匯流排COMSOL仿真過(guò)程

匯流排COMSOL仿真(fǎnɡzhēn)過(guò)程精品資料目的通過(guò)COMSOL仿真，精確計(jì)算匯流排加熱了多少。如果已掌握基本多物理場(chǎng)現(xiàn)象，即可以深入研究熱膨脹屈服結(jié)構(gòu)應(yīng)力、匯流排應(yīng)變和空氣蒸汽的冷卻影響。模型簡(jiǎn)要分析(fēnxī)焦耳熱效應(yīng)可由電流守恒定律和能量守恒定律兩個(gè)方面來(lái)表現(xiàn)。在求解的過(guò)程中，這兩個(gè)守恒定律分別產(chǎn)生電場(chǎng)和溫度。除了螺栓接觸面外，所有的表面都是通過(guò)在匯流排周圍的空氣中自然冷卻的。我們可以假設(shè)暴露在空氣中的螺栓并不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的冷卻或加熱。在匯流排垂直側(cè)右上角處螺栓表面的電勢(shì)為20mV，水平側(cè)兩個(gè)螺栓表面的電勢(shì)為0V。這相當(dāng)于這種類型的匯流排的相當(dāng)高且潛在的不安全的負(fù)載。結(jié)合AC/DC模塊，電磁學(xué)分析(fēnxī)能更有利的給出邊界條件，如能給出邊界上的總電流。精品資料步驟：1.建立新模型模型向?qū)А贰愤x擇3D》》選擇物理場(chǎng)（熱傳導(dǎo)》電磁熱》焦耳熱）》選擇求解器（穩(wěn)態(tài)）（預(yù)制研究器里面包含(bāohán)了符合所選物理場(chǎng)的相關(guān)求解器和公式）2.設(shè)置全局定義參數(shù)設(shè)定：匯流排水平面長(zhǎng)度為L(zhǎng);鈦合金螺栓半徑rad_1;匯流排厚度tbb；設(shè)備寬度wbb；網(wǎng)格控制參數(shù)mh；自然冷卻傳熱系數(shù)htc；通過(guò)匯流排的電壓值Vtot.

精品資料3.建立幾何第一步：畫匯流排的輪廓①在組件1中選擇工作平面1，選擇XZ工作平面②設(shè)置坐標(biāo)軸:x軸范圍（-0.01,0.11），y軸范圍（-0.01,0.11）③設(shè)置格子大?。簒軸向0.005m，y軸向0.005m（相當(dāng)于每個(gè)小方格規(guī)格為5e-3*5e-3）④點(diǎn)擊更新按鍵，生成坐標(biāo)系⑤在組件1中，右擊幾何按鍵，畫出第一個(gè)長(zhǎng)方形（長(zhǎng)為L(zhǎng)+2*tbb,高為0.1）。長(zhǎng)方形左下角定點(diǎn)位置（0,0）。選擇創(chuàng)建選定(xuǎndìnɡ)按鈕進(jìn)行創(chuàng)建⑥在組件1中，右鍵幾何按鍵，畫出第二個(gè)長(zhǎng)方形（長(zhǎng)為L(zhǎng)+tbb,高為0.1-tbb）。長(zhǎng)方形左下角定點(diǎn)位置（0,tbb）。選擇創(chuàng)建選定(xuǎndìnɡ)按鈕進(jìn)行創(chuàng)建⑦（利用布爾差運(yùn)算把第二個(gè)長(zhǎng)方形從第一個(gè)長(zhǎng)方形中分離出來(lái))在組件1中，右擊面幾何按鈕選擇布爾和分離按鍵后選擇差集，在圖形框中選中長(zhǎng)方形r1.精品資料⑧在圖形框中選中長(zhǎng)方形r12,后選擇創(chuàng)建(chuàngjiàn)選定按鈕，就可以得到兩者分離后的L型圖形⑨在組件1下，右擊面幾何選擇圓角按鈕，將節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)6分別變成半徑為tbb和2*tbb的圓角。

第二步：拉伸工作平面，創(chuàng)造三維匯流排幾何體①右擊工作平面1，選擇拉伸按鈕，輸入距離為wbb，點(diǎn)擊創(chuàng)建(chuàngjiàn)選定按鈕進(jìn)行創(chuàng)建(chuàngjiàn)。②（接下來(lái)通過(guò)拉伸兩個(gè)平面中的兩個(gè)圓來(lái)創(chuàng)建(chuàngjiàn)鈦合金螺栓）精品資料右擊幾何1，選擇工作平面2，在設(shè)定欄中選擇面類型為面平行。③在圖形框中點(diǎn)擊平面8，將其加入設(shè)置里面(lǐmiàn)的平面欄中。④點(diǎn)擊顯示工作平面按鈕，將平面8單獨(dú)顯示出來(lái)，并將其放大，進(jìn)行畫圓，用來(lái)代替螺栓在匯流排中的位置。⑤在工作平面2中，右擊面幾何選擇圓按鈕，在設(shè)置窗口中將半徑輸入為rad_1,圓心位置設(shè)置為（0,0），選擇創(chuàng)建選定按鈕進(jìn)行創(chuàng)建。⑥右擊工作平面2選擇拉伸按鈕，在設(shè)置窗口中輸入拉伸距離為-2*tbb。點(diǎn)擊創(chuàng)建選定按鈕創(chuàng)建貫穿匯流排的圓柱狀鈦合金螺栓。⑦右擊幾何1選擇工作平面3，在設(shè)定欄中選擇面類型為面平行。在圖形框中點(diǎn)擊平面4，將其加入設(shè)置里面(lǐmiàn)的平面欄中。⑧點(diǎn)擊顯示工作平面按鈕，將平面4單獨(dú)顯示出來(lái)，并將其放大，進(jìn)行畫圓.⑨在工作平面3中，右擊面幾何選擇圓按鈕,在設(shè)置窗口中輸入半徑為rad_1，輸入圓心位置為（-L/2+1.5e-2,-wbb/4）,創(chuàng)建。精品資料⑩（復(fù)制第二個(gè)圓作為第三個(gè)圓）在工作平面(píngmiàn)3中右擊面幾何選擇復(fù)制按鈕。在圖形框中點(diǎn)擊圓c1將其計(jì)入復(fù)制設(shè)定欄中的輸入對(duì)象中，并設(shè)定位移為y方向距離wbb/2。點(diǎn)擊創(chuàng)建按鈕創(chuàng)建。

?右擊工作平面(píngmiàn)3選擇拉伸，在拉伸設(shè)置窗口輸入距離為-2*tbb。點(diǎn)擊全部構(gòu)建進(jìn)行構(gòu)建。精品資料4.材料設(shè)置將匯流排材料設(shè)置為銅，螺栓材料設(shè)置為鈦合金。①右擊組件1點(diǎn)擊材料按鈕，選擇增加材料，加入銅材料。②加入材料鈦合金。③因?yàn)殂~材料是第一個(gè)選擇的材料，所以匯流排所有表面都默認(rèn)為是銅材料，接下來(lái)要將螺栓的材料設(shè)置為鈦合金，而螺栓所在的這些面要覆蓋住之前(zhīqián)所做的設(shè)置。④點(diǎn)擊鈦合金按鈕，選擇所有除了域1之外的所有域，即可覆蓋域2、3、4、5、6、7中設(shè)置的銅材料，從而將螺栓設(shè)置成鈦合金材料。

精品資料5.物理場(chǎng)邊界條件設(shè)置這一步可以檢查所設(shè)置的物理場(chǎng)，同時(shí)給熱傳遞問(wèn)題和電流問(wèn)題設(shè)置邊界條件。接下來(lái)我們開始設(shè)置熱傳遞邊界條件：①右擊固體傳熱(chuánrè)按鈕選擇熱通量按鈕，在設(shè)置窗口中選擇所有邊界。假設(shè)螺栓不受周圍空氣的冷卻和傳熱(chuánrè)影響，接下來(lái)我們將這些邊界驅(qū)除開來(lái)。②除去邊界8,15,43。輸入傳熱(chuánrè)系數(shù)為htc。下面開始設(shè)置電流邊界：③右擊電流按鈕，選擇電勢(shì)按鈕。在設(shè)置窗口中選中域43，并將其電勢(shì)設(shè)置為Vtot接下來(lái)就是將匯流排水平面中剩余的兩個(gè)螺栓表面接地。④右擊電流按鈕，選擇接地按鈕。在設(shè)置窗口中選中域8和15，將其接地。精品資料6.網(wǎng)格設(shè)置①點(diǎn)擊網(wǎng)格按鈕，在設(shè)置窗口中選擇用戶控制網(wǎng)格類型。②點(diǎn)擊尺寸按鈕，在設(shè)置窗口中選擇定制選項(xiàng)，設(shè)置最大單元(dānyuán)尺寸為mh，最小單元(dānyuán)尺寸為mh-mh/3，用來(lái)控制網(wǎng)格的大小。設(shè)置曲率因子為0.2，曲率因子用來(lái)控制圓弧邊界單元(dānyuán)的數(shù)量曲率因子越小所設(shè)置的網(wǎng)格就越好。最大單元(dānyuán)生長(zhǎng)率決定了單元(dānyuán)從最小尺寸變?yōu)樽畲蟪叽绲目炻?dāng)它的值為1時(shí)，不發(fā)生變化。③點(diǎn)擊全部構(gòu)建按鈕，創(chuàng)建網(wǎng)格。精品資料7.研究右擊研究按鈕，選擇計(jì)算。8.結(jié)果通過(guò)計(jì)算得出三個(gè)圖，分別為：電勢(shì)多切片圖，表面溫度圖，溫度等值面圖。由表面溫度圖中可以看到，匯流排上溫度分布是關(guān)于介于水平面兩螺栓中間且貫穿垂直(chuízhí)平面的螺栓的垂直(chuízhí)鏡面對(duì)稱的。電勢(shì)多切片圖如上第3個(gè)圖，溫度等值面圖如上面第4個(gè)圖。接下來(lái)，我們來(lái)畫匯流排上表面電流密度分布圖：①右擊結(jié)果按鈕，選擇三維繪圖組4，點(diǎn)擊三維繪圖組4，選擇表面1按鈕。在表面設(shè)置窗口中輸入表達(dá)式ec.normJ（電流精品資料密度模），點(diǎn)擊繪圖按鍵進(jìn)行繪圖。②在表面設(shè)定窗口手動(dòng)調(diào)節(jié)顏色范圍。將最大值改為1e6。再次點(diǎn)擊繪圖按鍵進(jìn)行繪圖。結(jié)果顯示（1）電流在流經(jīng)匯流排90度角處時(shí)會(huì)選擇最短路徑。（2）螺栓外側(cè)的匯流排基本不用于傳導(dǎo)電流。（3）螺栓接觸(jiēchù)表面周圍電流密度最高。

精品資料熱膨脹影響的仿真過(guò)程：完成匯流排焦耳熱的仿真后，我們知道匯流排的溫度會(huì)有所升高。接下來(lái)我們討論由于熱膨脹而引起的結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們引入一個(gè)結(jié)構(gòu)力學(xué)物理場(chǎng)。具體步驟如下：1.建立結(jié)構(gòu)力學(xué)物理場(chǎng)①打開之前所建立的匯流排COMSOL文件，將文件重命名并另存為重命名文件。②右擊組件1，選擇增加物理場(chǎng)按鈕，后加入固體力學(xué)，再關(guān)閉選項(xiàng)框。下一步，增加熱膨脹作用(zuòyòng)的影響到我們所研究的物理場(chǎng)中。③右擊多物理場(chǎng)按鈕，選擇熱膨脹，加入熱膨脹物理場(chǎng)。在設(shè)置窗口中選擇所有域。這會(huì)使得熱膨脹可以同時(shí)發(fā)生在材料為銅的匯流排和材料為鈦合金的螺栓上。熱膨脹屬性中包含熱膨脹系數(shù)和應(yīng)變參考溫度兩個(gè)屬性。其中熱膨脹系數(shù)取決于材料。應(yīng)變參考溫度默認(rèn)為293.15K（室溫），且標(biāo)志著沒有熱膨精品資料時(shí)的溫度值。接下來(lái)我們?cè)O(shè)置約束條件。④右擊固體力學(xué)按鈕，選擇固定約束。點(diǎn)圖形框中旋轉(zhuǎn)匯流排點(diǎn)擊選擇域8,15,43將其加入到設(shè)置框中的選擇區(qū)域欄中現(xiàn)在我們?cè)谀Ｐ椭屑尤虢苟鸁嵋约盁崤蛎涀饔玫挠绊?。焦耳熱的影響是?dú)立于匯流排的壓力與應(yīng)變而言的，它假設(shè)產(chǎn)生的形變很小，且忽略電接觸壓力的影響。這也就是說(shuō)，你可以將溫度作為輸入進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析來(lái)運(yùn)行仿真軟件。換句話說(shuō)，這個(gè)擴(kuò)展的多物理場(chǎng)具有低耦合性。基于以上說(shuō)法，為解決(jiějué)此問(wèn)題我們可以將其分為兩步，一步用于解決(jiějué)焦耳熱問(wèn)題，第二步用于解決(jiějué)結(jié)構(gòu)分析。①右擊研究1，加入第二個(gè)穩(wěn)態(tài)求解器（步驟2：穩(wěn)態(tài)）②點(diǎn)擊步驟1：穩(wěn)態(tài)按鈕，在設(shè)定窗口中將固體力學(xué)后面的對(duì)號(hào)改成錯(cuò)號(hào)。③點(diǎn)擊步驟2：穩(wěn)態(tài)按鈕，在設(shè)定窗口中將電流和固體傳熱后面的對(duì)號(hào)改成錯(cuò)號(hào)精品資料這也就意味著我們將模型設(shè)置為先求焦耳熱，再進(jìn)行固體力學(xué)分析。④右擊研究1按鈕，選擇計(jì)算，即可以得到最后的計(jì)算結(jié)果。形成電勢(shì)多切片圖、溫度表面圖、溫度等直面圖。接下來(lái)我們?cè)黾右粋€(gè)位移(wèiyí)圖。①點(diǎn)擊結(jié)果按鈕，選擇三維繪圖組4，在三維繪圖組中選擇表面按鈕。在設(shè)置窗口中的表達(dá)式欄中輸入solid.disp（總位移(wèiyí)），并且將單位改成mm。這樣由于熱膨脹而產(chǎn)生的局部變形就在COMSOL的表面圖中顯示出來(lái)了。接下來(lái)我們把這個(gè)變形情況加入到匯流排中去。①右擊三維繪圖組4下的表面1，選擇變形按鈕，后點(diǎn)擊繪圖即可產(chǎn)生變形后匯流排的圖形。精品資料空氣冷卻影響的仿真過(guò)程：在分析完匯流排上的熱效應(yīng)以及可能產(chǎn)生的熱膨脹現(xiàn)象后，我們接下來(lái)我們可以探討讓空氣流通過(guò)匯流排表面時(shí)讓匯流排冷卻的方法。這個(gè)模型不需要添加新的模塊，但是需要引入之前對(duì)焦耳熱的分析（不包括之前的熱膨脹分析）。在焦耳熱模型中加入(jiārù)流體流動(dòng)可以形成一個(gè)新的多物理場(chǎng)耦合。為了模擬立體流動(dòng)的流域，我們需要在匯流排周圍創(chuàng)建一個(gè)空氣盒。我們首先引入幾何體，然后設(shè)定一個(gè)新的參數(shù)。①在案例庫(kù)中加入(jiārù)匯流排盒子模板，雙擊打開。②在全局定義中點(diǎn)擊參數(shù)按鈕，加入(jiārù)參數(shù)入口速度Vin,設(shè)定其值為1e-1[m/s]，描述為Inletvelocity。接下來(lái)我們加入(jiārù)空氣材料屬性。①右擊材料按鈕，選擇增加材料，在組件1中加入(jiārù)空氣材料。在空氣材料設(shè)置窗口中選擇域1，將盒子的材料設(shè)置為空氣屬性。精品資料

精品資料

精品資料①右擊層流按鈕選擇對(duì)稱，在對(duì)稱設(shè)置框中將域1、3、4、48加入選擇域中。為了更快得到結(jié)果，我們可以將網(wǎng)格設(shè)置得更輕，且讓它變粗?，F(xiàn)在幾何體的網(wǎng)格設(shè)置需要很長(zhǎng)時(shí)間才能得到結(jié)果，我們可以改善一下它。①點(diǎn)擊網(wǎng)格下面的尺寸按鈕，在設(shè)置窗口中將其設(shè)置為預(yù)定義（標(biāo)準(zhǔn)），點(diǎn)擊全部構(gòu)建，就可以得到相應(yīng)的網(wǎng)格幾何體。我們可以假設(shè)流速非?？欤珊雎缘袅饔?liúyù)里溫度的影響。依據(jù)這種假設(shè)，我們先要求解流速問(wèn)題，然后再利用求解出的流速問(wèn)題的解來(lái)求解溫度問(wèn)題。精品資料①右擊研究1按鈕，加入步驟2：穩(wěn)態(tài)2.②點(diǎn)擊步驟1，在修改(xiūgǎi