Atualizações do MEMS Module

Para usuários do MEMS Module, a versão 5.2a do COMSOL Multiphysics® traz interfaces atualizadas de piezoresistência, uma nova interface Magnetostriction para modelagem de sensores e ativadores, a capacidade de modelar aderência e desaderência, e muito mais. Veja abaixo mais detalhes das atualizações feitas no MEMS Module.

Nova Interface Magnetostriction

Uma nova interface Magnetostriction foi introduzida. Com essa funcionalidade, você pode modelar uma ampla gama de sensores e atuadores com base nos princípios de magnetostrição. Um efeito magnetostrictivo, o efeito Joule, descreve a mudança no comprimento devido a uma mudança no estado de magnetização do material. Este efeito é usado em transdutores em aplicações envolvendo sonares, dispositivos acústicos, sistemas de injeção de combustível, de controle de posição e de controle ativo de vibração. O efeito inverso é responsável pela mudança na magnetização devido à tensão mecânica no material. Esse efeito é conhecido como o efeito Villari e é útil para sensores.

Quando a interface Magnetostriction é adicionada a um modelo, são criadas as interfaces Solid Mechanics, Magnetic Fields e o acoplamento multifísico Magnetostriction, ou uma série de nós. Na interface Solid Mechanics, um novo modelo de material, Magnetostrictive Material, foi adicionada com três formulações distintas: Cristal cúbico não linear, não linear isotrópico e linear. Na interface Magnetic Fields, o novo recurso Ampère’s law, Magnetostrictive é usado ao se modelar um material magnetostrictivo.

OBSERVAÇÃO: Para modelar comportamento magnetostrictivo, o AC/DC Module é necessário, em conjunto com o Structural Mechanics Module, MEMS Module ou Acoustics Module.

Interfaces Físicas Piezoresistivity Promovidas à Acoplamentos Multifísicos

As três interfaces físicas dedicadas ao efeito piezoresistivo — a interface Piezoresistivity, Domain Currents, a interface Piezoresistivity, Boundary Currents e a interface Piezoresistivity, Shell — foram todas promovidas aos nós Multiphysics correspondentes. A exibição em forma de árvore do "Select Physics" no Model Wizard manteve a aparência. Os três acoplamentos multifísicos, com os mesmos nomes, permanecem no mesmo local, em Structural Mechanics Piezoresistivity.

Os novos acoplamentos multifísicos oferecem a flexibilidade necessária para habilitar/desabilitar a interface de cada física e/ou o acoplamento entre as físicas. Como o efeito de piezoresistividade é um acoplamento unidirecional, a partir da tensão mecânica para a condutividade elétrica, um novo nó Piezoresistive Material é adicionado, por padrão, sob o nó Electric Currents para cada caso.

Perturbação Harmônica para Velocidade e Aceleração Prescritas

Os recursos Prescribed Velocity e Prescribed Acceleration foram ampliados com um sub-nó Harmonic Perturbation. Essas condições de contorno podem ser usadas como uma restrição fixa em uma etapa de estudo estacionário, podendo então fornecer uma vibração harmônica em um estudo subsequente pré-tensionado no domínio da frequência. Essa nova funcionalidade está disponível na interface Solid Mechanics.

Modelagem de Adesão e Descoesão

Usando o novo sub-nó Adhesion sob o nó Contact, é possível analisar vários processos de manufatura que envolvem partes que aderem umas às outras ou são descoladas. Os contornos em contato aderem entre si quando determinados critérios são preenchidos. Os critérios podem incluir a pressão de contato, a distância de separação ou uma expressão arbitrária definida pelo usuário. Essa expressão pode, por exemplo, ser baseada na temperatura de um estudo de transferência de calor. Também é possível especificar as propriedades elásticas da camada adesiva virtual.

Dois contornos que são unidos por adesão podem se separar novamente se uma lei de descoesão é especificada. Também dentro do novo sub-nó Adhesion, como parte da sua janela de configurações, é possível selecionar Decohesion. Há três leis diferentes de descoesão que estão incluídas neste sub-nó: Linear, Polinomial e Multilinear. As leis de descoesão permitem uma combinação de modos de descoesão com propriedades independentes para as direções normal e tangencial, uma técnica que também é conhecida como modelo de zona de aderência (CZM, cohesive zone model).

Caminho da Biblioteca de Aplicações para um exemplo que mostra a modelagem de descoesão:

Structural_Mechanics_Module/Contact_and_Friction/cohesive_zone_debonding

Elementos Serendipity

Elementos do tipo Serendipity foram adicionados às interfaces Solid Mechanics e Membrane para complementar o tipo Lagrangiano. Para modelos com elementos predominantemente hexaédricos, o uso de elementos de serendipidade proporciona melhorias significativas de desempenho, execução mais rápida e menor uso de memória. O uso de elementos do tipo serendipity agora é padrão quando há adição de novas interfaces físicas.

Novos Métodos para Inserção de Dados de Expansão Térmica

Agora há três maneiras diferentes de inserir dados de expansão térmica dos materiais:

  • Como Secant coefficient of thermal expansion. Este é o método padrão e o único método disponível em versões anteriores.
  • Como Tangent ("termodinâmico") coefficient of thermal expansion.
  • Ao especificar, explicitamente, a Thermal strain (deformação térmica) como uma função da temperatura.

Ao selecionar a opção apropriada, você pode usar diferentes tipos de dados experimentais sem conversões. As novas opções estão disponível nas interfaces Solid Mechanics, Membrane e Truss.

A opção Secant coefficient of thermal expansion é usada para calcular uma mudança total na deformação quando a temperatura é alterada a partir de determinada temperatura de referência, . A opção Tangent coefficient of thermal expansion fornece informações sobre a sensibilidade da deformação térmica em relação à temperatura: . Na temperatura de referência, os dois valores coincidem.

Expansão Térmica de Restrições

Agora é possível ampliar as condições de restrição, tais como Fixed Constraint e a Prescribed Displacement, usando um sub-nó Thermal Expansion. Isso possibilita o alívio de tensões induzidas por restrições quando a estrutura circundante, idealizada pelas restrições, não é mantida em uma temperatura fixa. Da mesma forma, um sub-nó Thermal Expansion foi disponibilizado nos nós Rigid Connector e Attachment, permitindo a expansão térmica desses objetos, normalmente rígidos. Ao usar este recurso, você especifica o coeficiente de expansão térmica e a distribuição de temperatura do entorno não modelado da estrutura. As deformações térmicas causadas por esses fatores são integradas para a obtenção de um campo de deslocamento, que é adicionado à restrição.

Terminal de Domínio

Agora é possível usar o recurso Terminal das interfaces físicas Electric Currents e Electrostatics no nível de domínio. Isso é mais prático para eletrodos geometricamente complexos que exigiriam a seleção de um grande número de contornos usando um terminal no nível de contorno. Os valores desconhecidos do potencial elétrico dentro da seleção do terminal de domínio não são solucionados, mas sim substituídos por uma variável. Isso é útil ao modelar eletrodos com uma espessura finita que é definida pela geometria.