匯流排COMSOL仿真過程

匯流排COMSOL仿真(fǎnɡzhēn)過程精品資料目的通過COMSOL仿真，精確計算匯流排加熱了多少。如果已掌握基本多物理場現(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方面來表現(xiàn)。在求解的過程中，這兩個守恒定律分別產(chǎn)生電場和溫度。除了螺栓接觸面外，所有的表面都是通過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為20mV，水平側(cè)兩個螺栓表面的電勢為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（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：匯流排水平面長度為L;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)于每個小方格規(guī)格為5e-3*5e-3）④點擊更新按鍵，生成坐標(biāo)系⑤在組件1中，右擊幾何按鍵，畫出第一個長方形（長為L+2*tbb,高為0.1）。長方形左下角定點位置（0,0）。選擇創(chuàng)建選定(xuǎndìnɡ)按鈕進行創(chuàng)建⑥在組件1中，右鍵幾何按鍵，畫出第二個長方形（長為L+tbb,高為0.1-tbb）。長方形左下角定點位置（0,tbb）。選擇創(chuàng)建選定(xuǎndìnɡ)按鈕進行創(chuàng)建⑦（利用布爾差運算把第二個長方形從第一個長方形中分離出來)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，在圖形框中選中長方形r1.精品資料⑧在圖形框中選中長方形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3和節(jié)點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，點擊創(chuàng)建(chuàngjiàn)選定按鈕進行創(chuàng)建(chuàngjiàn)。②（接下來通過拉伸兩個平面中的兩個圓來創(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在圖形框中點擊平面8，將其加入設(shè)置里面(lǐmiàn)的平面欄中。④點擊顯示工作平面按鈕，將平面8單獨顯示出來，并將其放大，進行畫圓，用來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。在圖形框中點擊平面4，將其加入設(shè)置里面(lǐmiàn)的平面欄中。⑧點擊顯示工作平面按鈕，將平面4單獨顯示出來，并將其放大，進行畫圓.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)制第二個圓作為第三個圓）在工作平面(píngmiàn)3中右擊面幾何選擇復(fù)制按鈕。在圖形框中點擊圓c1將其計入復(fù)制設(shè)定欄中的輸入對象中，并設(shè)定位移為y方向距離wbb/2。點擊創(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。點擊全部構(gòu)建進行構(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因為銅材料是第一個選擇的材料，所以匯流排所有表面都默認為是銅材料，接下來要將螺栓的材料設(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.物理場邊界條件設(shè)置這一步可以檢查所設(shè)置的物理場，同時給熱傳遞問題和電流問題設(shè)置邊界條件。接下來我們開始設(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，接下來我們將這些邊界驅(qū)除開來。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，選擇電勢按鈕。在設(shè)置窗口中選中域43，并將其電勢設(shè)置為Vtot接下來就是將匯流排水平面中剩余的兩個螺栓表面接地。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點擊尺寸按鈕，在設(shè)置窗口中選擇定制選項，設(shè)置最大單元(dānyuán)尺寸為mh，最小單元(dānyuán)尺寸為mh-mh/3，用來控制網(wǎng)格的大小。設(shè)置曲率因子為0.2，曲率因子用來控制圓弧邊界單元(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，不發(fā)生變化。③點擊全部構(gòu)建按鈕，創(chuàng)建網(wǎng)格。精品資料7.研究右擊研究按鈕，選擇計算。8.結(jié)果通過計算得出三個圖，分別為：電勢多切片圖，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)鏡面對稱的。電勢多切片圖如上第3個圖，溫度等值面圖如上面第4個圖。接下來，我們來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)置窗口中輸入表達式ec.normJ（電流精品資料密度模），點擊繪圖按鍵進行繪圖。②在表面設(shè)定窗口手動調(diào)節(jié)顏色范圍。將最大值改為1e6。再次點擊繪圖按鍵進行繪圖。結(jié)果顯示（1）電流在流經(jīng)匯流排90度角處時會選擇最短路徑。（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程：完成匯流排焦耳熱的仿真后，我們知道匯流排的溫度會有所升高。接下來我們討論由于熱膨脹而引起的結(jié)構(gòu)力學(xué)問題。為解決這個問題，我們引入一個結(jié)構(gòu)力學(xué)物理場。具體步驟如下：1.建立結(jié)構(gòu)力學(xué)物理場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，選擇增加物理場按鈕，后加入固體力學(xué)，再關(guān)閉選項框。下一步，增加熱膨脹作用(zuòyòng)的影響到我們所研究的物理場中。③右擊多物理場按鈕，選擇熱膨脹，加入熱膨脹物理場。在設(shè)置窗口中選擇所有域。這會使得熱膨脹可以同時發(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)變參考溫度兩個屬性。其中熱膨脹系數(shù)取決于材料。應(yīng)變參考溫度默認為293.15K（室溫），且標(biāo)志著沒有熱膨精品資料時的溫度值。接下來我們設(shè)置約束條件。④右擊固體力學(xué)按鈕，選擇固定約束。點圖形框中旋轉(zhuǎn)匯流排點擊選擇域8,15,43將其加入到設(shè)置框中的選擇區(qū)域欄中現(xiàn)在我們在模型中加入焦耳熱以及熱膨脹作用的影響。焦耳熱的影響是獨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，你可以將溫度作為輸入進行結(jié)構(gòu)分析來運行仿真軟件。換句話說，這個擴展的多物理場具有低耦合性?；谝陨险f法，為解決(jiějué)此問題我們可以將其分為兩步，一步用于解決(jiějué)焦耳熱問題，第二步用于解決(jiějué)結(jié)構(gòu)分析。①右擊研究1，加入第二個穩(wěn)態(tài)求解器（步驟2：穩(wěn)態(tài)）②點擊步驟1：穩(wěn)態(tài)按鈕，在設(shè)定窗口中將固體力學(xué)后面的對號改成錯號。③點擊步驟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號改成錯號精品資料這也就意味著我們將模型設(shè)置為先求焦耳熱，再進行固體力學(xué)分析。④右擊研究1按鈕，選擇計算，即可以得到最后的計算結(jié)果。形成電勢多切片圖、溫度表面圖、溫度等直面圖。接下來我們增加一個位移(wèiyí)圖。①點擊結(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了。接下來我們把這個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，我們接下來我們可以探討讓空氣流通過匯流排表面時讓匯流排冷卻的方法。這個模型不需要添加新的模塊，但是需要引入之前對焦耳熱的分析（不包括之前的熱膨脹分析）。在焦耳熱模型中加入(jiārù)流體流動可以形成一個新的多物理場耦合。為了模擬立體流動的流域，我們需要在匯流排周圍創(chuàng)建一個空氣盒。我們首先引入幾何體，然后設(shè)定一個新的參數(shù)。①在案例庫中加入(jiārù)匯流排盒子模板，雙擊打開。②在全局定義中點擊參數(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稱，在對稱設(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)置需要很長時間才能得到結(jié)果，我們可以改善一下它。①點擊網(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），點擊全部構(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?？?，可忽略掉流域(liúyù)里溫度的影響。依據(jù)這種假設(shè)，我們先要求解流速問題，然后再利用求解出的流速問題的解來求解溫度問題。精品資料①右擊研究1按鈕，加入步驟2：穩(wěn)態(tài)2.②點擊步驟1，在修改(xiūgǎi