Technical Papers and Presentations

由于异种金属的热物理性能存在较大差异，在焊接过程中极易形成金属间化合物，这给两种材料的焊接造成了一定的困难。因此，针对钢/铝异种金属焊接存在的难点，建立了基于COMSOL软件的激光-TIG复合热源焊三维瞬态熔池数值分析模型。利用所建模型对不同焊接条件下的激光-TIG复合热源焊熔池形貌和温度场进行模拟计算，分别探讨了激光功率、电弧电流及焊接速度对复合焊焊接温度场的影响规律。 Read More

压电材料在受到机械应力时会产生电压，这种性质使压电材料在声波传感器领域具有广泛应用。湿度的测量和把控广泛地应用于粮食贮存、气象预报与加工以及国防建设等各个领域。当今社会对各种成本低、性能优异的湿度传感器的需求正在日益上升。石英晶体微天平（QCM）具有高灵敏度、无需物理接触、体积小、易于集成等特点，通过在石英晶体微天平表面覆盖一层能够响应水分子的材料，可以监测环境中的湿度。这种材料能够吸收和解吸水分，从而改变石英晶体的质量，进而影响其共振频率。通过检测这一频率的变化，我们可以准确获取周围的相对湿度。本研究利用有限元软件COMSOL的多物理场耦合功能 ... Read More

COMSOL在研究锂金属固态电池负极界面问题的应用 陈翯[1] 沈忠慧[1] [1] 清华大学，北京，中国 锂金属固态电池中，枝晶生长刺穿电解质导致电池短路是电池失效的重要因素之一。研究表明在Poly(vinylidene difluoride) (PVDF)-based固态电解质和锂负极界面会形成稳定非均一纳米界面层，起到高电流密度下自开路作用，从而避免过流引起的安全问题。 通过飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)，X射线光电子能谱分析（XPS），俄歇电子能谱（AES）确定出PVDF-LiFSI|Li界面层是由Li2CO3，LiF ... Read More

飞秒激光具有超短脉冲宽度、超高峰值功率的特点，飞秒激光与物质作用表现出的非线性和准热绝缘特性使其在微纳加工领域有着重要的应用。飞秒激光微纳加工中激光与物质突出的作用机制表现为光子-电子-声子的能量传输过程，其中的电子超快激发等动力学过程会对材料加工中微区能量传输、超快相变等瞬态过程产生重要影响，对飞秒激光微纳加工机理的研究具有非常重要的学术意义。本文介绍了采用COMSOL Multiphysics 的Heat Transfer模块对飞秒激光与多层金属膜作用的超快加热规律进行了数值仿真，对于多层金属膜，膜层分界面处声子温度具不连续的热边界条件，而整个膜系中电子温度处处连续 ... Read More

电力传送中经常遇到导线周围金属体连续分布的电荷的电场电势分布问题，其中线电荷的电场分布非常典型, 对于实际情况，当导体靠近导线，因物体形状的不同，其表面产生不同的电荷分布。 解决方案 1 实际情况是三维问题，而三维几何体表面电场分布很难推出解析解，分解成二维模型并验证其表面电荷分布，再通过 COMSOL Multiphysics® 建立三维模型进行仿真计算。 2 对于一般的有限元编程繁琐，计算量大，不可视化，在 COMSOL 中可以不用人工编程，通过绘图功能，可以绘出几何体表面电场线图，与解析解进行对比。 模型设计 1 二维模型中无限长导线用细长线代替 ... Read More

激光沉积是激光增材制造的一种，激光照射靶材表面，同时合金粉末同步送入工件表面，激光与粉末相互作用，并在基体表面形成金属熔池，随着热源和粉末流的相对移动，熔池快速冷却，形成沉积道。该快速熔凝过程复杂，涉及传热（热传导与热对流）、流动、相变、质量添加、多组分传质、自由表面移动等。 本算例使用了传热模块、流动模块和组分传输模块，研究激光增材制造过程中的高温金属熔池的温度场、速度场和浓度场。分析表面张力、重力、等对熔池形成的影响；引入液相分数描述固液糊状区，在动量方程和能量方程中添加源项建立固液混合区的控制方程；采用动网格技术（ALE）实现移动自由界面 ... Read More

　　金属锂因具有极高的理论比容量和最低的标准电极电势而成为最被寄予厚望的下一代锂二次电池（如锂硫、锂空电池等）负极材料。金属锂电池通常使用有机液态电解质，由于金属锂本征具有高化学活性，有机液态电解液会不可避免地与金属锂反应，形成脆弱的固液界面膜（SEI膜），在不可逆损耗电解液的同时也易引发并加剧金属锂枝晶的生长。因此，具有高离子导率的无机陶瓷材料（例如铝掺杂Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12, LLZTO）等固态电解质成为了金属锂负极研究领域的热点。锂离子在固态电解质中的输运行为会直接影响到金属锂负极的循环性能，借助COMSOL ... Read More

随着红外光电技术的发展，高响应性、超低暗电流和高响应速度已成为下一代红外光电探测器的重要因素。然而，为了获得高量子效率，吸收层的最小厚度被限制在大约一个或几个波长长度，这导致光生载流子的传输时间长。在这项工作中，我们提出了一种光子捕获结构，该结构利用金属的趋肤效应来产生横向传输模式，以增强红外光电探测器的吸收。本文讨论了InAs、InSb、InAs/GaSb 二类超晶格、InAs/InAsSb 二类超晶格和HgCdTe红外光电探测器光子捕获结构的光学性质。对光学性质的吸收和光电学性质的响应性进行了系统的数值研究。光学模拟表明，HgCdTe红外光电二极管在8.5 ~ ... Read More

利用惯性力学和电磁学，研究了一个金属小车沿着磁铁铺就的轨道做减速直线运动。其中，小车也可以看成是携带等量的磁铁剩磁，且沿着铁磁轨道减速运动。通过赋予小车一个初速度，例如100 m/s，然后再根据实际情况、赋予它一个特征密度，即小车有了一定的质量。当认为小车沿水平方向的轨道减速运动，忽略重力、空气阻力等其他一些影响因素时，小车将只受电磁的洛伦兹力的作用，而逐渐减速到零。 利用最新版的 COMSOL Multiphysics®，建模过程中，主要用到了“磁场和电场(mef)”和“全局常微分和微分代数方程(ge)”接口，涉及到的动力学和电磁学方程为 dv/dt=F/m ... Read More

本作品通过研究微波炉矩形金属璧的单向移动，实现腔体内电场分布的变化，从而达到调节作用腔体内各点的电场分布的目的。图表1为仿真几何模型示意图，除了腔体内部的小块土豆，其余的腔体材料均为理想导体铜，腔体内为标准大气压下的空气。图表1中300mm30mm350mm矩形块的设计是为了更便捷地计算移动后的网格。本次仿真沿x轴正方向向外移动2的外侧面金属壁来实现腔体的移动。端口激励源为TE10模、频率2.45GHz、功率700W、相位为0的微波。图表2为金属壁移动示意图，通过软件的移动网格接口实现移动金属壁的仿真。仿真结果良好 ... Read More