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中仿科技

September 19, 2012

COMSOL Multiphysics 非线性力学模块与结构力学模块

Version 4.3

技术部



COMSOL Multiphysics产品线



非线性 • 几何非线性 -- 有限旋转

-- 大变形

-- 变形依赖于负载

• 材料非线性 -- 弹塑性（金属或土壤）

-- 超弹性（橡胶或其它弹性体）

-- 蠕变和粘弹性

• 接触（边界非线性） -- 包括摩擦

st

s

e



非线性力学模块

• 依托于结构力学模块或MEMS模块，扩展了非线性材料本构

• 超弹性，弹塑性，粘弹性，蠕变

• 大应变弹性变形



非线性力学模块 • 超弹性材料

– Arruda-Boyce,

– Money-Rivlin:2,5,9个参数

– Murnaghan,

– Neo-Hookean,

– Ogden,

– St Venant-Kirchhoff

– 用户自定义




• 弹塑性材料 – 大应变塑性, 适用弹性和超弹性材料

– 希尔正交各向异性塑性

– Tresca 和von Mises 屈服准则

– 用户自定义的塑性流动法则

– 各向同性硬化，动态硬化和完全

（理想）塑性硬化




• 蠕变材料模型 – Coble,

– Deviatoric,

– Garofalo,

– Nabarro-Herring,

– Norton,

– Norton-Bailey,

– Potential,

– Volumetric,

– Weertman

– 用户自定义




• 粘弹性材料模型

- Anand



新增案例

• 更多新案例及改进案例

4.2a



结构力学模块中的新功能

• 针对力学接触和高非线性模拟的全新非线性求解器

• 载荷组功能为多步模拟提供了便利 • 膜应用模式 • 全新的圆形和广义Floquet边界条件 • 壳应用模式中的刚性接触 • 桁架应用模式的线性屈服和预应力频率响应求解类型

• 针对时域的低反射边界条件 • 更多…



接触的改进

• Double dogleg求解器现在是接触问题的默认求解器

• 能够减少求解时调整的次数



接触的改进 • 新变量：接触对新增全局变量--最大接触压力和最小间隙距离，可以作为探针的变量。

• 自动的摩擦接触容差提供了一个新值（=h/5）

现在是基于网格的大小，之前是基于模型的大小



载荷组 • 在Global Definitions中定义组

• 通过载荷组和约束组来进行负载的分配



载荷组

• 在求解器设置中，选择载荷组与约束组，设定载荷所占权重

• 注意：（目前）只适用于稳态求解



膜应用模式

• 膜是“3D的平面应力”或“没

有弯曲刚度的壳”

• 如果单独使用膜，为了避免奇异，需使用预应力

• 应用：预应力膜，固体表面熔化，“气球”

• 3D和2D轴对称

• 强制几何非线性

• 求解类型



膜应用模式

• 功能：



周期性边界条件

• 新的周期边界条件

- 动态圆形对称和Floquet周期边界条件，适用于固体力学，弹性波和多孔介质弹性波，压电，以及声学应用模式。



壳体刚性接触

• 同固体力学(除去刚性域条件)中的刚性接触一致

• 刚性接触可以在固体力学和壳体之间使用



桁架结构线性屈服

• 桁架应用模式可以进行线性屈服求解

• 如果预料到在某处后发生屈服，那么“Straight edge constraint”条件就必须要移除



低反射边界

低反射边界



高斯点应力

• 高斯点几乎可以显示结构力学中的所有应力结果

• 在后处理中，作为单独的一组所显示

• 如果是塑性或蠕变的研究中，solid.misesGp是默认显示的绘图组。



高斯点应力

• 热致蠕变模型的最后时间步对比：

4.2a (6420 dof, 22s)

4.3 (2184 dof, 8s)



应变能与动能 • 应变能和动能适用于结构力学所有应用模式

• 场分布+全局变量



几何非线性设定

• 壳/板和桁架现在同固体力学一致，几何非线性是由求解设定中的“包含几何非线性”勾选框来控制的

• 在线弹性材料中，几何非线性可以被“强制线性应变”所覆盖



壳体曲率

• 壳体曲率数据现在可以作为变量来使用

• 可以用于修改深冲板的材料，厚度或初始应力



弹性材料颈缩现象模拟

COMSOL Multiphysics案例操作演示



材料模型

• 塑性响应遵循非线性各向同性硬化模型，其屈服应力表示如下：



仿真结果

端部位移6mm时的有效塑性应变端部位移与颈缩半径曲线


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