بهبود رابط غشایی در نسخه 5.0

رابط Membrane با انتشار COMSOL Multiphysics نسخه 5.0 دستخوش تغییرات زیادی شده است. این شامل یک منوی بازسازی‌شده، گره‌های ویژگی جدید، بهبود مدل Linear Elastic Material و پشتیبانی از مدل Hyperelastic Material است. شاید مدل غیرخطی مواد ساختاری بادکردن یک بادکنک لاستیکی کروی را به خاطر داشته باشید. ما اکنون آن را با استفاده از رابط Membrane بازسازی کرده ایم . در پست امروز وبلاگ درباره این تغییرات و مدل جدید صحبت خواهم کرد.

مدل مواد الاستیک خطی

برای شروع، می خواهم چندین تغییر را در مدل Linear Elastic Material رابط Membrane برجسته کنم .

اول از همه، نسخه قبلی رابط همیشه غیرخطی هندسی را فرض می کرد. نسخه جدید به تنظیمات “شامل غیرخطی هندسی” در تنظیمات مرحله مطالعه مانند رابط مکانیک جامد گوش می دهد . نسخه خطی هندسی غشا را می توان زمانی که به عنوان روکش روی یک سطح جامد عمل می کند استفاده کرد. اگر غشا به خودی خود و نه به عنوان روکش استفاده شود، مانند قبل، پیش تنیدگی کششی برای جلوگیری از تکینگی ضروری است. زیرا غشا بدون تنش یا با تنش فشاری سفتی عرضی ندارد. برای گنجاندن اثر پیش تنیدگی، باید غیرخطی بودن هندسی را برای مرحله مطالعه فعال کنید.

به روز رسانی دیگر این است که مواد الاستیک خطی اکنون می توانند ارتوتروپ یا ناهمسانگرد نیز باشند. این بر تنظیمات زیرگره Damping نیز تأثیر می‌گذارد، جایی که عوامل تلفات غیر همسانگرد اکنون مجاز هستند.

همچنین ممکن است متوجه شوید که ما یک ویژگی Hygroscopic Swelling را به عنوان یک گره فرعی به گره Linear Elastic Material اضافه کرده ایم. (ما در یک پست وبلاگ قبلی اثر تورم هیگروسکوپیک را توضیح دادیم. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این اثر، آن را بررسی کنید.)

مدل مواد فوق الاستیک

همه شما که از ماژول مواد سازه‌ای غیر خطی استفاده می‌کنید، اکنون می‌توانید از رابط غشایی برای مدل‌سازی ساختارهای هایپرالاستیک نازک با افزودن یک گره مواد Hyperelastic استفاده کنید. به منظور نشان دادن مدل Hyperelastic Material با استفاده از رابط غشایی ، نمونه کتابخانه مدل Inflation of a Spherical Rubber Bloon را بازسازی کرده ایم.

نکته: با ورود به حساب COMSOL Access خود می توانید نسخه جدید مدل را در گالری مدل دانلود کنید.

رابط غشایی بر اساس فرض تنش صفحه کار می کند، و فرض بر این است که هیچ تغییری در ضخامت بالون وجود ندارد. همچنین به دلیل عدم وجود سفتی خمشی در غشا، برای حل مدل نیاز به پیش تنیدگی دارد. برای این منظور مطالعه جداگانه ای قبل از تورم بادکنک در مطالعات بعدی انجام شده است. نتایج حاصل از این تحلیل به عنوان مقادیر اولیه برای بقیه تحلیل‌های تورم استفاده می‌شود. جدا از این دو تغییر، مدل مشابه نسخه قبلی Solid Mechanics است.

مزیت نسخه Membrane این است که از نظر محاسباتی کارآمدتر است. چرا اینطور است؟ زیرا رابط Membrane روی یک نهاد هندسی پایین‌تر از رابط Solid Mechanics قرار دارد . نتایج بدست آمده از رابط غشایی با نتایج تحلیلی مطابقت دارد. نمودار زیر فشار تورم را به عنوان تابعی از کشش محیطی برای مدل های مختلف مواد فوق الاستیک در مقایسه با بیان تحلیلی برای مدل اوگدن نشان می دهد.

با افزایش فشار داخلی، بادکنک شروع به باد کردن می کند و ضخامت آن کاهش می یابد. از آنجایی که فشار روی سطح یکنواخت است، ضخامت در امتداد مقطع برای هر فشار باد معین یکسان است. نمودار بعدی تغییرات ضخامت تغییر شکل یافته با کشش اعمال شده را با بالون به دست آمده از رابط غشایی و رابط مکانیک جامد مقایسه می کند . ما می بینیم که نازک شدن بالون به طور دقیق توسط رابط Membrane ثبت می شود .

گره های ویژگی

ما چهار گره ویژگی جدید را به رابط Membrane اضافه کرده ایم .

آنها به شرح زیر است:

• سرعت تجویز شده – در سطح دامنه و مرز موجود است
• شتاب تجویز شده – در سطح دامنه و مرز موجود است
• تقارن و ضد تقارن – هر دو در سطوح مرزی موجود هستند

تغییرات کلی که بر رابط غشاء تأثیر می گذارد

علاوه بر پیشرفت‌های خاصی که به تازگی به آن‌ها پرداختم، چند تغییر کلی در رابط‌های مکانیک ساختاری ایجاد کرده‌ایم که بر رابط غشایی تأثیر می‌گذارند . متوجه خواهید شد که منوها برای تعدادی از رابط های مکانیک سازه بازسازی شده اند.

رابط های زیر اکنون دارای منوهای بازسازی شده هستند:

• مکانیک جامدات
• پوسته
• بشقاب
• غشاء
• پرتو
• خرپا

می توانید تصویری از ساختار منو برای رابط غشای متقارن محوری دوبعدی را در زیر مشاهده کنید:

در مورد ویژگی های بنیاد فنری، ما آنها را تعمیم داده ایم تا بتوانید روابط “نیروی فنر در مقابل جابجایی” و “نیروی میرایی در برابر سرعت” را به صورت ماتریس وارد کنید، نه به صورت جزء.

برای موارد متقارن محوری دو بعدی، یک نوع بار جدید به نام «بار نقطه (روی محور)» وجود دارد. با استفاده از این گزینه، اکنون امکان اعمال بار بر روی یک نقطه در یک محور تقارن وجود دارد.

برای موارد متقارن محوری دوبعدی، یک بار نقطه ای در واقع یک بار خطی (N/m) است زیرا یک نقطه نشان دهنده یک حلقه در تقارن محوری است. برای پیروی از قراردادهای نامگذاری بهتر، اکنون چنین باری در رابط مکانیک جامد و رابط غشایی “بار حلقه” نامیده می شود .

سازگاری به عقب برای نسخه های مدل قبلی

مدل هایی که با COMSOL Multiphysics نسخه 4.4 یا قبل از آن ساخته شده اند هنوز از رابط قدیمی Membrane استفاده می کنند و عملکرد جدید در دسترس نیست. برای استفاده از عملکرد جدید برای مدل‌های قدیمی، پیشنهاد می‌کنیم یک رابط Membrane جدید اضافه کنید و تمام گره‌ها را از رابط قبلی به رابط جدید کپی کنید.

مثل همیشه، در صورت داشتن هرگونه سوال با ما تماس بگیرید .