See How Modeling and Simulation Is Used Across Industries
Multiphysics modeling and simulation drives innovation across industries and academia — as is evidenced by the many uses showcased in the technical papers and posters presented by engineers, researchers, and scientists at the COMSOL Conference each year.
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干热岩致密且天然裂缝发育，能否有效激活天然裂缝、提高储层连通性是高效开发干热岩地热能的关键。流-固-热耦合作用下的裂缝剪切滑移机制是其关键科学问题之一。本文基于 COMSOL 多物理场计算平台，建立干热岩压裂裂缝剪切滑移模型，综合考虑热储层与注入流体换热、原地应力、缝内净压力、裂缝面摩擦系数等原位参数，得到了裂缝剪切滑移加速度与位移、速度与位移、位移与时间以及摩擦力与位移的变化规律。同时研究了材料属性、法向加载路径、切向载荷和摩擦系数等因素对极限滑移距离的影响规律。结果表明：裂缝极限滑动位移（极限滑动距离）受岩石弹性模量、裂缝面摩擦系数 ... Read More
高分子囊泡是一类由薄膜包裹液体而形成的“软粒子”，其在生物医药、化妆品以及食品等领域具有广泛的应用，是材料领域最富有意义的研究内容之一。与一般微纳米粒子相比，高分子囊泡在外场作用下极易发生形变，因而研究高分子囊泡在微流道中穿过受限孔洞的动力学行为对其在药物输运、细胞筛选、薄膜性能表征等应用领域具有重要的意义。 由于流体（高分子囊泡内部和外部流体）和固体（高分子囊泡膜）强烈地耦合在一起，再加上流体与膜边界的移动和变形，使得高分子囊泡实际的过孔图像十分复杂。本工作借助COMSOL Multiphysics流固耦合（FSIs）接口，运用任意拉格朗日-欧拉（ALE）算法 ... Read More
预制装配式综合管廊具有工期短、成本低、质量高及占地少等诸多优势，目前对复杂工况下预制管廊结构以及管节连接处的受力性能还缺乏深入分析。为研究装配式预制综合管廊结构及其连接特性，以北京市通州区某文化旅游区预制综合管廊为研究背景，结合装配式综合管廊工程的施工过程，采用COMSOL有限元分析软件建立三维数值模型。管节与管节之间采用平口通缝拼装形式，构件纵向使用弧形螺栓连接，借助软件内置的螺栓组件模拟管廊纵向连接。建立管节安装、回填、运营三种工况，对管廊混凝土结构和连接螺栓的变形和受力进行分析，并提出结构存在安全隐患的区域和可能存在的破坏模式。 Read More
Graphene nanowalls (GNWs) membrane exhibits a high response to deformation due to the interlaced graphene sheets. In this work, a contact-lens tonometer is developed using the graphene nanowalls (GNWs) as the sensing element for continuously intraocular pressure (IOP) monitoring. A gold ... Read More
反应堆内固有的多物理场环境使得核燃料的堆内行为演化十分复杂，除了传统的热、力学现象外，反应堆内中子辐照场对核燃料性能演化具有至关重要的作用，主要体现在：1）中子辐照将引起材料内部发生显著的微结构演化，这一方面将影响燃料及包壳材料的热物理性能，另一方面，材料微结构演化将引起特殊的宏观变形现象，例如辐照肿胀、辐照生长等；2）核素裂变产生的难溶性或易挥发性裂变产物在燃料基质内积累、扩散、聚集并最终释放进入气腔引起的裂变气体释放现象。为了准确预测反应堆内燃料元件的热、力及辐照性能演化，本文基于多物理场耦合分析平台COMSOL，搭建了棒状燃料热-力-辐照耦合性能分析工具 ... Read More
随着电子器件尺寸持续缩小接近物理极限，摩尔定律正面临巨大挑战，半导体制造业开始过渡到“超越摩尔”的三维集成时代。铜硅通孔是实现三维集成的关键技术之一，该技术通过铜硅通孔将多个芯片堆叠互连。然而，实际使用铜硅通孔互连芯片存在着可靠性问题，例如铜硅通孔的凸起。这个现象是由于铜与硅之间热膨胀系数的差异较大，因此在器件服役过程中会产生显著的热应力，造成铜硅通孔的凸起，严重地影响到器件的功能和完整性。为研究铜硅通孔凸起的机理，本文采用相场晶体法从原子尺度模拟重现硅通孔的凸起过程。在COMSOL Multiphysics基本模块中 ... Read More
LIMCA技术是一种原位测量高温液态金属中杂质颗粒的方法。测量的原理为：在一个小孔内外设置一对电极，并且通以电流，这样可以在孔口附近形成一个电敏感区，当杂质经过电敏感区时，通过测量电压脉冲信号以检测杂质的信息。对硬质颗粒的LIMCA技术已经有了许多研究，但实际情况下有些颗粒如气泡是可变形的，这将损害LIMCA的精度。 模型使用了 COMSOL Multiphysics® 中的“层流两相流-相场”和“电磁场”模式，气泡和液态铝以相同的初始速度向相同方向运动，同时在液态导电金属中通以电流。由于流体和气泡是运动的，流动会受到洛伦兹力的影响，所以在流场中加入由电磁场计算得到的 ... Read More
管道输送是油气能源长距离输送的重要途径。目前管道连接多采用焊接完成，焊接是一个复杂的非平衡物理化学过程，焊接接头各组成部分的成分、组织和性能都存在差异，同时还容易产生裂纹、气孔、夹杂和未熔合等焊接缺陷和较大的残余应力，使得焊接接头成为管道工程中的薄弱环节。在服役介质中，焊接接头存在宏观腐蚀电池与微观腐蚀电池耦合的多相电化学反应而引起局部腐蚀，可能导致整个构件失效，引发严重的安全事故，造成重大的经济损失甚至人身伤亡。利用 COMSOL Multiphysics® 多物理场仿真软件的腐蚀模块和二次电流分布接口对 X80 钢焊接接头在 CO2 饱和的 NACE ... Read More
锂离子电池在首次充电过程中，电解液会在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(SEI膜)，永久地消耗一部分来自正极的锂，造成首次充放循环的库仑效率偏低。通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的容量和能量密度。为了研究石墨等负极预锂化过程，本文利用COMSOL软件建立石墨阴极和锂金属阳极二维电化学瞬态模型，基于锂离子电化学反应动力学、物质传递与扩散等过程，研究石墨阴极不同位置锂离子的浓度分布情况，分析电流密度和温度对石墨预锂化的影响。结果表明电流密度越大，浓差极化越大，造成石墨不同位置的嵌锂浓度分布极不均匀 ... Read More
涂层高温超带材是一种典型的多层复合结构，带材中三层宽厚比极大的薄层（银层，超导层和缓冲层），在3D有限元分析中网格剖分数目大而且单元奇异性增大，进而导致计算量极大。为了有效解决由于涂层高温超导带中各层在3D有限元模型网格划分和计算上带来的困难，针对诸如轴向拉伸、弯曲、扭转等基本变形模式，本研究基于COMSOL Multiphysics® 5.4复合材料模块建立了涂层高温超导带高效数值计算模型。为了验证2D多层壳结构模型的计算精度和效率，同时基于固体力学模块构建了3D实体结构模型，并分别对于轴向拉伸、扭转变形下两模型的计算结果和计算效率进行了对比分析 ... Read More
