基于COMSOL 多物理場(chǎng)耦合仿真建模方法研究?

李淑君，王惠泉，趙文玉，孟文俊，文 豪

（1.山西三明重工機(jī)械制造有限公司，山西 晉中 030600；2.北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，北京 100007；3.太重集團(tuán) 礦山設(shè)備分公司，山西 太原 030024；4.太原科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024）

0 引言

目前，在工程實(shí)際中，很多多物理場(chǎng)耦合作用下的實(shí)驗(yàn)還不具備開(kāi)展條件，且無(wú)具體的理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)，必須采用數(shù)值仿真［1，2］的方法來(lái)研究和測(cè)評(píng)。因此，有必要建立一套仿真建模方法來(lái)進(jìn)行多物理場(chǎng)耦合分析。COMSOL Multiphysics具有高效的計(jì)算性能能力和獨(dú)特的多場(chǎng)全耦合分析能力，因此可以保證數(shù)值仿真的高度精確［3，4］。本文在相關(guān)理論研究的基礎(chǔ)上，提出基于COMSOL Multiphysics的聲振耦合、熱力耦合、熱聲耦合等的建模方法，并對(duì)軟件在耦合仿真中的前后處理著重進(jìn)行分析。

1 聲振耦合

1.1 聲振耦合仿真建模方法

在聲振耦合界面必須滿足兩個(gè)連續(xù)條件：聲壓連續(xù)、法向加速度連續(xù)［5］。在進(jìn)行聲振耦合仿真時(shí)必須考慮此邊界條件。

聲振耦合仿真建模方法如下：首先在COMSOL Multiphysics軟件中調(diào)用壓力聲學(xué)模塊和結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊；然后在壓力聲學(xué)模塊中加載邊界載荷法向加速度，調(diào)用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的參數(shù)，在結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊中加載邊界條件壓力，調(diào)用壓力聲學(xué)中的壓力參數(shù)。完成設(shè)置后，軟件即可根據(jù)其內(nèi)部算法在代表兩個(gè)物理場(chǎng)的模塊間互相迭代，直至求解結(jié)束。

1.2 應(yīng)用實(shí)例

為驗(yàn)證此方法的正確性，選取一個(gè)簡(jiǎn)單的算例應(yīng)用以上方法進(jìn)行聲振耦合仿真分析。將一個(gè)圓柱形的鋁塊置于水中，有一個(gè)平面波入射進(jìn)來(lái)，仿真計(jì)算平面波經(jīng)水入射到鋁柱外表面，然后鋁柱外表面反射，最終入射波與反射波疊加的過(guò)程。……