COMSOL Multiphysics 结构 & 声学

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本为“结构力学模块”的用户引入了固体相场 接口、用于评估断裂力学的虚拟裂纹扩展法，以及可对加速无约束结构进行静态分析的特征。请阅读以下内容，进一步了解这些更新及其他新增功能。

新的“固体相场”接口

相场建模可用于多种物理应用，新版本还引入了新的固体相场 接口，专门用于对涉及固体内部移动界面的现象（如裂纹扩展、损伤演化和晶界生长）进行建模。

弹塑性紧凑拉伸试样中裂纹产生和扩展的相场建模。

新的“固体传递”接口

新版本还新增了固体传递 接口，用于对固体材料中的物质传递、电迁移、氢脆和其他传输现象进行建模，其中可以对涉及一种或多种物质的传递现象进行稳态和瞬态研究。此外，如果扩散问题由应力驱动，可以将此接口与固体力学接口相耦合。

由电场、浓度、流体静应力和温度梯度驱动的电迁移。

新的非饱和多孔弹性多物理场耦合

新版本新增了非饱和多孔弹性多物理场耦合，可将固体中的水分输送 接口与固体力学接口相耦合，这种双向耦合将水分压力作为一种载荷施加在孔隙中，由此产生的结构变形会改变储水系数和孔隙率。使用新的非饱和多孔弹性 多物理场接口可以轻松建立此类研究，将会自动添加固体中的水分输送 接口、固体力学 接口和非饱和多孔弹性 多物理场耦合。您可以在纸板卷中的水分输送教学案例中查看这一新功能的应用演示。请注意，此特征需要“多孔介质流模块”或“传热模块”。

使用非饱和多孔弹性多物理场耦合确定木材-混凝土复合地板中的相对湿度。

新的“旋转机械中的磁-弹性相互作用”多物理场接口

在某些旋转部件（例如电动机）中，您可能需要考虑磁场与结构变形之间的双向耦合。新增的旋转机械中的磁-弹性相互作用 多物理场接口将固体力学 接口、旋转机械，磁 接口与动网格特征相耦合。此外，新增的磁力，旋转机械 多物理场耦合用于在柔性旋转结构上施加源于磁性麦克斯韦应力的载荷。同时，磁载荷和离心力共同引起的变形也会影响磁场。您可以在新的内置式永磁电机的电磁和机械分析模型中查看如何使用此接口研究电机变形和应力分布的示例。请注意，此特征和教学案例需要“AC/DC 模块”。

使用旋转机械中的磁-弹性相互作用多物理场接口模拟的内置式永磁电机的磁通密度和应力。

新的“热膨胀，薄层”多物理场耦合

新的热膨胀，薄层多物理场耦合节点可将具有薄层材料模型的边界中的热膨胀与传热 接口中计算的相同边界上的温度场进行耦合。您可以在更新的加热电路教学案例中查看这一新功能的应用演示。

使用新的热膨胀，薄层多物理场耦合模拟的加热电路中的应力、电势和温度。

无约束结构的接触仿真

接触问题在建立接触之前通常没有足够的约束，使得刚度矩阵变为奇异矩阵。新版本添加了稳定性特征来缓解这一内在问题。

螺栓管路连接中的接触压力。

翘曲计算

在某些应用中，例如印刷电路板，平面必须保持足够的平坦度，才能确保结构在承受载荷后能够正常工作。固体力学、壳 和多层壳 接口中新增了翘曲 特征，用于计算平面与其原始形状的偏差。您可以在更新的多层板的热应力和加热电路教学案例中查看这一新功能的应用演示。

变形平面（彩色层）与完美平面（半透明灰色层）的比较图。

充液腔

固体力学 接口中新增了封闭腔 特征，可以对充满流体的封闭腔进行建模，无需对腔体本身进行网格划分。腔体内的压力充当结构上的载荷，腔体的体积由结构变形控制。对于腔体内容物（等温或绝热气体或者不可压缩流体等），有多种可供选择的状态方程。

使用气泵给气球充气。气泵内移动的活塞会减小封闭的体积，增加气球内压。

虚拟裂纹扩展法

新版本新增了虚拟裂纹扩展 特征，可替代 J 积分法确定能量释放率和应力强度因子。利用这一新特征，您可以进行相同的分析，同时还可以考虑体载荷和热膨胀。

带有单边裂纹的平板受到拉伸载荷作用时的应力云图。

惯性释放分析

惯性释放分析是一种特殊的静态分析，适用于由外部载荷加速的无约束结构，其中结构的外部载荷和惯性力必须保持动态力平衡。新版本在所有结构力学 接口中添加了新的惯性释放 特征，用于自动设置特殊研究序列，以计算加速度场、相应的惯性力以及产生的应力。

飞机在急拉杆机动飞行过程中机翼的变形情况。

“壳”接口中的“压电材料，多层”特征

壳 接口中新增了压电材料，多层 特征，可在求解薄压电复合材料时节省组装和计算时间。请注意，这个新特征需要“AC/DC 模块”或“MEMS 模块”。如果同时具有“复合材料模块”许可证，还可以将此特征用于多层壳建模，其中各层可具有不同的材料属性。

使用壳接口和新的 压电材料，多层特征计算得出的 7.99 GHz 时兰姆波谐振器的 S0 模式。

纤维增强功能

6.0 版本引入了通过添加纤维 子节点为材料添加纤维分布的功能，6.2 版本对此功能进行了多项扩展，例如：

现在也可以在壳 接口中使用此功能，还可以为纤维指定抗弯刚度和全厚度位置。
纤维的材料模型现在可以是应力和应变之间的一般非线性函数。
现在还可以将纤维子节点添加到薄层 特征的材料模型中。

可以通过在壳的全厚度位置放置纤维来模拟混凝土板中的钢筋。

轮胎帘线加强件中的 von Mises 应力。

有限位移

新版本在固体力学、多体动力学、壳、多层壳和膜接口中添加了指定有限位移（即点、边或边界在特定方向上可以移动的最大距离）的功能，这可视为接触分析的简化版本，其中不需要第二个对象来阻止移动。在之前的版本中，此功能仅在梁或桁架等边类型接口中提供以适用于边或点。

限制管径向位移的管对齐导向装置。使用带有 有限选项的 位移约束边界条件，而不是完全接触分析，虽然对齐导向装置（这里由环表示）显示了位移限制，但这并非模型的一部分。

倍频带图更新

现在可以使用倍频带 图来分析基于瞬态仿真的结果。在分析之前，需要先将瞬态数据转换到频域。倍频带 图还新增了一般（非 dB） 输入类型，可用于分析声学中的吸声数据或振动速度数据，以绘制结构振动模型中的频率响应函数 (FRF)。

新的和更新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本的“结构力学模块”引入了多个新的和更新的教学案例。

极性材料弹性斗篷

点载荷产生的自由场与隐形障碍物周围场的比较图。

弹性波的散射场公式

冲击空腔、刚性夹杂物和弹性夹杂物的 P 波和 S 波。

波纹板的均质模型

波纹板的均质属性通过在基本单元上施加多个基本载荷工况来确定。

梯架

轻型卡车梯架的应力分布和外加载荷。

基于三重周期最小曲面 (TPMS) 的复合材料细观力学模型

基于 TPMS 的螺旋二十四面体基本单元受到周期性边界条件的影响，获得均匀的力学属性和热属性。

温度变化引起的特征频率偏移

研究了不同类型的边界条件下特征频率对温度变化的灵敏度。

压电纤维复合材料的细观力学模型

计算纤维和基体由不同压电材料组成的复合材料的均质压电属性。

基于增量弧长法的后屈曲分析

采用增量弧长法模拟的圆柱型扁壳突弹跳变过程中力与位移的关系。

集成电路 (IC) 互连线中的空位电迁移

在电场、浓度、流体静应力和温度梯度的驱动下，金属内部的空位迁移是一种高度耦合的现象。

内置式永磁电机的电磁和机械分析

内置式永磁 (IPM) 电机瞬态仿真过程中的应力（左）和磁场（右）。

氢在金属中的扩散

受到浓度驱动和应力驱动扩散共同影响的带缺口金属样品中的氢浓度和通量。

支架 - 惯性释放分析

组件受力产生自由角加速度时的应力和加速度场。

纸板卷中的水分输送*

纸板卷中的相对湿度分布和变形。

*需要“多孔介质流模块”

支架 - 谐波振动疲劳（需要“疲劳模块”）

在线性频率扫描过程中，承受静态载荷和谐波载荷的支架的疲劳使用率。

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本为“非线性结构材料模块”的用户提供了新的参数估计功能、新的聚合物黏塑性材料模型，还更新了运动硬化模型，现在能够处理大塑性应变问题。请阅读以下内容，进一步了解这些更新功能。

参数估计

新版本引入了增强的参数估计功能，包括对 Levenberg–Marquardt 和内点优化器 (IPOPT) 求解器的改进，这些增强功能可显著提高实验数据参数估计的性能，包括单轴、双轴和循环载荷工况。

使用单轴、纯剪切和等双轴数据的组合估算超弹性 Ogden 材料的参数。

聚合物黏塑性

为了准确分析由固体聚合物材料制成的结构，新版本新增了聚合物黏塑性材料模型，其中包括 Bergstrom-Boyce、Bergstrom-Bischoff 和并行网络模型。这个新框架基于变形梯度的乘法分解技术，可有效处理大规模的黏塑性应变。

小冲孔试验旨在通过极小样品评估材料的力学属性。

纤维增强功能

6.2 版本的纤维 特征引入了多项改进：

Holzapfel-Gasser-Ogden 超弹性材料模型中的可压缩纤维
用于嵌入超弹性材料中的纤维的热膨胀 特征
用于处理线弹性材料 和非线性弹性材料 特征中纤维的非线性应力-应变关系的单轴数据 材料模型

主动脉瓣假体上的纤维增强。

形状记忆合金增强功能

形状记忆合金的更新包括：

提高了指定相变材料参数的灵活性，允许输入起始和终止应力或起始和终止温度
新增了显示应力-温度相图的预定义绘图，说明了奥氏体到马氏体的转变过程
大大改进了对转变应变施加上限的罚函数法
加入了 Prager-Lode 屈服面，可对拉伸或压缩的各向异性变形进行建模
引入了大应变塑性功能

单次载荷循环中伪弹性效应的应力-温度相图中的马氏体体积分数。

锂的黏塑性材料模型

黏塑性特征中新增了 Anand-Narayan 材料模型，专门用于电池应用中的锂属性仿真。

使用 Anand-Narayan 模型得到的锂样品在不同温度和应变率下的应力与真实应变关系曲线。

新的相场损伤多物理场接口

新的相场损伤 多物理场接口通过相场损伤 双向多物理场耦合将固体力学 与新的固体中的相场 接口相结合，其中，应力或应变能密度驱动相场的演化，而相场则决定了弹性材料模型的损伤程度。

弹塑性紧凑拉伸试样中延性损伤演化的相场建模。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本的“非线性结构材料模块”引入了多个新的教学案例。

聚合物水凝胶的高度溶胀

聚合物水凝胶由长链聚合物交联网络和大量被吸收的溶剂分子组成，由于机械载荷和溶剂扩散，它们可能会发生较大的变形。

Souza-Auricchio 模型在单轴加载形状记忆合金中的应用

单次载荷循环中伪弹性效应的应力-温度相图中马氏体的体积分数。

氯丁橡胶压缩试验

氯丁橡胶在恒定应变率和松弛条件下经受交替压缩的单轴试验时非平衡和平衡特性的比较。

HDPE 内衬的屈曲

受损管的内衬很容易因气体渗入内衬和主体结构之间而坍塌。Bergstrom-Bischoff 材料模型适用于表示内衬的黏塑性特性。

矩形片材的单轴拉伸

屈曲后分析中 5% 应变下的褶皱。颜色表示褶皱幅度。

超弹性材料的参数估计

使用单轴、纯剪切和等双轴数据的组合估算超弹性 Ogden 材料的参数。

弹塑性材料的参数估计

利用循环剪切数据估算各向同性和运动硬化弹塑性组合模型的参数。

黏塑性聚合物的参数估计

使用不同应变率和温度下的循环拉伸和压缩数据估算类橡胶材料黏塑性 Bergstrom-Boyce 模型的参数。

超高分子量聚乙烯的小冲孔试验

经过小冲孔试验后显示出双轴颈缩（红色区域）的聚合物样品。Bergstrom-Bischoff 材料模型能够准确描述膝关节或髋关节置换常用材料的黏塑性特性。

轮胎充气

显示帘线方向（模拟为分布式纤维）的汽车轮胎。

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本为“岩土力学模块”的用户扩展了混凝土结构建模功能，引入了新的土壤材料模型，并更新了土壤塑性模型的乘性流动法则，增强了对大应变问题的仿真能力。请阅读以下内容，进一步了解这些更新。

混凝土损伤-塑性耦合模型

新的损伤-塑性耦合 材料模型将损伤力学与塑性模型相结合，可用于描述混凝土和类似脆性材料在多轴和循环载荷作用下的力学响应和破坏的重要特征。

新的损伤-塑性耦合材料模型，用于模拟混凝土梁中的裂纹。

土壤模型的功能改进

新版本添加了两种新的土壤材料模型：硬化土小应变 和小应变叠加。这些模型以及之前存在于塑性、土壤塑性 和弹塑性土壤材料 系列中的所有材料模型，现在都采用基于变形梯度乘法分解的新公式，使用户能够研究发生超大应变的问题。

新的硬化土小应变材料模型捕捉了循环载荷作用下的小应变刚度和滞后效应。

新的相场损伤多物理场接口

新的相场损伤 多物理场接口通过相场损伤 双向多物理场耦合将固体力学 与新的固体中的相场 接口相结合，其中，应力或应变能密度驱动相场的演化，而相场则决定了弹性材料模型的损伤程度。

弹塑性紧凑拉伸试样中延性损伤演化的相场建模。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本的“岩土力学模块”新增了以下教学案例。

使用小应变叠加模型计算土壤滞后现象

小应变覆盖土模型在循环剪切载荷作用下的应力-应变关系。

基于硬化土小应变材料模型的三轴试验

单调载荷作用下各种硬化土小应变材料模型的应力-应变关系。

混凝土损伤-塑性材料测试

具有循环（蓝色）和单调（红色）单轴载荷的混凝土损伤-塑性耦合模型中的应力-应变关系。

使用损伤-塑性耦合的混凝土梁失效

钢筋混凝土梁的损伤，其中采用损伤-塑性材料耦合模型来模拟混凝土和钢筋的金属塑性，并使用非线性黏结-滑移定律描述混凝土与钢筋之间的相互作用。

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本为“复合材料模块”的用户提供了压阻，多层壳 多物理场接口、壳 接口中的压电材料，多层特征、用于微结构均匀化的零件库零件，以及新的仿真 App 示例。请阅读以下内容，进一步了解这些更新及其他新增功能。

“压阻，多层壳”多物理场接口

新增的压阻，多层壳多物理场接口可用于为多层结构中的压阻效应建模，还可以与多层壳中的电流 接口、多层壳 接口以及新的压阻，多层多物理场耦合相结合。请注意，此特征需要“MEMS 模块”。

“壳”接口中的“压电材料，多层”特征

壳接口中新增了压电材料，多层 特征，可优化求解薄压电复合材料的装配并节省计算时间。请注意，此特征需要“AC/DC 模块”或“MEMS 模块”。

零件库新增表征材料微结构的零件

在零件库中，COMSOL Multiphysics 分支下现有的代表性体积单元 文件夹已重命名为基本单元和 RVE，其中内容也已更新，现在包含波纹板、蜂窝结构和螺旋二十四面体等新的微观结构几何模型。波纹板的均质模型和基于三重周期最小曲面的复合材料细观力学模型案例模型中已使用到这些新几何模型。

零件库中新的微观结构几何零件。

翘曲计算

在某些应用中，例如印刷电路板，平面必须保持足够的平坦度，才能确保结构在承受载荷后能够正常工作。固体力学、壳和多层壳 接口中新增了翘曲特征，用于计算平面与其原始形状的偏差。

变形平面（彩色层）与完美平面（半透明灰色层）的比较图。

新的 App 和更新的模型

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本的“复合材料模块”引入了新的仿真演示 App 和更新的示例模型。

周期性微结构的均质材料属性*

一个显示双向平纹纤维复合材料均质材料属性的 App。

*需要“结构力学模块”

铺层顺序的优化

采用原始堆叠序列（线框）和优化堆叠序列（实线）的复合材料的位移比较图。根据 Hashin 准则，优化后的复合材料位移较小且均匀，因此失效指数较低。

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本为“多体动力学模块”的用户引入了用于电动机和发电机仿真分析的新功能、为平面关节添加径向约束的选项，以及对无约束结构运行静态分析的新特征。请阅读以下内容，了解这些更新及其他新增功能。

用于旋转机械磁-结构相互作用建模的多物理场接口

新的旋转机械中的磁-刚体相互作用 多物理场接口建立了研究旋转电磁电动机和发电机的结构力学和刚体动力学所需的耦合，通过新的磁力，旋转机械 多物理场耦合将多体动力学 接口与旋转机械，磁 接口相结合，在域层连接了结构力学和电磁物理场，并在刚性或由于麦克斯韦应力而变形的旋转结构上添加载荷。此功能可用于计算气隙力产生的变形和应力在电机定子和转子中的分布情况。（应用示例包括磁轴承和不平衡转子。）您可以在新的永磁电机的磁-结构相互作用教学案例中查看此接口。请注意，此特征需要“AC/DC 模块”。

永磁电机动画，显示了转子的磁通密度和位移。

平面关节中的径向约束

针对平面关节，约束 特征新增一个添加径向约束的选项，可以设置约束圆的中心和半径。利用此选项，可以为主体的平面运动添加径向约束，类似于放置一个假想的止动圆，将主体的运动限制在径向。

质量分布不均匀的环形盘在倾斜表面上滑动的动画。利用径向约束，无需物理测试，即可对边界壁的影响进行分析。

惯性释放分析

惯性释放分析是一种特殊的静态分析，适用于由外部载荷加速的无约束结构，其中结构的外部载荷和惯性力必须保持动态力平衡。新版本在所有结构力学 接口中添加了新的惯性释放 特征，用于自动设置特殊研究序列，以计算加速度场、相应的惯性力以及产生的应力。

飞机在急拉杆机动飞行过程中机翼的变形情况。

嵌入加强件

在新版本中使用嵌入加强件 多物理场耦合时，可以将线缆 接口中的单元嵌入到柔性固体域中充当加强件。此外，在获得“结构力学模块”许可证的情况下，还可以将桁架 或梁 接口中的边单元以及膜 接口中的表面单元插入到通过多体动力学 接口建模的域中。这一新功能对于钢丝加固的皮带传动等结构建模非常实用，此外，还可用于仿真嵌入单元与周围实体之间的剥离，其中连接可以是完全刚性，也可以是柔性。

用于加固缆索滑轮系统的嵌入加强件。

无约束结构的接触仿真

接触问题在建立接触之前通常没有足够的约束，使得刚度矩阵变为奇异矩阵。新版本添加了稳定性 特征来缓解这一内在问题。

螺栓管路连接中的接触压力。

有限位移

新版本在固体力学、多体动力学、壳、多层壳和膜接口中添加了指定有限位移（即点、边或边界在特定方向上可以移动的最大距离）的功能，这可视为接触分析的简化版本，其中不需要第二个对象来阻止移动。在之前的版本中，此功能仅在梁或桁架等边类型接口中提供以适用于边或点。

 限制管径向位移的管对齐导向装置。使用带有有限选项的位移约束边界条件，而不是完全接触分析，虽然对齐导向装置（这里由环表示）显示了位移限制，但这并非模型的一部分。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本的“多体动力学模块”引入了两个新的教学案例。

永磁电机的磁-结构相互作用

永磁电机模型瞬态仿真过程中的磁场（左）和位移（右）。

跳环的动力学

初始速度为 3.1 m/s 时跳环运动的三维模型。

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本为“转子动力学模块”的用户引入了新的液体动压轴颈轴承预定义绘图、新的止推轴承类型，以及用于确定液体动压推力轴承平衡位置的功能。请阅读以下内容，进一步了解这些更新。展开的液体动

压轴颈轴承绘图

在为液体动压轴颈轴承建模时，液体动压轴承接口提供一组新的预定义展开图，可用于将压力图和速度图从三维柱面映射到二维矩形面，使得压力分布和相关速度场更加便于理解。您可以在现有的不同液体动压轴承的比较教学案例中查看这些新的预定义绘图。

在三维柱面和二维矩形面上显示的液体动压轴承的压力场。

液体动压轴承的止推轴承类型

止推轴承是一种常用的液体动压推力轴承，在 6.2 版本中，液体动压轴承 接口中的液体动压推力轴承特征已得到扩展，现在包含止推轴承作为预定义轴承类型。从设置 窗口的轴承类型 列表中选择此选项后，有两个槽类型选项可供选择：定弧和等宽。您可以在立式推力轴承教学案例中查看这个新的止推轴承选项。

液体动压轴承接口中新增的预定义止推轴承。

液体动压推力轴承中的平衡测定

在为液体动压推力轴承建模时，如果事先没有提供轴承载荷，需要根据轴承载荷计算轴环的位置。在液体动压推力轴承特征的设置中，轴环属性 栏下新增了载荷 选项，可以轻松解决这一问题。新的载荷 功能根据轴承载荷与分布压力产生的力之间的力平衡来确定液体动压推力轴承的平衡位置。

三种不同轴承的膜厚随轴承载荷变化的情况。

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本为“MEMS 模块”的用户引入了用于多层结构压阻效应建模的新接口、新的热膨胀，薄层多物理场耦合以及新的滑移壁 边界条件。请阅读以下内容，进一步了解这些更新及其他新增功能。

注：“MEMS 模块”还继承了“结构力学模块”更新中的许多新功能。

“压阻，多层壳”多物理场接口

新增的压阻，多层壳多物理场接口将多层壳中的电流 接口与多层壳 接口相结合，并将新的压阻，多层多物理场耦合添加到模型树中，可用于为多层结构中的压阻效应建模。请注意，此特征需要“复合材料模块”。

“壳”接口中的“压电材料，多层”特征

壳接口中新增了压电材料，多层特征，可在求解薄压电复合材料时节省组装和计算时间。请注意，这个新特征需要“结构力学模块”。如果同时具有“复合材料模块”许可证，还可以将此特征用于多层壳建模，其中各层可具有不同的材料属性。

使用壳接口和新的 压电材料，多层特征计算得出的 7.99 GHz 时兰姆波谐振器的 S0 模式。

“热膨胀，薄层”多物理场耦合

新的热膨胀，薄层多物理场耦合节点可将具有薄层材料模型的边界中的热膨胀与传热接口中计算的相同边界上的温度场进行耦合。

使用新的热膨胀，薄层多物理场耦合模拟的加热电路中的应力、电势和温度。

滑移壁边界条件

只要克努森数在 0.001 到 0.1 之间，就可以使用新的滑移壁 边界条件对滑移流态中的有效非理想壁条件进行建模。此特征适用于几何尺寸非常小或在非常低的环境压力下运行的系统，在对 MEMS 换能器和其他微型器件进行建模时非常实用。此外，还可以使用内部滑移壁特征对内部边界上的滑移壁进行建模。请注意，这些特征需要“声学模块”。

热黏性声学接口中滑移壁特征的设置窗口。

无约束结构的接触仿真

接触问题在建立接触之前通常没有足够的约束，使得刚度矩阵变为奇异矩阵。新版本添加了稳定性 特征来缓解这一内在问题。

螺栓管路连接中的接触压力。

有限位移

新版本在固体力学、多体动力学、壳、多层壳和膜接口中添加了指定有限位移（即点、边或边界在特定方向上可以移动的最大距离）的功能，这可视为接触分析的简化版本，其中不需要第二个对象来阻止移动。在之前的版本中，此功能仅在梁 或桁架 等边类型接口中提供以适用于边或点。

限制管径向位移的管对齐导向装置。使用带有有限选项的位移约束边界条件，而不是完全接触分析，虽然对齐导向装置（这里由环表示）显示了位移限制，但这并非模型的一部分。

新的“固体中的相场”接口

相场建模可用于多种物理应用，新版本还引入了新的固体中的相场接口，专门用于对涉及固体内部移动界面的现象（如裂纹扩展、损伤演化和晶界生长）进行建模。

弹塑性紧凑拉伸试样中裂纹产生和扩展的相场建模。

新的“固体传递”接口

新版本还新增了固体传递 接口，用于对固体材料中的物质传递、电迁移、氢脆和其他传输现象进行建模，其中可以对涉及一种或多种物质的传递现象进行稳态和瞬态研究。此外，如果扩散问题由应力驱动，可以将此接口与固体力学接口相耦合。

由电场、浓度、流体静应力和温度梯度驱动的电迁移。

新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本的“MEMS 模块”引入了多个新的教学案例。

氮化铝兰姆波谐振器 - 三维

兰姆波谐振器的电极配置和 7.99 GHz 时相应的 S0 模式。

电容式微机械超声换能器集总模型

与 7.5 MHz 时超声波换能器基模相对应的变形。该教学案例演示了如何通过 参数估计研究来推导集总机械模型。

使用不确定性量化研究固态装配谐振器（二维）*

核密度估计图，显示因制造偏差而产生的谐振频率的概率分布。该教学案例研究谐振频率小于 865 MHz 的概率。
*需要“不确定性量化模块”

具有等效电路的薄膜体声波谐振器

薄膜体声波 (BAW) 谐振器模型在 3.25 GHz 时的厚度-伸缩模式。该教学案例中包含一个通过参数估计研究得出的等效电路模型。

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本为“声学模块”的用户引入了新的用于时域压力声学分析的频率相关阻抗 条件；在多孔弹性波接口中新增了一个各向异性材料模型，并引入了一个提高基于线性势流的气动声学仿真性能的端口边界条件。请阅读以下内容，进一步了解这些更新及其他新增功能。

时域中的频率相关阻抗条件

压力声学，瞬态接口和压力声学，时域显式接口新增了在时域中指定和设置频率相关阻抗条件的功能，可对频域数据进行有理近似，得到在时域中求解的常微分方程组（傅里叶逆变换的记忆方程）。此外，还新增了一个拟合或插值函数，用于执行从频域到时域的数据变换，其中的拟合依赖于自适应 Antoulas–Anderson (AAA) 算法的变体。您可以在更新的基于波的时域室内声学（具有频率相关阻抗）教学案例中查看这一新功能的应用演示。

高斯调制正弦波脉冲的传播，最大频率分辨率可达 1400 Hz。

现在可以使用压力声学，瞬态和压力声学，时域显式接口中的阻抗 边界条件来模拟真实的面属性，例如吸声板或具有频率相关吸声属性的任何其他表面的面属性。有两个新选项可供选择：串联耦合 RCL 和一般局部反应（有理近似），后者依赖于表面阻抗数据的特殊变换，可通过新的部分分式拟合 函数来实现。在时域中进行基于波的真实室内声学仿真等建模时，这一新功能至关重要。

部分分式拟合函数可将频域数据变换为适合时域分析的形式，可对频域响应进行有理近似，从而可以用解析的方式来计算傅里叶逆变换，并在此基础上获得时域脉冲响应函数。拟合算法可用于任何数据，对于声学仿真中的表面阻抗数据尤为重要和实用。

压力声学，时域显式接口中的 阻抗边界条件。从拟合频域导纳的 部分分式拟合函数中直接导入 一般局部反应（有理近似）条件的必要数据。

“多孔弹性波”接口中的各向异性多孔弹性材料模型

多孔弹性波接口已得到扩展，新增一个各向异性多孔弹性材料 模型。纤维材料等多种多孔材料都具有各向异性属性，现在可以为弹性基体材料属性以及相关的多孔介质声学属性（即流阻率、曲折因子和黏滞特征长度）定义各向异性属性。您可以在新的横向各向同性多孔层教学案例中查看这个材料模型的应用演示。

各向异性多孔弹性材料模型，其中模拟的纤维材料多孔基体属性为各向异性。

重构的“多孔弹性波”接口

新版本对多孔弹性波接口进行了重构，以改善用户体验。适用于多孔弹性基体和饱和流体的特征现在位于不同的菜单中。此外，这些特征还可应用于同一边界，以定义多种混合条件。

线性势流的端口条件

线性势流接口新增了一个端口边界条件，用于激发和吸收进入或离开波导结构（例如涡轮风扇管道或其他通道结构）的特定声学模式，此功能适用于基于线性势流公式的对流声学仿真。为了提供完整的声学描述，应在同一边界上应用多个端口条件，以便对噪声源进行模式分解。在所研究的频率范围内，可以考虑所有相关的传播模式，然后使用线性势流，边界模式接口来分析和识别传播模式和非传播模式。您可以在流管教学案例中查看这一新特征的应用演示。

线性势流，频域接口中新增 端口边界条件，本例研究的是涡轮喷气发动机流管的模式传输。

涡轮喷气发动机进气口模型中的模式声传输仿真。结果取自“流管”教学案例，其中采用了新的端口边界条件。

“线性势流，边界模式”接口中的阻抗条件

在新版本中，计算传播和非传播模式时，可以将阻抗边界条件添加到线性势流，边界模式接口。在线性波导构型中激励具有真实出射和入射模式的波导系统时，将该条件与线性势流，频域接口中的端口边界条件相结合非常有用。

热黏性声学接口中用于非理想壁条件建模的“滑移壁”特征

只要克努森数在 0.001 到 0.1 之间，就可以在热黏性声学接口中使用新的滑移壁 边界条件对滑移流态中的有效非理想壁条件进行建模。此条件适用于几何尺寸非常小或在极低环境压力下运行的系统，在对 MEMS 换能器和其他微型器件进行建模仿真时非常实用，如带滑移壁的 MEMS 麦克风教学案例中所示。如需对内部边界上的滑移壁进行分析，可采用内部滑移壁 条件。您可以在微孔板在滑移流状态下的黏滞阻尼教学案例中查看新的滑移壁 特征的应用演示。

使用滑移壁特征对微穿孔板 (MPP) 的阻尼属性进行分析。滑移壁条件对于 MEMS 器件的声学建模仿真至关重要。

热黏性声学接口中的“表面张力”特征

热黏性声学，频域接口中新增了一个表面张力 特征，为包括表面张力效应在内的两种流体之间的界面建模添加了必要的内部条件。杨-拉普拉斯方程的这个声学（扰动）公式依赖于围绕流体-流体界面静态形状周围的线性化，在对两种不同的不混溶流体（如微气泡或微滴）之间的小而弯曲的界面进行建模时，例如在喷墨打印机应用中，此特征非常重要。

使用新的 表面张力特征求解的微气泡的振型。

“热黏性声学，频域”中的阻抗新增 RCL 选项

热黏性声学，频域 接口的阻抗 边界条件新增了 RCL 选项，适用于使用集总表示法来模拟声场与简单弹簧-质量-阻尼系统之间的相互作用。例如，您可以采用麦克风柔性膜的集总表示法，通过麦克风模型模拟声-结构相互作用。

“压力声学，频域”中的火焰模型

压力声学，频域 接口中新增的火焰模型 特征可用于通过火焰模型定义热源，通常用于燃烧装置的稳定性分析。热源取决于声场，并根据 n-tau 模型定义。在内燃机中，热量释放取决于新鲜燃料供应的声振荡，而声振荡又受到热量释放的影响，可能会导致声学模式变得不稳定或受阻。您可以在新的燃烧火焰验证教学案例中查看这一特征的应用演示。

压力声学，频域接口中新增 火焰模型特征。

新的和改进的多物理场耦合及功能

声学 FEM-BEM 边界 耦合和声-结构边界 耦合现已包含添加子特征的选项，“声学模块”还新增了两个多物理场耦合，以简化建模工作流程。

用于装配的“声-热黏性声学边界”多物理场耦合

新版本新增了之前已经可用的声-热黏性声学边界 耦合的边界对版本，适用于为含非共形网格的装配建模。

新的“热黏性声-热扰动边界”多物理场耦合

新版本新增了热黏性声-热扰动边界 多物理场耦合，可将流体中的声学温度变化与固体中的温度波动相耦合，实现热黏性声学，频域 接口或热黏性声学，瞬态 接口与固体传热 接口之间的相互作用。新增的耦合对于热声发动机和热泵的高级声学仿真非常有用，您可以在更新的热声发动机和热泵教学案例中查看此功能的应用演示。

“声学 FEM–BEM 边界”多物理场耦合的内部阻抗

在新版本中，使用声学 FEM-BEM 边界多物理场耦合将基于有限元法 (FEM) 和边界元法 (BEM) 的压力声学模型进行耦合时，可以在两个域之间添加阻抗子特征，扩展了混合 FEM-BEM 建模策略的使用范围，对大型声学问题非常有用。

“声-结构边界”多物理场耦合的“热黏性边界层阻抗”

在新版本中，使用声-结构边界多物理场耦合将振动结构耦合到声学域时，可以在多物理场耦合中添加热黏性边界层阻抗子特征，简化了大型振动声学模型的设置，其中热黏性损耗已纳入热黏性边界层阻抗的均匀边界条件公式中。此功能对于加快某些形状优化问题的处理速度或更快地进行近似仿真也非常重要。您可以在压电 MEMS 扬声器教学案例中查看这一更新功能的应用演示。

用于声-结构边界多物理场耦合的新热黏性边界层阻抗特征。

“射线声学”接口中新增“接收器”特征

射线声学接口中新增的基于物理场的接收器 特征极大地提高了分析脉冲响应的性能。在设置物理场时，可以使用此特征定义几何中接收器球体的边界。在仿真过程中，接收器会收集有关相交射线的信息（到达时间和功率），这些信息将在结果分析中用于计算脉冲响应。室内乐厅模型的综合计算和结果分析时间（计算脉冲响应、绘制射线轨迹等）已从 18 小时（使用 6.1 版本）缩短至 2 小时（使用 6.2 版本）。分析 10 个脉冲响应的时间从 16 小时缩短至 30 分钟（2 个声源和 5 个接收器，共 10 对，使用 46,000 条射线，18 个频段，分辨率为 1/3 倍频程）。

“室内乐厅”教学案例的接收器特征设置。

射线声学接口中新增“基于压力场释放”特征

射线声学接口中新增的基于压力场释放 特征用于创建真实的声源。首先使用压力声学，频域 接口从基于波（近场）的仿真中提取真实声源信息，这意味着，可以取代射线追踪的经典点源近似。近场声源的一个示例是放置在汽车仪表板上的扬声器可能会导致局部反射和衍射，如新的汽车车厢声学：混合 FEM-射线源耦合教学案例中所示。在这种情况下，射线追踪无法捕捉波现象，但使用局部压力声学模型可以捕捉这些现象。通过基于压力场释放 特征可以释放射线，其大小和方向由压力声学模型中的强度场决定。

新的基于压力场释放特征从表面释放射线，其大小和方向由已求解的压力声学模型的强度矢量给出。

导入 WAV 音频文件

在新版本中，WAV 音频文件 (.wav) 可作为插值函数导入，这对于声学领域的许多应用非常有用，比如在比较仿真和测量数据时，或者导入源信号进行瞬态分析时。您可以在更新的小型音乐厅声学分析教学案例中查看这一新功能的应用演示。

作为脉冲响应图源的函数

新增一个函数选项作为脉冲响应 图的数据源（不再仅限于接收器数据集），这意味着脉冲响应 图可用于分析用户定义的脉冲响应数据，例如基于 WAV 音频文件导入的数据。通过此功能，可以分析测量数据以及通过低频波和高频射线串联仿真获得的数据。您可以在小型音乐厅声学分析教学案例中查看这一新增功能的应用演示。

脉冲响应图新增了源选项，可用于分析导入的信号或非射线声学仿真中获取的信号。

倍频带图更新

现在可以使用倍频带 图来分析基于瞬态仿真的结果。在分析之前，需要先将瞬态数据转换为频域数据。倍频带图还新增了一般（非 dB） 输入类型，可用于分析声学中的吸声数据或振动速度数据，以绘制结构振动模型中的频率响应函数 (FRF)。

在二维轴对称模型中使用外场算子进行基于梯度的优化

在压力声学，频域 接口中使用专用的优化外场 Lp_pext_opt 算子时，二维轴对称模型现在支持基于梯度的优化（形状或拓扑优化）。外场算子的优化版本与现有的三维算子类似，其灵敏度可以通过解析方式计算得出。例如，高音罩和波导的形状优化教学案例已更新为使用新算子；因此，声学域可以大大缩小，模型运行速度也提高了 50%。

使用新的 Lp_pext_opt 算子对高音罩和波导进行形状优化。

声流中的一阶材料贡献

声流多物理场耦合中新增一个选项，用于分析一阶材料的黏度依赖性。在由两个共振组合产生旋转声波的旋转流中，这种效应通常非常重要。

声流中的拉格朗日稳态速度变量

新版本新增了预定义变量，用于定义在声流仿真计算流体中颗粒的轨迹时需要用到的拉格朗日稳态速度。该变量已在用户界面中声明，可以在流体流动颗粒跟踪 等物理场接口中轻松将其选为黏性曳力的输入量。

微通道横截面中基于预定义变量的拉格朗日流速。

新的“自适应频率扫描”研究

压力声学，频域 接口新增了一个频域研究类型自适应频率扫描，有助于采用渐近波形估计 (AWE) 方法高效执行密集频率扫描，其中需要输入一个度量来跟踪建模系统的声学响应。您可以在使用各种频域求解器分析亥姆霍兹共振器教学案例中查看这个新研究类型的应用演示。

振动声学模型的频率模态

现在，您可以使用模态求解器对振动声学多物理场模型进行分析，这是因为现在可以在执行特征频率分析时同时计算左右特征矢量。您可以在使用“频域，模态”求解器求解声-结构相互作用教学案例中查看此功能的应用演示。

使用频域，模态求解器求解振动声学（声-结构相互作用）问题。

BEM 声学模型的性能改进

新版本引入了多项重要改进，适用于采用边界元法 (BEM) 通过压力声学，边界元 接口求解声学模型。

对复值波数（带流体衰减的模型）的 BEM 内核评估进行了优化。例如，在潜艇目标强度模型中生成辐射方向图 的速度提高了 25%。具体增速取决于模型大小和硬件。

在集群上运行 BEM 模型的负载和内存平衡也得到了显著改善。例如，在 6.2 版本中，在集群的 6 个节点上以 6 kHz 的频率求解潜艇目标强度模型的速度比上一个版本快 7.5 倍，现在只需 55 分钟，之前需要 7 小时 30 分钟。峰值内存和内存平衡也得到了极大改善，大幅提高了求解大型声学问题的速度。具体增速取决于问题和硬件。

改进后的求解器还可以在非集群配置（普通工作站）中使用稳定 BEM 方法求解模型。例如，潜艇目标强度模型现在只需 16 分钟即可求解完成，而 6.1 版本中需要 25 分钟（以 1.5 kHz 求解）。具体增速取决于问题和硬件。经典（非稳定）BEM 问题也有小幅提速。

可以启用新的正交选项来改进对薄间隙的处理。如果用边界元法求解通过薄波导的声辐射，这会很有用。

在 6 kHz 下求解的“潜艇目标强度”教学案例，图片显示的是潜艇表面的总压，这是一个具有 250 万个自由度的 BEM 模型，潜艇长度相当于 250 个波长。

其他增强功能和改进

改进了使用热黏性声学、线性纳维-斯托克斯方程和线性欧拉方程接口进行二维轴对称建模时对称轴的处理方法，考虑方位角模数（m = 0、m = 1 和 m > 1）的情况下尤其实用

在热黏性声学，频域 接口中处理圆形端口的对称性时不会发出警告

热黏性声学和线性纳维-斯托克斯方程接口中总场、背景场和散射场的强度变量

在热黏性声学和压力声学的集总扬声器边界 条件中为后腔体添加了无修正选项

在压力声学，基尔霍夫-亥姆霍兹 接口中新增了自动将固体速度选取为源的选项

现在可以使用固体力学 接口求解的弹性波问题中的端口正确处理非正交高阶模

热黏性声学、线性纳维-斯托克斯方程和线性欧拉方程接口的源项现已包含面外贡献

新的和更新的教学案例

COMSOL Multiphysics® 6.2 版本的“声学模块”引入了多个新的和更新的教学案例。

基于波的时域室内声学（具有频率相关阻抗）

基于波的房间声学分析，其中考虑了时域中频率相关的阻抗条件。通过 部分分式拟合函数和时域中的新 阻抗边界条件分析壁阻抗数据。

带滑移壁的 MEMS 麦克风

在频域内求解的 MEMS 麦克风，其中考虑了直流预应力效应。模型中采用了新的 滑移壁边界条件来分析对微穿孔板 (MPP) 的声学响应和挤压流非常重要的高克努森数的影响。

板状试样无损检测时产生的兰姆波

分析有限宽度和厚度钢板的无损检测 (NDT) 装置。角钢梁楔块在板上激发所需的表面模式，用于检测缺陷。

微孔板在滑移流状态下的黏滞阻尼

MPP 模型输入阻抗的声学分析。该模型表明了 滑移壁边界条件的重要性，并确定了 MPP 的最佳孔尺寸。

汽车车厢声学 - 频域分析

模型分析了汽车车厢内音响系统的低频至中频范围性能，计算了麦克风阵列位置的频率响应和低频模态特性。

受阻活塞辐射

经典受阻活塞辐射问题的验证模型，其中将仿真结果与解析解进行了比较。

扬声器驱动器三维模型 - 频域分析

扬声器振动电声三维多物理场模型的全频域分析。

气泡在表面张力作用下的特征模态

对水中微气泡的特征模态和特征频率进行了建模分析，并与解析解进行了比较。

弹性波的散射场公式

冲击空腔、刚性夹杂物和弹性夹杂物的 P 波和 S 波。

极性材料弹性斗篷

点载荷产生的自由场与隐形障碍物周围场的比较图。

热声发动机和热泵

热声热机和热泵换热器中的声速和温度波动。

油箱振动

该模型对未装满的油箱的振动特性进行了全面的多物理场分析，并将结果与精确度较低的附加质量方法进行了比较。

锥形孔的非线性转移阻抗

锥形孔中的涡旋脱落引起局部非线性声损耗。模型分析了系统的转移阻抗，并将结果与文献结果进行了比较。

4.3 型耳朵模拟器

P.57 4.3 型全频带耳朵模拟器模型，其中包含耳道的几何形状以及根据 ITU-T P.57 标准定义的耳廓，对系统的声学响应进行了分析和验证。

横向各向同性多孔层

该案例研究玻璃棉多孔层的声学属性。多孔材料具有横向各向同性，通过全各向异性多孔弹性材料模型进行建模。

燃烧火焰验证

“燃烧火焰验证”教学案例中的声驻波模式，演示了如何使用新的 火焰模型特征对声场与火焰释放的热量之间的相互作用进行建模。

小型音乐厅声学分析

“小型音乐厅”教学案例已更新，新增了接收器特征，其中还演示了音频 WAV 文件的导入。

室内乐厅

“室内乐厅”教学案例已更新，现在可以使用新的 接收器特征更有效地分析脉冲响应。

流管

使用新的端口边界条件对涡轮喷气发动机流管模型进行声模态声传输分析。

轴对称电容麦克风

“轴对称电容麦克风”模型已更新，现在可以使用更真实的几何形状，并且添加了电容研究。

喇叭形状优化

简单喇叭形状优化模型，Lppextopt 算子现已支持轴对称模型，因此该模型得到了简化。

高音罩和波导的形状优化

模型中采用形状优化使声学高音扬声器在频率和角度方面产生均匀响应。Lppextopt 算子现已支持轴对称模型，因此该模型得到了简化。

聚焦超声束诱导的声流

声流是由声波引起的定常流，可用于工业生物医学和工程应用领域。例如，增强对流传热、超声波清洗、局部微混合、血细胞溶血、微泵等。

声流体阱中的光-声泳效应

光-声泳是描述声场和光场之间相互作用的术语。在大多数情况下（包括此模型中的情况），光场会对材料产生加热作用，从而影响声场。

带偏流的玻璃毛细管中的声阱

“带偏流的玻璃毛细管中的声阱”三维模型，其中包含声流和偏流产生的曳力，以及小颗粒上的辐射力。

智能扬声器的房间脉冲响应

该模型结合了压力声学和射线声学，对小型智能扬声器的房间脉冲响应进行全频段分析。射线追踪模型中的源特征描述基于换能器的完整多物理场模型，其中使用 基于压力场释放特征来设置换能器源。

智能手机微型扬声器和端口声学：线性和非线性分析

分析智能手机中的微型扬声器，包括与外部连接的声学端口中的辐射及其与该端口的相互作用。模型演示了线性频域分析和非线性时域分析。

窗户的声传输损耗

该模型以双层玻璃窗为例，提供了一种实用高效的方法，用于计算建筑构件中的声传输损耗 (STL)。

多层周期性弹性结构中的声学传输损耗

周期性多层系统的声压响应和结构变形。

使用“频域，模态”求解器求解声-结构相互作用

频域模型与频域解之间的响应比较图。