand les circuits sont générés sur la base de matrices de résistance, de capacitance et d'inductance réduites issues de modèles éléments finis. Les tutoriels suivants illustrent ces nouveautés:

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de modèles avec le noeud Terminal mis en évidence, la fenêtre de réglages correspondante, un module IGBT dans la fenêtre graphique et la fenêtre Ajouter une connexion à un circuit électrique.
Les fonctionnalités Terminal et Bobine disposent désormais d'un bouton Ajouter une connexion à un circuit électrique, facilitant ainsi la mise en place de systèmes connectés à un circuit.

Nouvelles interfaces multiphysiques pour l'électromécanique

Les nouvelles interfaces Electromécanique, coque et Electromécanique, membrane simplifient la modélisation de la déformation de structures minces, telles que des membranes de microphone, soumises à des forces électrostatiques. Ces interfaces comprennent automatiquement le couplage multiphysique Electromécanique, frontière pour une intégration fluide avec les éléments Coque ou Membrane et font appel à l'interface Electrostatique pour modéliser le champ électrique. Présentées dans les tutoriels Brüel & Kjær 4134 Condenser Microphone et Axisymmetric Condenser Microphone, ces interfaces requièrent également le module Structural Mechanics.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de modèles avec le noeud Electromécanique, frontière mis en évidence, la fenêtre de réglages correspondante et un modèle de microphone dans la fenêtre graphique.
Le nouveau couplage multiphysique Electromécanique, frontière utilisé dans le modèle de microphone Brüel & Kjær 4134 pour simplifier la configuration du modèle lors du couplage des interfaces Electrostatique et Membrane.

Nouveaux modèles et modèles mis à jour, nouvelle application et nouvel add-in

COMSOL Multiphysics® version 6.3 apporte de nouveaux modèles et des modèles mis à jour, une nouvelle application et un nouvel add-in au module AC/DC.

Permanent Magnet Motor in Steady State

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de modèles avec le noeud Bobinage multiphase mis en évidence, la fenêtre de réglages correspondante, un moteur 2D dans la fenêtre graphique et deux graphiques 1D.
L'interface Machine magnétique, tournante, périodique en temps calcule directement la solution en régime permanent tout en tenant compte des effets des matériaux non-linéaires et des courants induits. Dans ce tutoriel, une machine à aimants permanents à bobinage intérieur est modélisée pour démontrer les principes fondamentaux de l'interface périodique en temps.
Nom de l'application:
pmm_steady_state
Lien de téléchargement de l'application

Piezomagnetic Cell Rover

Modèle d'antenne montrant la densité du flux magnétique.
Ce tutoriel montre comment modéliser une antenne magnétostrictive miniaturisée développée pour être utilisée à l'intérieur de cellules vivantes. La contrainte dans l'antenne, la densité de flux magnétique, la densité de courant et le déplacement de la pointe du dispositif sont étudiés à la fréquence de résonance.
Nom de l'application:
piezomagnetic_cell_rover
Lien de téléchargement de l'application

B-H Curve Checker App

Application montrant une courbe B-H avec la densité de flux magnétique sur l'axe des ordonnées et le champ magnétique sur l'axe des abscisses.
Des améliorations ont été apportées à l'application B-H Curve Checker. En particulier, l'application accepte désormais des données d'entrée qui ne vont pas jusqu'à la saturation complète. Les données sont complétées en supposant que la perméabilité différentielle diminuera, pour finalement se stabiliser à la perméabilité du vide. Cette extension des données permet d'obtenir des effets de saturation plus réalistes dans les modèles présentant des concentrations de flux élevées.
Nom de l'application:
bh_curve_checker
Lien de téléchargement de l'application

Circuit Extractor Add-In

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de modèles avec le noeud Extracteur de circuit mis en évidence, la fenêtre de réglages correspondante et un graphique 1D dans la fenêtre graphique.
L'add-in Extracteur de circuit permet d'extraire automatiquement des circuits électriques réduits en analysant les matrices de résistance, de capacitance et d'inductance réduites obtenues d'un modèle éléments finis. Les réseaux de résistance extraits par l'add-in ont été mis à jour pour mieux respecter la norme SPICE.