COMSOL Multiphysics総合カタログ rev.5 (バージョン5.3対応版)

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1 が提供する 有限要素法マルチフィジックス解析ソフト COMSOL 総合カタログ Version 5.3 計測エンジニアリングシステム株式会社

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3 本カタログについて このカタログは計測エンジニアリングシステム (KESCO) が提供する COMSOL MultiphysicsおよびCOMSOL Serverに関する総合カタログです 基本モジュールおよび各オプションモジュールを選択するために必要な機能概要 仕様 できるだけ多くの事例が紹介されています さらに詳細な製品情報やユーザー事例などをご希望の際は 下記までお気軽にお問い合わせください 問い合わせ先 社名 計測エンジニアリングシステム株式会社 住所 東京都千代田区内神田 井門内神田ビル 4F 電話番号 FAX 番号 地図

4 COMSOL Multiphysi 圧倒的無制限化学反応 圧倒的に多い対応フィジックス 完全連成 無制限の組合せによる完全連成が可能 化学反応との連成で さらに幅広い分野をカバー

5 cs は分野を選びません! 詳細は p.31~ II. オプションモジュール

6 COMSOL Multiphysics は 洗練された GUI を使ったモデル構築が可能です 設定した内容が全て 偏微分方程式として表現されます ブラックボックス化されることは一切ありません

7 方程式が見える! 書ける! 詳細は p.15 I. COMSOL Multiphysics さらに偏微分方程式から独自の物理モデルを構築! MATLAB アドオンから発展した COMSOL Multiphysics なので複雑なモデル構築にも対応できます 最新論文を即再現できる 多くの研究者に積極的に活用頂いています

8 COMSOL Multiphysic Windows 専用の Application Builder 機能を使えば誰にでも使いやすいカスタムアプリとして機能拡張できます メソッドエディターを使うことで Java でさらに柔軟な機能拡張が可能です COMSOL Server 導入でWebアプリとしてワールドワイド配信可能です

9 s は誰でも使いやすい アプリに拡張可能! 詳細は p.27 I-6 Application Builder

10 無料 東京名古屋大阪無料 COMSOL の各種セミナーを東京 名古屋 大阪で定期開催しています 専門コースを含め全て無料ですので ぜひご参加ください 入門コース COMSOL Multiphysicsの概要 基本的な使い方 単独フィジックス解析 複数フィジックス連成解析の基本的事項を習得を目的としています Application Builder ハンズオン Application Builder を使った基本 ~ 本格的なアプリの作成をハンズオン形式で実習します 充実したテキストも好評です 初級 中級コース 本格的な形状モデリング メッシュ作成 利用上での諸事項について解説いたします 特に中級では 効率的に精密なデータを得られる COMSOL 特有の手法をご紹介しております レッツトライコース 入門コースではカバーできなかった個別分野の解析モデリングの流れを簡単な例題で説明します 機能紹介を目的としていますので 入門コースレベルの基本操作内容を理解されていることが望ましいです ( 理論まで踏み込んだ内容を希望される方は 専門コースをご受講ください ) 専門コース 各専門分野コースの理論概要 解析概要 利用上のポイントの習得を目的としています COMSOLをお使いの方を主体としておりますので 基本的な操作説明は行っておりません これからご導入をご検討の方は 入門 初級 中級コースも併せてご検討ください 専門コースに限り 国内のサブスクリプションユーザー様のみ対象です 下記から最新セミナー情報をご確認ください!

11 トライアルライセンス 無料 有効期間 30 日間の無料トライアルライセンスを発行しております トライアルライセンスでは全機能を評価できますので お気軽にお申し込みください 30 日間無料 全モジュール付属 全サンプル付属 (700 種以上 ) 30 日間無料 50 以上の全サンプル付属 下記リンクからお気軽にお申し込みください!

12 マルチフィジックスソフトウェアプロダクトスイート COMSOL のソフトウェアを使うことにより どのような物理ベース電気 機械 流体 化学のアプリケーションに関するフィジックスベースのの系でもモデル化し シミュレーションすることが可能になります モジュールを追加することにより COMSOL Multiphysics のフィジックス COMSOL Multiphysics はグラフィカルユーザーインターフェース (GUI) インターフェースのコア部分が増強されます 追加するモジュール数および一連のフィジックスインターフェースを含みます フィジックスには制限がなく いくらでもシームレスに組み合わせることができ インターフェースは事前に定義されたユーザーインターフェースで チャレンジングなマルチフィジックスアプリケーションを取り扱うこと関連したモデリングツールが搭載されています プロダクトスイートが可能です COMSOL MultiphysicsにはApplication Builderが含まれての中のアドオン製品によってこのマルチフィジックスシミュレーションいます それを使えば ユーザーフレンドリーなインターフェースをプラットフォームを拡張すれば, 特定のアプリケーション分野における作成することができ あなたの組織全体で数学モデリングを共有するモデリングだけではなく サードパーティーソフトウェアとのインターことができます ApplicationBuilderを使ってどのようにしてよりよいフェースやその能力を活用することが可能になります アドオン製品製品を作成できるかを一緒に見てみましょう を実行するには COMSOL Multiphysicsが必要です

13 目次 マルチフィジックスソフトウェアプロダクトスイート 12 I. COMSOL Multiphysics 16 I-1 概要紹介 16 I-2 モジュール導入の目安 19 I-3 事例紹介 20 I-4 仕様表 CAD 仕様表 22 I-5 動作環境 25 I-6 Application Builder 27 I-7 ライセンス形態 30 II. オプションモジュール 31 II-1 電気 31 II-1-1 AC/DCモジュール 32 II-1-2 RFモジュール 35 II-1-3 波動光学モジュール 39 II-1-4 光線光学モジュール 42 II-1-5 プラズマモジュール 45 II-1-6 半導体モジュール 48 II-1-7 MEMSモジュール 52 II-2 構造 & 音響 57 II-2-1 構造力学モジュール 58 II-2-2 非線形構造材料モジュール 61 II-2-3 ジオメカニクスモジュール 64 II-2-4 疲労解析モジュール 66 II-2-5 マルチボディダイナミクスモジュール 68 II-2-6 ローターダイナミクスモジュール 72 II-2-7 音響モジュール 75 II-3 流体 & 熱 81 II-3-1 CFDモジュール 82 II-3-2 ミキサーモジュール 87 II-3-3 地下水流モジュール 90 II-3-4 パイプ流れモジュール 93 II-3-5 マイクロフルイディクスモジュール 96 II-3-6 分子流モジュール 100 II-3-7 伝熱モジュール 104 II-4 化学 107 II-4-1 化学反応工学モジュール 108 II-4-2 バッテリ & 燃料電池モジュール 112 II-4-3 電気めっきモジュール 116 II-4-4 腐食解析モジュール 120 II-4-5 電気化学モジュール 123 II-5 多目的 127 II-5-1 最適化モジュール 128 II-5-2 材料ライブラリー 131 II-5-3 粒子追跡モジュール 132 II-6 インターフェース 135 II-6-1 LiveLink for MATLAB 136 II-6-2 LiveLink for Excel 138 II-6-3 CADインポートモジュール 139 II-6-4 デザインモジュール 142 II-6-5 ECADインポートモジュール 144 II-6-6 LiveLink for SOLIDWORKS 146 II-6-7 LiveLink for Inventor 149 II-6-8 LiveLink for AutoCAD 152 II-6-9 LiveLink for Revit 155 II-6-10 LiveLink for PTC Creo Parametric 157 II-6-11 LiveLink for PTC Pro/ENGINEER 160 II-6-12 LiveLink for Solid Edge 163 II-6-13 File Import for CATIA V5 166 II-6-14 各モジュールの動作環境 167 III. COMSOL Server 169 III-1 概要紹介 170 III-2 動作環境 (COMSOL Server) 172 III-3 動作環境 (COMSOLアプリケーションの実行) 174 III-4 ライセンス形態 176 COMSOL, COMSOL Multiphysics, Capture the Concept, COMSOL Desktop, COMSOL Server, LiveLinkはCOMSOL ABの商標または登録商標です MATLABはThe MathWorks, Incの登録商標です Microsoft Excelおよび Windowsは アメリカおよびその他の国々のマイクロソフト社の登録商標です SolidWorksはDassault Systèmes SolidWorks Corpの登録商標です AutoCAD Inventor および Revitは アメリカおよびその他の国々におけるAutodesk, Inc. 子会社 系列会社のすべてまたはいずれかの登録商標です PTC Creo Parametricおよび Pro/ENGINEERはPTC 社または アメリカおよびその他の国々の子会社の登録商標です Solid Edgeは アメリカおよびその他の国々におけるSiemens Product Lifecycle Management Software Inc. またはその子会社の商標または登録商標です CATIAは ダッソー システムズ (DassaultSystèmes) もしくはダッソー システムズの子会社のアメリカおよびその他の国における登録商標です それ以外の全ての商標は それぞれの所有者の資産です

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15 I. COMSOL Multiphysics COMSOL Multiphysics I-1 概要紹介 I-2 モジュール導入の目安 I-3 事例紹介 I-4 仕様表 CAD 仕様表 I-5 動作環境 I-6 Application Builder I-7 ライセンス形態 15

16 COMSOL Multiphysics I. COMSOL Multiphysics I-1 概要紹介 特徴 プリ機能 ( ジオメトリ作成 材料物性定義 メッシュ作成 ) ソルバー機能 ポスト機能を全て備えた統統合シミュレーション環境 無制限 強連成 マルチフィジックス解析 また解析設定は全て偏微分方程式や常微分方程式として表現され 自由に閲閲覧 編集が可能 有限要素法をベースとして電磁界 構造 流体 化学反応など幅広い物理分野に対応したシミュレーションツール ( 一部に有限体積法 ビーム伝搬法 ) 支配方程式を元にユーザー定義 PDEを自在に構築可能 さらに既存物理との連成可能 全ライセンスで SMPによるマルチコア計算実行が可能 ( コア数無制限 ) FNLライセンスで DMPによるクラスター / クラウド計算が可能 また 1ライセンスで利用できるノード数は無制限 バッチジョブ実行が可能 Java ファイル出力 MATLAB m- ファイル出力が可能 Java 開発環境でシステム開発 MATLAB 連携が可能 GUI 概要 プリ ソルバー ポスト機能を全て備えた統合シミュレーション環境 形状作成 材料物性設定 物理インターフェース設定 PDEモデリング メッシュ生成 可視化を全て搭載 複雑な連成解析の設定も 分かりやすく作成 編集 計算実行が可能 ジオメトリ作成 CAD インポート メッシング 3Dジオメトリカーネルとして業界標準のParasolidを採用 四面体メッシュ 六面体メッシュ 境界層メッシュ スイープメッシュ Solid Worksと同一カーネルなので 基本パッケージのみで3Dジオメトリなど豊富なメッシュ法をツリー形式で使用可能 作成が可能 パーツライブラリーで複雑なパラメトリックパーツを再利用またALEやアダプティブメッシュなども簡単に利用できます 可能 更にデザインモジュールを導入することでフィレット 中立面作成などが利用でき 詳細な3Dモデリング可能 CADインポートモジュールなどによる各種主要 3D CADデータのインポートや 各種 LiveLink 製品による CADとの同期読込が可能 16 COMSOL Multiphysicsで対応ジオメトリ STLの入出力 VRML(v1) の入力 DXF(2Dのみ ) の出力メッシュ NASTRANメッシュの入出力 STLメッシュの入出力 VRML(v1) メッシュの入力 その他は別途 CADインポートなどが必要

17 材料物性変数設定ライブラリーから材料を選択することで 簡単に設定可能 全ての入力フィールドで従属変数や時間変数を用いた演算子利用 関数参照や異方性材料など自在にカスタマイズも可能です 数式 導関数などを自由に設定することが可能 関数として外部呼びまた材料ライブラリー導入で2500 種類以上の各物理の材料データ出しも自在に可能です が利用できます COMSOL Multiphysics ポスト処理 (1D 2D 3D レポート機能 ) グラフ表示 3D コンター図表示 グラフ形式 表形式での出力 3D 等値面図表示 極座標表示 3Dコンター 流線 アロー表示 レポート作成機能 (Microsoft Word / HTML 形式で詳細レポートが出力可能 ) 連成解析設定 アプリケーションライブラリー / ドキュメント / ヘルプ マルチフィジックスノードや各物理インターフェースで連成解析を設定 またソルバー設定により 細かなソルバー調整も可能 各モジュール毎に数十件のサンプルと詳細 PDF ドキュメントが同梱 各モジュール毎にユーザーガイドや理論 リファレンスが同梱 ( 英語表記のみ ) F1 キーを押すと編集中の操作に関するヘルプが即時表示されます ( 英語表記のみ ) 17

18 COMSOL Multiphysics 主な機能次元 方程式ベースモデリング 物理ベースモデリング 0D 1D 2D 3D 非線形偏微分方程式 (PDE) の一般的な二次 電流 系の各種テンプレート 静電学 スタディ 定常解析 時間依存 固有周波数解析 弱形式の偏微分方程式 代数方程式 常微分方程式 (ODE) 微分代数方程式 (DAE) 固体と液体における伝熱 ジュール加熱 層流 圧力音響 周波数依存解析 感度解析 ( アドオン最適化モジュールで利用 固体力学 パラメトリックスタディ 可能な最適化 ) 曲線座標計算 希釈種の輸送 その他のフィジックスインターフェースは ジオメトリモデリング ブロック コーン 円筒 球 楕円球 トーラス ソルバー アドオンモジュールで利用可能 パラメトリック曲線 パラメトリックサー 直接ソルバー : 結果 フェス 内挿曲線 押し出し 旋回 スイープ ブール論理和 論理積 論理差 パーティ MUMPS PARDISO SPOOLES 反復ソルバー : GMRES FGMRES BiCGSta 共役勾配 プリコンディショナベース 可視化 : 表面プロット 等値面 矢印断面プロット 流線 コンター ポストプロセス : ション CADインポート CADリペア プリコンディショナ : SOR Jacobi Vanka 非線形ソルバー : ガウス ニュートン ダブルレッグ法 完全 体積 表面 線分 点上の任意の量の積分 平均 最大 最小計算 フィールド変数その微分 空間座標 時間 複素量などを自由にカスタマイズ メッシュ化 自動 4 面体メッシュ スイープメッシュ ( プリズム要素 6 面体要素 ) 境界層メッシュ マップドメッシュ メッシュコピー操作 仮想ジオメトリ操作 連成 分離 時間依存ソルバー : 可変オーダ BDF 一般化アルファ ALE 移動メッシュ 移動メッシュのリメッシュ材料 インポート / エクスポート テキスト Excel 画像 ムービー NASTRAN メッシュ CADフォーマット CAD 入出力には要アドオン他の離散化スキーム 等方性材料 異方性材料 不連続ガラーキン法 有限要素 空間的に変化する材料 時間的に変化する 以下はアドオン製品にて使用可能 : 次数が1 2 3 以降のノードベースのアイソパラメトリックラグランジュ要素 次数が1 2 3のカール要素 ( 別名ベクトル要素 またはエッジ要素 アドオンモジュールが必要 ) を曲線サーフェスや曲線エッジに適合 Hermite and Argyrisなど 分野が特化した要素 対流優勢モデルの安定化スキーム : 材料 非線形材料特性 ( 任意の物理量を利用可能 ) 有限体積法 境界要素法 粒子追跡法アプリケーションビルダー (Windows 専用 ) 横風 ストリームライン 等方性拡散横風 ストリームライン 等方性拡散 18

19 I-2 モジュール導入の目安 COMSOL Multiphysicsの機能電磁気 光学系 電流解析の定常 時間依存解析のみ ( 周波数領域解析はAC/DCやRFなどが必要 ) 静電場の定常 時間依存解析のみ ( 周波数領域解析はAC/DCやRFなどが必要 ) 2Dの磁場解析のみ (3Dや周波数領域はAC/DCやRFなどが必要) 機械 構造系 固体と液体における伝熱 ( 輻射や共役伝熱などは 伝熱モジュールが必要 ) ジュール加熱 固体力学の応力 歪み 固有周波数解析のみ ( 接触などは 構造力学モジュールが必要 ) 圧力音響周波数領域のみ COMSOL Multiphysics 流体系 単相流の層流のみ ( 乱流や多相流は CFD モジュールが必要 ) 化学系 希釈種輸送 モジュール導入の目安 電気 AC/DCモジュール低周波の電場 磁場 電磁場解析など RFモジュールマイクロ波設計とRF 設計 波動光学モジュール光学的に大規模な構造における電磁波伝搬 光線光学モジュール光学的に大規模なシステムの光線追跡 プラズマモジュール低温 非平衡放電のモデル化 半導体モジュール基礎研究における半導体装置の詳細解析 MEMSモジュールマイクロエレクトロメカニカル (MEMS) シミュレーション 流体 & 熱 CFDモジュール乱流モデル 多相流解析 ミキサーモジュール流量とミキサー 撹拌槽反応器 回転機構のモデル化 地下水流モジュール地下水流に基づいた地球物理学的現象 パイプ流れモジュールパイプネットワークの輸送現象と音響特性をモデル化 マイクロフルイディクスモジュールマイクロ流体装置のマルチフィジックス解析 分子流モジュール真空装置の低圧気体流をモデル化 伝熱モジュール共役伝熱 輻射の考慮 熱流体解析 構造 & 音響系 構造力学モジュールバー / シェル / ビーム / 膜 要素 接触解析 座屈 大変形 非線形構造材料モジュール非線形材料モデルによる構造力学解析の補強 ジオメカニクスモジュール地質工学におけるジオメカニクス材料モデル 疲労解析モジュール歪みと応力ベース 高 低サイクル疲労解析 マルチボディダイナミクスモジュール剛体と柔軟体の集合解析 ローターダイナミクスモジュール回転機械の力学をモデリング 音響モジュール圧力音響過渡解析 振動解析 熱音響解析 音源の設定 遠方場計算 PMLの利用 化学 化学反応工学モジュール物質とエネルギーバランスと化学反応 バッテリー & 燃料電池モジュールバッテリーと燃料電池設計 電気めっきモジュール電気めっきプロセスの設計と制御 腐食解析モジュール電気化学の腐食過程と陰極保護設計 電気化学モジュール電気分析 電気分解 電気透析用途の設計 19

20 COMSOL Multiphysics I-3 事例紹介 事例紹介 (1/2) シリコンウェハーのレーザー加熱 伝熱過渡解析 マイクロミキサー - クラスター版 シリコンウェハーは レーザーによって時間これは軸対象の伝熱過渡解析のためのベンチこの事例は二つの並行した混合要素を持つをかけて加熱されます また ウェハー自体マークモデルです シミュレーションの開始 split-reshape-recombineの静的層流ミキサーはステージ上で回転しています レーザー時の0 から1000 まで境界の温度を変更を研究しています ミキサーは可動部品なしでからの入射熱流束は 表面上に分布した熱源します 解析から190 秒の温度をNAFEMSの層流により動作し 混合は拡散により得られとしてモデル化されています ウェハーの過渡ベンチマーク結果と比較します ます このモデルの目的は COMSOLデスクト熱応答を示します 加熱工程中のウェハーップから COMSOLでクラスターコンピューティ全体の温度変動 ピーク値 平均値 最低温度ング機能にアクセスする方法を実証し ジョブなどを計算します スケジューラでクラスターにバッチジョブを提供するために使用することです レンチの応力 / ひずみ構造解析 円柱周りの流れの時間依存 層流解析 マイクロミキサー この事例は 単純な静的構造解析を設定するこのモデルは長いシリンダー内の対向流にマイクロミキサーの開発は 有効性を検討方法を示します ボルトを締めているコンビ直角に配置した流路の非定常非圧縮性流れするだけでなく コストや加工の複雑さなどネーションレンチの例を示しています このを調査します 流れは中心からややずれてといった要因に取り組む必要があります 事例はCOMSOL Multiphysicsの優れた構造いて 定常状態での対称流動を不安定に解析を提供しており ボルトとレンチの構造解析を実行します します 周期的流れのパターンに必要なシミュレーション時間を予測することは困難です 鍵となる予測は シリンダー径に基づいたレイノルズ数です 低い値 以下では流れは安定しています レイノルズ数を 100 としたこのシミュレーションのカルマン渦流れは 未だ完全に乱流ではありません 二つの並行した混合要素を持つ split-reshaperecombine が三つある静的層流ミキサーを研究します ミキサーは可動部品なしで層流で動作し 混合は拡散により得られ 安価で製造が容易です 冷却ジャケット付き管状反応器 KdV 方程式とソリトン解 マイクロアクチュエーターのジュール加熱 - 分散パラメーター版 化学工学の研究用に 温度および組成で半径水の波のKorteweg-de Vries (KdV) 方程式熱マイクロアクチュエーターのモデルは 電流 および軸方向の変形を含む管状反応器をモデルを解きます 損失を取り込んでおらず 発熱 熱伝導 および構造応力と熱膨張によるモデル化しており 異なる動作条件での影響波の進行は一見すると永遠で バーガーズ歪みの連成シミュレーションが必要です このを調査できます プロセスは非等温の冷却方程式と対照的です ソリトンは 光ファイバーモデルの目的は COMSOLデスクトップからジャケット付き管状反応器を表し 一次反応を実用化するという主要なアプリケーション COMSOLでクラスターコンピューティング機能速度論を仮定したプロピレン グリコールをを持っています 具体的には非線形特性はにアクセスする方法を実証し ジョブスケジュー形成する酸化プロピレンと水の熱反応です 収束効果を与えながら ファイバーの線形分散ラーでクラスターにバッチジョブを提供する反応器は冷却ジャケットを含み アプリケー特性で波を平らにします 結果は非常に安定ために使用することです モデルはCOMSOL ションはエネルギーおよび物質収支で構成した長周期のパルスです この解は パルスの分散パラメーター機能を利用しています されます 反応の活性化エネルギー 熱伝導率速度振幅および幅を決定することを述べてモデルはまた このクラスター上で COMSOL および反応熱を変更して計算することができ います シミュレーションは この効果を説明の高速化を計測する方法を示しています 様々なシナリオを調査することができます しています 20

21 事例紹介 (2/2) PID コントローラーによるプロセス制御 室内音場の固有モード解析 自然対流 COMSOL Multiphysics このモデルは どのように流体モデルがプロコンサートホールを設計するときは 共振このモデルは ナビエ ストークス方程式と熱セス制御機構に結びつくかを示します 他のを考慮することが非常に重要です クリアで伝導方程式を結びつけ 自然対流の場を調べアプリケーションのパラメーターに応じて注目ニュートラルな音響のためには 固有振動ます 流体は 壁を加熱した正方形空洞内にしているアプリケーションのパラメーターを数がレジスタより均等に拡散する必要がありあります 浮力はナビエ ストークス方程式制御することが プロセス工学では重要なことます ホームステレオの所有者は リビングにブシネスク項を追加します 式は無次元化です ほとんどの制御機構は 壁や出口データルームの形状を変更することはでき 次のしているため 材料係数はレイリーおよびを使用して入り口のパラメーターを制御します 質問ははるかに意味があります : 最高の音響プラントル数を使用して設定されます 部品や装置からのデータによって入り口ののためにスピーカーをどこに置きますか? パラメトリックソルバーはレイリー数を増加パラメーターを制御すると より正確な制御が行えることになります 効果の説明に 対応する固有モードとともに 100 Hz 以下のすべての固有振動数を計算します 固有モードは それに対応する固有振動数の音響強度パターンを示します 固有モードの特性からスピーカーを置くべき場所についていくつかの結論を導き出すことができます させて 問題を解析します これは G. De Vahl Davis(1983) のベンチマーク問題で いくつかの異なる流体力学的流動コードを評価します 様々なメッシュ手法の手順 自動車マフラーの圧力音響周波数領域解析 音叉 COMSOL Multiphysics はそれぞれの面やモデルは内燃機関のマフラーの圧力波伝播音叉を叩くと 固有モードとしても知られていドメインに対して数回だけのクリックで容易をシミュレートしています 調和圧力波の伝播る共振モードの重ね合わせとして 数学的ににメッシュを張ることができるような インタの減衰解析に用いられる 一般的なアプローチ記述することができる複雑な運動パターンでラクティブなメッシング環境を提供します を使用しています モデルは周波数領域で振動します 各モードは特定の固有周波数に個々のメッシング操作はメッシングシーケンス解き Hzの周波数範囲において 関連付けられています 音叉は すべての固に追加されます 最終的なメッシュは メッシこのマフラーは効率的な減衰を実現できる有周波数の組み合わせにより作成された 特ングシーケンスですべての操作をビルドしたことを示しました 定の音色から特徴的な音を生成します 結果です この例は異なる要素タイプから成るメッシュを作成する方法を示します 表面メッシュからジオメトリへ : 椎骨の STL インポート このチュートリアルでは STL 形式で保存された表面メッシュからジオメトリをインポートおよび作成する方法を示します この手順では インポートした STL メッシュから孤立した面を削除する方法 ジオメトリのインポートパラメーターの使用方法 およびインポートしたジオメトリオブジェクトの内側と外側の両方でシミュレーション用のボリュームを作成する方法について詳しく説明します 21

22 COMSOL Multiphysics I-4 仕様表 CAD 仕様表 仕様表 (1/2) AC/DC - Physics Interfaces and Study Types - > Electric Currents with Current Conservation > Electrostatics with Charge Conservation Boundary Conditions - Contact Impedance Distributed Resistance Periodic Boundary Condition Sector Symmetry > Fundamental Magnetic Boundary Conditions > Fundamental Voltage and Current Boundary Conditions Edge and Point Conditions - Edge/Line and Point Currents and Charges Volumetric Domain Properties - 1D, 2D, Axisymmetric, and 3D Formulations Charge Conservation Space Charge Density > Current Conservation Constitutive Relations - Anisotropic Materials BH Curve Electric Conductivity Fundamental Constitutive Relations Linearized Resistivity Lorentz Velocity. 2D Magnetic Losses Magnetization Polarization Relative Permeability Relative Permittivity Remanent Displacement Remanent Flux Density Acoustics - Physics Interfaces and Study Types - Pressure Acoustics - > Pressure Acoustics, Frequency Domain Boundary Conditions - Acoustic-Structure Interaction - > Solid Mechanics Pressure Acoustics - Cylindrical Wave Radiation Interior Sound Hard Boundary Normal Acceleration Plane Wave Radiation Prescribed Pressure Sound Hard Boundary (Wall) Sound Soft Boundary Spherical Wave Radiation Symmetry > Periodic Condition Impedance (boundary impedance models) - User defined Edge and Point Conditions - Solid Edge and Point Fixed Constraint Solid Edge and Point Load Solid Edge and Point Prescribed Displacement Volumetric Domain Properties - 1D, 2D, 2D Axisymmetric, and 3D Formulations Initial Values Acoustic-Structure Interaction - > Linear Elastic Material Model > Solid Mechanics Pressure Acoustics - Monopole and Dipole Domain Source > Fluid Model Chemical - Physics Interfaces and Study Types - > Transport of Diluted Species Boundary Conditions - Axial Symmetry Concentration Continuity Flux Flux Discontinuity No Flux Outflow Periodic Condition Symmetry Thin Diffusion Barrier Thin Impermeable Barrier > Inflow Volumetric Domain Properties - 1D, 2D, Axisymmetric, and 3D Formulations Convection and Diffusion Initial Values Isotropic Diffusion Reactions Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Single-Phase Flow - > Laminar Flow Boundary Conditions - Boundary Stress Open Boundary, Normal Stress or No Viscous Stress Periodic Flow Condition Symmetry Boundary Condition Inlet - Velocity, Pressure, Normal Stress Outlet - > Pressure, Velocity Wall - Slip or No Slip, Sliding, Moving or Leaking Wall Edge and Point Conditions - Pressure Point Constraint Volumetric Domain Properties - 2D, Axisymmetric, and 3D Formulations Volume Force and Gravity Fluid Properties - Compressible Flow, Mach number <0.3 Density and Viscosity Incompressible Flow Weakly Compressible Flow Non-Newtonian - User-Defined Model Heat Transfer - Physics Interfaces and Study Types - > Heat Transfer in Fluids > Heat Transfer in Solids Ambient Conditions - User defined conditions Boundary Conditions - Axial Symmetry Diffuse surface (only surface-to-ambient radiation) Heat Continuity Outflow Periodic Heat Condition Symmetry Thermal Insulation > Boundary Heat Source > Heat Flux > Temperature > Thin Layer Edge and Point Conditions - > Line and Point Heat Source Predefined Multiphysics Interfaces - > Joule Heating Volumetric Domain Properties - Translational Motion > Fluid > Heat Source > Solid Thermodynamics for Heat Transfer in Fluids - Gas/Liquid Mathematics - Auxiliary Contributions - Discretization Global Constraint Global Equations Pointwise Constraint Weak Constraint Weak Contribution Weak Contribution on Mesh Boundaries Coordinate Systems - Base Vector System Boundary System Cylindrical System Mapped System Rotated System Spherical System Curvilinear Coordinates - > Aligning Methods > Boundary Conditions 22

23 仕様表 (2/2) Deformed Mesh and ALE Methods - Deformed Geometry Interface Moving Mesh Interface > Boundary Conditions > Domain Conditions Generic Boundary Conditions - Axial Symmetry Continuity Periodic Condition ODEs and DAEs - Events Global ODEs and DAEs > Distributed ODEs and DAEs Optimization and Sensitivity - Sensitivity Interface and Study Step Stationary Forward and Adjoint Sensitivity > Control Variables > Objective Functions PDE Interfaces - > Boundary Conditions > Classical PDEs > General-Purpose Equation Forms > Source Terms Study Steps - Control Steps - Batch Batch Sweep Cluster Computing Cluster Sweep Function Sweep Material Sweep Parametric Sweep Sensitivity Study Reference Eigenfrequency - Eigenfrequency Eigenvalue Frequency Domain - Frequency Domain Frequency-Domain, Perturbation Time to Frequency FFT Stationary - Stationary Stationary, Fluid Stationary, Solid Time Dependent - Frequency to Time FFT Time Dependent Time Dependent, Fluid Time Dependent, Solid Time Discrete Wall Distance - Distance Equation Wall Boundary Condition Structural Mechanics - Physics Interfaces and Study Types - > Solid Mechanics Conditions on Surfaces - Solid Mechanics - Face Load with Total Force, Force per Area, and Pressure Load Roller Symmetry > Fixed Constraint > Periodic Condition > Prescribed Displacement Edge and Point Conditions - Solid Mechanics - Edge Load Point Load > Fixed Constraint > Prescribed Displacement Volumetric Domain Properties - 2D, Axisymmetric, and 3D Formulations Solid Mechanics - Body Load Rigid Motion Suppression Constitutive Relations - > Linear Elastic Material Multiphysics Couplings - > Temperature Coupling COMSOL Multiphysics 23

24 COMSOL Multiphysics CAD 仕様表 CAD File Formats - Geometric Modeling - Read from File, CAD - Parts - AutoCAD DXF (.dxf, 2D) up to R14 Create Part COMSOL Native Format (.mphtxt,.mphbin) Load Part STL (.stl) Part Libraries VRML, v1 (.vrml,.wrl) Selections - Read from File, Geographic Information - Adjacent Selection System (GIS) Ball Selection (3D) Digital Elevation Map (DEM) Box Selection COMSOL Native Format (.mphtxt,.mphbin) Complement Selection DXF (.dxf, 2D only) Cumulative Selection STL (.stl) Cylinder Selection Geometric Modeling - Difference Selection Booleans and Partitions - Disk Selection (2D) Compose Explicit Selection Difference Intersection Selection Intersection Union Selection Partition Domains Transforms - Partition Edges Array Partition Faces Copy Partition Objects Mirror Union Move Conversions - Rotate Convert to Curve Scale Convert to Point Virtual Operations - Convert to Solid Automatic Removal of Details Convert to Surface Collapse Edges Split Collapse Faces Geometric Primitives, 2D - Form Composite Domains Bezier Polygon Form Composite Edges Circle Form Composite Faces Ellipse Ignore Edges Interpolation Curve Ignore Faces Line Segment Ignore Vertices Parametric Curve Merge Edges Point Merge Vertices Polygon Mesh Control Domains Rectangle Mesh Control Edges Square Mesh Control Faces Geometric Primitives, 3D - Mesh Control Vertices Bezier Polygon Geometric Modeling Kernel - Block COMSOL Multiphysics Native Kernel Cone Mesh File Formats - Cylinder File Export - Eccentric Cone COMSOL Native Format (.mphtxt,.mphbin) Ellipsoid NASTRAN (.nas, 2D and 3D) Helix STL (.stl) Hexahedron File Import - Interpolation Curve NASTRAN (.nas,.bdf,.nastran,.dat, 2D and Line Segment 3D) Parametric Curve STL (.stl) Parametric Surface VRML, v1 (.vrml,.wrl) Point Polygon Pyramid Sphere Tetrahedron Torus Geometry Operations, 2D - Chamfer Cross Section of 3D Model Delete Entities Edit Object Fillet Import Contour Plot as Interpolation Curve Tangent Geometry Operations, 3D - Delete Entities Extrude Revolve Sweep Work Plane Geometry Sequences and Programming - Delete Sequence Insert Sequence Programming Meshing - Finite Element Geometrical Shapes - Hex Line/Curve Prism Pyramid Quad Tet Triangle General Functionality - Geometry for Mesh Control Ignore Selected Geometry (Meshing on Virtual Geometry) Incremental Mesh Build Meshing Sequence Multiple Meshes Operations, 2D - Boundary Layer Meshing Convert to Triangular Mesh Copy Domain Mesh Copy Edge Mesh Copy from Other Mesh Edge Meshing Mapped Meshing Mesh Adaptation Reference Meshing Sequence Refine Mesh Unstructured Quad Meshing Unstructured Triangular Meshing Operations, 3D - Boundary Layer Meshing Combine Hexahedral/Prismatic Mesh with Tetrahedral Mesh Copy Domain Mesh Copy Edge Mesh Copy Face Mesh Copy from Other Mesh Edge Meshing Mapped Surface Meshing Mesh Adaptation Reference Meshing Sequence Refine Mesh Swept Meshing Unstructured Quad Meshing Unstructured Tetrahedral Meshing Unstructured Triangular Meshing Operations, Imported Meshes - Create Geometry from Mesh Create Vertex Delete Entities Detect Faces Finalize Import Join Entities Partition by Ball Partition by Box Partition by Cylinder Partition by Logical Expression Parts - Create Part Sizing - Corner Refinement Distribution Scale of Referenced Sizes Size Size Expression Visualization and Statistics - Mesh Plot Quality Measures Statistics 24

25 I-5 動作環境 ハードウェア CPU Pentium IV 以降または AMD Athlon XP 以降のマルチコア CPU( 使用コア数の制限無し ただしハイパー スレッディング非対応 ) メモリー CPU 実装コア数 x4gbまたはそれ以上 ハードディスクまたはSSD ソフトウェアのインストール領域として 4GBまたはそれ以上の空き容量 グラフィックス OpenGL 2.0 以降 またはDirectX 9.0(Windows OSのみ ) 以降 搭載メモリー 512MBまたはそれ以上のグラフィックカード ネットワーク オンラインインストール / アップデートを行う場合はインターネットと接続できる環境 フローティングネットワークライセンス (FNL) において ライセンスマネージャー PCとクライアント PCが別 PCの場合 ネットワーク上で両 PC 間のTCP/IPプロトコルによる接続が必要 光学ドライブ オンラインインストールが出来ない環境のPCの場合は インストール時にDVD-ROMドライブが必要 アプリケーション Adobe Acrobat Reader 9.0またはそれ以降 (PDFドキュメント閲覧用) クラスターコンピューティング 可能 ( 詳細は後述を参照ください ) COMSOL Multiphysics OS いずれも64bit 環境のみ対応 Windows Windows 10/ Windows 8.1/ Windows 8/Windows 7/ Windows Server 2016 /Windows Server 2012 R2/ Windows Server 2012/ Windows Server 2008 R2/ Windows HPC Server 2008 R2 macos macos 10.9, 10.10, 10.11, Linux Debian 7, 8 RedHat Enterprise Linux 6.9, 7.3 Ubuntu LTS 14.04, OpenSUSE Leap 42.1, 42.2 ライセンス形態 (COMSOL Multiphysics) フローティングネットワーク (FNL) CPU 固定シングルユーザーライセンス (CPU) クラスキット (CKL) 導入ライセンス数を上限としてネットワーク上で同時利用可能 リモートデスクトップなどによる接続操作や クラスターコンピューティングの使用にはこのライセンスが必要です 1ライセンスにつき PCを1 台指定 同時使用 1ユーザー リモートデスクトップなどによる接続操作不可 受講者用ライセンス 30ユーザー分 教育機関における教育用途向け限定のライセンスです 25

26 COMSOL Multiphysics グラフィックス動作環境 COMSOLは パフォーマンス上の理由からハードウェアレンダリングを推奨しています ハードウェアレンダリングはOpenGL バージョン 2.0 をサポートするドライバーが必要です Windowsユーザーはローカルコンソール上でDirectX 9を使用することもできます ハードウェアレンダリングは少なくとも 24bit 色グラフィックスが必要です グラフィックスの環境設定で設定する品質のための最適化には OpenGL の2.0 が必要です ソフトウェアレンダリングは 16bit 色グラフィックスにも対応しています パフォーマンス上の理由から 少なくとも 512MB メモリーのグラフィックスカードを推奨します AMD カード型番 OS ドライバー バージョン Radeon Pro WX5100 Windows Radeon Pro WX4100 Windows Radeon Pro WX4100 Windows Radeon Pro WX3100 Windows Radeon Pro WX2100 Windows FirePro W7100 Windows FirePro W5100 Windows FirePro W4100 Windows FirePro W4170M Windows FirePro W2100 Ubuntu LTS AMDGPU-PRO FirePro W7000 Windows Server FirePro W5000 Windows NVIDIA カード型番 OS ドライバー バージョン NVIDIA Quadro M2000 Windows NVIDIA Quadro K2200 Windows NVIDIA Quadro K1200 Windows NVIDIA Quadro K620 Windows NVIDIA Quadro K620 Debian NVIDIA Quadro K5000 Windows NVIDIA Quadro K4000 Windows NVIDIA Quadro K2000 Windows NVIDIA Quadro K600 Ubuntu NVIDIA Quadro P600 Windows Server R2 HPC Edition NVIDIA Quadro 600 Debian NVIDIA Quadro 600 Red Hat Enterprise Linux 7.3 NVIDIA Quadro 410 Windows NVIDIA Quadro FX 1800 Debian NVIDIA NVS 510 Ubuntu NVIDIA GeForce GTX 950M Windows 並列化動作環境 Windows macos Linux 共有メモリー型並列 (Shared-memoryParallelism) 全てのサポートされたWindows 全てのサポートされたmacOS 全てのサポートされた Linux ディストリビューション 分散メモリー型並列 (DistributedmemoryParallelism) クラスター並列など Windows Server 2016 Windows Server 2012R2 WindowsServer 2012 Windows HPC Server 2008R2 サポートしていません RedHat Enterprise Linux 6.9 and 7.3 Debian 7 and 8 Ubuntu LTS and クラスター中の全てのコンピューターは同一 Linuxバージョンを使わなければならず 良く似たハードウェアを使った方が良いでしょう OpenFabrics Enterprise Distribution (OFED) 以上のインストールを推奨します RDMA 対応ネットワーク機器をご使用の場合は DAPL 1.2 以上のバージョンの適切なドライバーまたはライブラリーが必要です そのソフトウェアは通常 ハードウェアと一緒に提供されます Linux の FlexNet ライセンスマネージャー Linuxのライセンスサーバー PCでは Linux Standard Base (LSB) が必要です ディストリビューション 必要なパッケージ Debian lsb-core Ubuntu lsb-core Red Hat redhat-lsb SUSE lsb 26

27 I-6 Application Builder 概要 ~ シミュレーションアプリケーションを構築して解析 設計 生産のギャップを埋める ~ 多くの組織では 少数の数値シミュレーション専門家が 製品開発 生産 または物理現象やプロセスを学習する学生として より大きなグループの人々にサービスを提供しています この小さなグループがはるかに大きなグループにサービスを提供することを可能にするため COMSOLMultiphysics ソフトウェアにはシミュレーションアプリを構築するための機能が含まれています アプリケーションビルダを使用すると シミュレーションの専門家は すぐに使用できるカスタムアプリケーションである 他の一般的なコンピュータモデルに対して 直観的で非常に特殊なユーザーインターフェイスを作成できます COMSOL Multiphysics 一般的なモデルは いくつかの異なるアプリケーションの出発点として機能することができ それぞれ特定のタスクに関連する制限付きの入出力オプションがあります アプリはシンクライアントやウェブブラウザ上で実行され ユーザ文書 範囲内の入力 のチェック およびボタンのクリックによる事前定義されたレポートを含むことができます COMSOL Server アプリケーション管理および配布ツールを使用してネットワークまたはWebアクセスを通じて 完成したアプリケーションを設計チーム 製造部門 プロセスオペレーター テストラボ 顧客 およびクライアントに展開できます (COMSOL Serverの詳細は p.169 III. COMSOL Server を参照) モデルビルダーで作成した解析モデル アプリケーションビルダーで拡張が可能 完成したカスタムアプリ 27

28 COMSOL Multiphysics 事例紹介 (1/2) アプリケーションライブラリーには 既に 50 件以上のアプリケーション例が格納されています 管状反応器 音叉 撹拌槽 ビーム部分計算ツール Li イオン バッテリーのインピーダンス解析 浄水槽 フィン付きヒートシンク 吸音マフラー デザイナー 車載クレーン解析 層流ミキサー マイクロストリップ パッチアンテナ タッチセンサー解析アプリ 28 周波数選択面 バイオセンサー設計ツール 伝送線計算ツール

29 事例紹介 (2/2) COMSOL Multiphysics ビーム要素の移動負荷構造解析 らせん型スタティックミキサー 鉄棒の誘導加熱 音響反射解析ツール インクジェット 膜透析 周期的マイクロ構造体の等価特性 同心円管熱交換器 赤血球の分離 DBR フィルター トラス鉄塔の座屈解析 波長調整可能 LED ファイバー シミュレーター プラズモン回折格子 29

30 COMSOL Multiphysics I-7 ライセンス形態 フローティングネットワーク (FNL) 同時実行ユーザー数にのみ制限のあるライセンスで 国内であればネットワーク上のPCに好きな数だけ本ソフトウェアをインストールして利用することができます COMSOL Multiphysicsのソフトはライセンス認証が届く範囲であれば ローカル PC 環境で動きます またネットワーク越しにリモート接続した PCでもCOMSOLが動きます Windows とLinux ではクラスターおよびクラウド計算がサポートされています 詳細の動作環境につきましては 動作環境をご参照ください CPU 固定シングルユーザーライセンス (CPU) COMSOL Multiphysics を特定の PC にインストールし 別々のユーザーが順番に COMSOL を利用することができます 同時に 1 ユーザーが利用 できます CPU ライセンスではネットワーク越しに利用したり リモート接続して利用することができません クラスキット (CKL) 授業のために学内ネットワークを通じて 最大 30 名の受講生と講師が同時にこのソフトを利用できます 受講生は課題目的のために本ソフトウェアを利用できますし また講師は授業の準備のためにも利用できます ライセンス選択の概要 ライセンス形態 複数の 複数の 複数の クライアント / クラスター計算 ネットワーク接続 コンピューター プラットフォーム ユーザー サーバー FNL はい はい はい はい はい はい CPU いいえ いいえ はい いいえ いいえ いいえ FNLライセンスで可能になる機能 リモートデスクトップ接続 複数コンピューターでの実行 複数プラットフォーム対応 (Windows /Mac/Linux ) 例 ) FNL 1ライセンス 同時にネットワーク上の1ユーザーがCOMSOLを使用可能例 ) FNL 2ライセンス 同時にネットワーク上の2ユーザーがCOMSOLを使用可能 クラスターコンピューティング実行 クラウドコンピューティング実行 (Rescaleなどの HPCクラウドサービスが使用可能 ) また下記制限がありません クラスター実行時にコア数 ノード数が無制限 (1000コアや 100ノードでも追加費用が一切不要 ) クラウドコンピューティング環境使用時にもコア数 ノード数が無制限 ライセンスサーバー機とクライアント PCとの距離制限が無い ライセンス規約詳細... 詳細につきましては 下記をご参照願います 30

31 II. オプションモジュール II-1 電気 II-1-1 AC/DC モジュール II-1-2 RF モジュール II-1-3 波動光学モジュール II-1-4 光線光学モジュール II-1-5 プラズマモジュール II-1-6 半導体モジュール II-1-7 MEMS モジュール 31 電気

32 32 電~ 電磁気シミュレーションのモデリング ~ 気II-1-1 AC/DC モジュール AC/DC モジュールでは 直流から低周波までのアプリケーションの 電場 磁場 電磁場のシミュレーションが可能です 典型的なアプリ ケーションとして 抵抗 静電容量 インダクタンス インピーダンス 力 トルクのようなパラメーターの抽出専用ツールが内蔵され 典型的なアプリケーションとしてキャパシター インダクター 絶縁体 コイル モータ アクチュエーター およびセンサーが含まれています 材料と構成則は 誘電率 透磁率 誘電率 残留フィールドにより定義されます 材料プロパティでは 空間的変化 時間的依存 異方性そして残留フィールドが使用可能になります 電磁媒体には B H カーブのような非線形が含まれ また与えられた方程式により定義可能です AC/DC モジュールの実装で 電位および磁位 電気的および磁気的 絶縁 ゼロ電荷 フィールド値 電流値へのアクセスが可能になります 更に SPICE 回路の端子条件 浮遊電位 対称条件 周期条件 表面イン ピーダンス 表面電流 分布抵抗 キャパシタンス インピーダンス や接触抵抗といったような広範囲で高度な境界条件も含まれます 無限あるいは大規模ドメインのモデリングにおいては 電場と磁場の 両方で 無限要素が使用可能です 無限要素レイヤーが有限サイズのモデリングドメインの外側に追加された場合 場の方程式は 自動的に引きのばされます これにより 無限領域を有限サイズのモデルで表すことが出来 モデリング境界に発生する可能性がある人工的 な領域切り出しの影響を防ぐことが可能になります 機能 生体伝熱 回路定数の算出 SPICE 回路と有限要素解の 組み合わせ 接触抵抗 電流と電場の分布と可視化 電気変位場と誘電応力 電磁的な力とトルク 永久磁石 電磁気しゃへい 電気機械的変形 誘導加熱 ローレンツ力の計算 B-H 曲線を含む非線形材料 寄生容量とインダクタンス 多孔質材 抵抗加熱 E コア変換器 用途 コイル ソレノイド 電気溶接 電気絶縁 EMC( 電磁適合性 ) EMI( 電磁妨干渉 ) 電磁気的しゃへい 電気機械的機器 電子工学的信頼性とエレクト ロマイグレーション 3D インダクター 誘導加熱炉 誘導ロギング 絶縁体 キャパシター 誘電体 モータ 発電機 永久磁石と電磁石 プランジャ センサ 変圧器とインダクタ 馬蹄型永久磁石のモデルを考慮した永久インダクターは多くのアプリケーションの磁石の事例 全体は強磁性材料 両端は互いコア内に非線形 B-H 曲線を利用した単相の主要部品です この例は 3Dインダクターに異なる方向へ磁性を帯びているという Eコア変換器の過渡解析モデル 一次コイルのDCおよびAC 特性の両方を抽出する方法設定でモデリング と二次コイルの電磁場と電流を取得 を示します

33 フェロ磁石を巻芯としたマルチターンコイル 強磁性 ( 線形 ) コアに巻かれた 50Hz AC コイルのデモ モデル このモデルは 比較的複雑なジオメトリを作成し シミュレーション用の新しいマルチターンコイル機能を設定する方法を示すチュートリアルとして作成されています ケーブルチュートリアル この 6 組のチュートリアルモデルと関連資料では 標準の 3 芯鉛シースド架橋ポリエチレン 高電圧交流 (XLPE HVAC) 海底ケーブル ( 500 mm2) の容量性 誘導性 熱特性を調べることができます 220kV) アンプ回路中のインダクター このモデルは 電気回路シミュレーションと有限要素シミュレーションを組み合わせる方法を示しています 有限要素モデルは 非線形磁気コアと 1000 回のターンを有するインダクタであり ターン数は分散電流技術を用いてモデル化される 回路は COMSOL Multiphysics に SPICE ネットリストとしてインポートされ インダクタモデルと回路要素が ODE としてマージされます 3D 永久磁石モーター 永久磁石 (PM) モータは 電気自動車やハイブリッド車などの多くのハイエンド用途に使用されています 重要な設計上の制限は 磁石が高温に敏感であることであり これは電流 特に渦電流によって引き起こされる熱損失により発生する可能性がある 3D 発電機 タッチセンサー解析アプリ 永久磁石付き3D 発電機の定常解析発電機このアプリは人間の指の模型で 静電容量内部 外部の静磁場モデル 非線形磁性材料タッチスクリーンのマトリクスを計算します は内挿関数で定義 指の位置および方向は入力パラメーターで制御し 静電容量マトリクスを評価します RFID システム 銅の誘導加熱 RFIDシステムは二つの主要部品 つまりタグ導電性シリンダー内の渦電流は 熱を発生やトランスポンダのプリント回路基盤 (PCB) します 抵抗損を見つけ シリンダー内の温度アンテナ およびRFアンテナの付いたリーダー分布 熱伝達および電解シミュレーションをユニットで構成されています リーダーアンテナ同時に行っています はタグ内のチップ (IC 回路 ) を通電させる電磁場を発生させます 磁気ブレーキ キャパシタの周波数領域モデル 回転する銅製ディスクで電流が発生 渦電流が印加された正弦的に時間変化する電圧差を磁束と共にローレンツ力と静止トルクを発生 有するコンデンサがモデル化される 広い周波数範囲が考慮され デバイスのインピーダンスが計算されます ソルバの精度が扱われます 周波数領域のインピーダンスとデバイスの定常状態の静電容量と抵抗との関係について考察する 電子ビーム 大電流での荷電粒子ビームの伝播をモデル化する際に ビームによって生成される空間 電荷力は著しく荷電粒子の軌道に影響を与えます これらの軌道の摂動は 今度は 空間電荷分布に影響を与えます 四極子質量分析機 実際の四極子質量分析器で フリンジ場は入力および 質量フィルターの出口の両方にあります このモデルは四極子質量分析器中のフリンジ場の影響を含むイオン軌道を計算します 33 電気事例紹介

34 34 電気仕様表 AC/DC - Physics Interfaces and Study Types - > Electric Currents, Shell > Electrical Circuit > Electrostatics, Boundary Elements [1] > Magnetic and Electric Fields > Magnetic Field Formulation > Magnetic Fields > Magnetic Fields, No Currents > Rotating Machinery in 2D and 3D, Magnetic Boundary Conditions - Circuit Terminal Dielectric Shielding Distributed Capacitance Distributed Impedance Electric Shielding Electrical Contact Lumped Port Surface Impedance Surface Magnetic Current Thin Low Permeability Gap Transition > Coil Excitation in 2D, Axisymmetry, and 3D > Floating Potential > Magnetic Shielding Edge and Point Conditions - Edge Circuit Terminal (cylindrical electrodes) [2] Edge Floating Potential (cylindrical electrodes) [2] Edge Potential and Ground (cylindrical electrodes) [2] Electric Point Dipole Magnetic Point Dipole Electrical Circuit - Export of SPICE Netlist Import of SPICE Netlist Linear Passive Circuit Element Nonlinear & Active Circuit Element Voltage and Current Source Lumped Parameters - S, Y and Z parameter conversions > Capacitance, Impedance and Admittance Matrix Calculation > Inductance Matrix Calculation > S-Parameter Matrix Calculation Predefined Multiphysics Couplings - Boundary Electric Potential Coupling (FEM/BEM) [4] Predefined Multiphysics Interfaces - > Particle Field Interaction, Relativistic [3] Results and Visualization - > Smith (plot) Volumetric Domain Properties - Circuit Terminal Electric Force and Torque Electric Infinite Domain Modeling with Infinite Elements Electromagnetic Force and Torque Magnetic Infinite Domain Modeling with Infinite Elements Prescribed Rotation Prescribed Rotational Velocity Reduced Field Formulation for Magnetic Fields RLC Coil Group in 2D and Axisymmetry > Coil Excitation in 2D, Axisymmetry, and 3D Constitutive Relations - Constitutive Relationships for Magnetic Fields, 3D Lorentz Velocity, 3D Porous Media and Mixture Materials Vector Hysteresis, Jiles-Atherton Model [1] For isotropic dielectrics with piecewise constant permittivity [2] In Electrostatics, Boundary Elements [3] Requires all indicated products [4] Couples Electrostatics, Boundary Elements to Electrostatics [9] Requires all indicated products [11] Requires all indicated products [12] This feature requires the AC/DC Module and one of the Structural Mechanics Module, MEMS Module, or Acoustics Module Electrochemistry - Boundary Conditions - Electrode - Circuit Terminal Heat Transfer - Predefined Multiphysics Interfaces - > Induction Heating Mathematics - Coordinate Systems - Scaling System Study Steps - Other - Coil Current Calculation Stationary - Frequency-Stationary Time Dependent - Frequency-Transient Plasma - Predefined Multiphysics Interfaces - > Inductively Coupled Plasma [9] Equilibrium Discharges - > Combined Inductive/DC Discharge [9] > Equilibrium Inductively Coupled Plasma [9] Results and Visualization - > Smith (plot) RF and Optics - Results and Visualization - > Smith (plot) Structural Mechanics - Predefined Multiphysics Interfaces - > Magnetostriction [12] Volumetric Domain Properties - Constitutive Relations - > Magnetostrictive Material [11] Multiphysics Couplings - > Magnetostriction [12]

35 II-1-2 RF モジュール ~ マイクロ波設計と RF 設計 ~ RF モジュールは RF 装置とマイクロ波装置の設計者が アンテナ 導波 管 フィルター 回路 キャビティ メタマテリアルの設計に使用します 電磁波伝搬と共鳴挙動を短時間に正確にシミュレートするため 電磁場分布 透過 反射 インピーダンス Q ファクタ S パラメーター ワット損を計算できる機能が技術者向けに用意してあります シミュレーションでは 実験では直接測定できない物理的効果を評価し予測する能力を低コストというメリットと結びつけました 従来の電磁モデル化とは違って モデルに温度上昇や構造変形 あるいは流量といった効果を組み込んでモデルを拡張できます 複数の物理的効果を連成できます したがって 電磁デバイスのシミュレーションの間に 組み込んだすべての物理特性を反映させることができます フードの下で RFモジュールは有限要素法をベースにしています マックスウェルの方程式は 条件付けのための最新のアルゴリズムと得られる疎な方程式系の反復解とを組み合わせて数値的に安定したエッジ要素 ( 別名 ベクトル要素 ) の有限要素法で解きます 繰り返しと直接ソルバーのいずれもマルチコアコンピューターで同時実行します クラスター計算は 周波数スイープを実行して利用できます これは高速計算のためにクラスター内で周波数ごとに複数のコンピューターに分散できます また 分散メモリー (MPI) を使用し 直接ソルバーで大型モデルを解決することもできます 機能 S-パラメーター 電場と磁場および電流の可視化 遠方界放射パターン レーダー断面 (RCS) 計算 アンテナ利得と軸率 周波数領域解析と過渡解析 電気と磁気エネルギーと電力流 損失とワット損 損失の多い 異方性材料と多孔質媒体 インピーダンス境界条件 分厚いまたは薄層の電気抵抗の多い材料または伝導性材料 完全整合層 (PML) と吸収境界 対称条件と周期性条件 外部回路モデルとの接続 集中導波管給電 同軸導波管給電 その他導波管給電 集中ポートと要素 ドルーデ-ローレンツモデルとデバイ分散モデル 電源 電流源 絶縁面 背景場の励起 マイクロ波加熱 機械的変形を受ける電磁学 用途 共鳴回路とフィルター カプラーと出力分配器 平面回路 アンテナとフェーズドアレイ RFID フェリ磁性装置 近接場通信 Bloch-Floquet 周期的配列と構造 メタマテリアルとプラズモン ナノ構造 生物医学装置 生体伝熱とマイクロ波治療 マイクロ波焼結とスペクトロスコピー ミリ波とテラヘルツ放射 SAR 計算 電子レンジ 散乱とレーダー断面 伝送回路 マイクロストリップ コプラナー導波管 (CPW) アンテナ 導波管 マイクロ波回路の熱 - 構造効果 周波数可変装置 RF MEMS 35 電気

36 36 電気事例紹介 (1/2) 波路内ブロックの RF 加熱 - 定常と過渡 電子レンジ キャビティフィルター ブロック内だけでなく導波管の壁にも電磁分散熱ソースは周波数 - 領域電磁解析で計算可変デバイスシミュレーションでは エバネッ 損失があり アセンブリーが時間をかけてします 電子レンジオーブン内の食品で熱がセントモードで動作する空洞共振器フィルター 加熱される原因となります ブロックの材料どのように分布するかを示す過渡伝熱シミュ内の容量を変えることで 共振周波数を制御 特性は 温度の関数として扱っています レーションです します 容量は圧電アクチュエーターで調節 することができます フロントガラスアンテナのケーブルへの影響 ガウスビームの第二次高調波発生 導波管バンドパスフィルター 現代の自動車は リアウィンドウのアンテナでレーザーシステムは現代の電子工学では重要導電性衝立 絞りが導波管の開口部を横切る FMラジオを受信しています アンテナから放出なアプリケーション分野です 非線形材料 ように配置され 不連続性が生じてシャントされる電磁波は 車内のケーブルハーネスのレーザー光周波数の倍数の高調波を生成するリアクターンスを生成します 外面に電流を誘発し 悪影響を与えることがことができます このモデルでは非線形材料バンドパス周波数応答は 導波管内に絞りあります このモデルは空気領域を完全整合物性を用いて第 2 次高調波を過渡波動シミュ要素を連続して挿入し リアクターンス素子と層で車と分離することにより RFモジュールでレーションとして設定する方法を示していま組み合わせたカスケード接続の空洞共振器アンテナの遠方場放射パターンを研究します す YAGレーザー光 (lambda=1.06 microm.) はより得られます モデルはxバンドの導波管ケーブルハーネス内のどの部分がアンテナ非線形光学結晶に集光されるため ビーム WR-90および対称誘導性衝立 ( 絞り ) で構成放射の影響を受けているかを表示します ウエストは結晶内部にあります しています モバイル機器のアンテナ設計 飛行機胴体のアンテナ漏洩 無響室の電波吸収材設計 無線通信システムの電気部品は 小型 軽量をアンテナクロストーク ( コサイト干渉 ) は 一つこのモデルでは ピラミッド型のマイクロ波目指しながら 適切な性能と効率性を実現の大型プラットフォームで複数のアンテナを吸収体が無限の2 次元配列から構成されてできるよう設計されています モバイル機器使用するときに問題になります このモデルいます ピラミッド型電波吸収態の放射線吸収ではアンテナは重要な構成部品であり 業界では 超短波 (VHF) における二つの同じアンテナ材料 (RAM) は 一般的に電磁波計測用の電波仕様で認められた限られたスペースに収める間の干渉を 航空機の胴体に取り付けた受信暗室で使用されています マイクロ波吸収は 必要があります そのため 携帯電話の小型アンテナのさまざまな構成のSパラメーター損失材料に導電性発泡カーボンを用いてアンテナには 平板逆 Fアンテナ (PIFA) が一般解析で調査します 送信アンテナの 2D 遠方場モデル化し 電磁特性を再現します 的であり 人気があります 携帯電話 Wi-Fi 放射パターンと 3D 遠方場放射パターンを計算 Bluetooth など複数の周波数バンドに対応します 航空機の表面にはハイライト表示のするため PIFA 設計を調整し 拡張しています 領域と陰影の領域も表示します

37 脳への吸収線量 ウィルキンソン電力分配器 ダイポールアンテナ 科学者はヒト組織の吸収線量の決定にSAR これまでの3ポート電力分配器は 抵抗分配ダイポールアンテナは最も構造が簡単な (specific absorption rate) を使用します この器やT 字型分配器でした このような分配器アンテナです 二本の細い金属棒に正弦波計測は脳の近くで電磁波を放射する携帯電話は それぞれに損失があり すべてのポート電圧差を適用して実現することができます で特に重要です モデルはアンテナおよび でシステムの基準インピーダンスと一致しまロッドの長さは 動作周波数の1/4 波長になる吸収した放射エネルギーによって温度上昇せん また 接続したポート間の絶縁も保証よう調整します このようなアンテナはトーラスした人間の頭が どのように放射波を吸収されていません ウィルキンソン分配器は として知られている 放射パターンを持ってするかを研究します 損失のないT 字型分配および分圧器で 上記います の問題はありません この例は このデバイスをモデル化する方法を示しています コルゲートホーン アンテナ 円形導波管から励起した TE モードは TM モードが生成されたコルゲートホーンアンテナの波形内面に沿って移動します 結合時に これら 2 つのモードにより アンテナ開口部の交差分極が低くなります このアプリを使用すると アンテナのジオメトリの変更により アンテナの放射特性が開口部の交差分極率と同じく改善されます 37 電気事例紹介 (2/2)

38 38 電気仕様表 AC/DC - Physics Interfaces and Study Types - > Electrical Circuit Electrical Circuit - Export of SPICE Netlist Import of SPICE Netlist Linear Passive Circuit Element Nonlinear & Active Circuit Element Voltage and Current Source Results and Visualization - > Smith (plot) Acoustics - Results and Visualization - Beam Width Calculation Far Field (plot) Heat Transfer - Predefined Multiphysics Interfaces - > Microwave Heating Mathematics - Coordinate Systems - Scaling System Study Steps - Frequency Domain - Frequency-Domain Modal Other - Boundary Mode Analysis Mode Analysis Stationary - Frequency-Stationary Time Dependent - Frequency-Transient Modal Reduced Order Model Time-Dependent Modal Plasma - Predefined Multiphysics Interfaces - > Microwave Plasma [9] Results and Visualization - > Smith (plot) RF and Optics - Physics Interfaces and Study Types - Electromagnetic Waves, Frequency - Domain Boundary Mode Analysis Eigenfrequency Frequency Domain Frequency-Domain Modal Mode Analysis Electromagnetic Waves, Time Explicit - Time Dependent Electromagnetic Waves, Transient - Eigenfrequency Time Dependent Time-Dependent Modal Transmission Line - Eigenfrequency Frequency Domain [9] Requires all indicated products Boundary Conditions - Electromagnetic Waves, Frequency - Domain Electric Field Lumped Element Lumped Port, Including Connection to Electrical Circuit Magnetic Field Perfect Electric Conductor Perfect Magnetic Conductor Periodic Condition Port Scattering Boundary Condition Surface Current Density Two-Port Network > Impedance Boundary Condition > Transition Boundary Condition Electromagnetic Waves, Time Explicit - Electric Field Flux/Source Low-Reflecting Boundary Magnetic Field Perfect Electric Conductor Perfect Magnetic Conductor Surface Current Density Electromagnetic Waves, Transient - Lumped Element Lumped Port, Including Connection to Electrical Circuit Magnetic Field Perfect Electric Conductor Perfect Magnetic Conductor Periodic Condition Scattering Boundary Condition Surface Current Transmission Line - Absorbing Boundary Incoming Wave Lumped Port Open Circuit Short Circuit Terminating Impedance Consitutive Relations - Electromagnetic Waves, Frequency - Domain Anisotropic Material Porous Media and Mixture Materials Conduction - Archie s Law Linearized Resistivity Electric Displacement - Debye Dispersion Dielectric Losses Drude-Lorentz Dispersion Loss Tangent Refractive Index Relative Permittivity Magnetic Constitutive Relation - Magnetic Losses Relative Permeability Electromagnetic Waves, Time Explicit - Anisotropic Material Electromagnetic Waves, Transient - Anisotropic Material Porous Media and Mixture Materials Conduction - Archie s Law Linearized Resistivity Electric Displacement - Drude-Lorentz Dispersion Model Polarization Refractive Index Relative Permittivity Remanent Electric Displacement Magnetic Constitutive Relation - Magnetization Relative Permeability Remanent Flux Density Lumped Parameters - Touchstone File Export > S-Parameter Matrix Calculation Pair, Edge, and Point Conditions - Electromagnetic Waves, Beam Envelopes - Electromagnetic Waves, Frequency - Domain Continuity (pair) Edge Current (edge) Electric Field (pair) Electric Point Dipole (point) Magnetic Current (edge) Magnetic Point Dipole (point) Perfect Electric Conductor (pair) Perfect Magnetic Conductor (pair) Surface Current (pair) Electromagnetic Waves, Time Explicit - Continuity (pair) Electromagnetic Waves, Transient - Continuity (pair) Edge Current (edge) Electric Point Dipole (point) Magnetic Point Dipole (point) Perfect Electric Conductor (pair) Perfect Magnetic Conductor (pair) Surface Current (pair) Transmission Line - Continuity (pair) Results and Visualization - Far Field (plot) > Smith (plot) Volumetric Domain Properties - 2D and Axisymmetric Electric - Formulations In-Plane Vector Out-of-Plane Vector Three-Vector Electromagnetic Waves, Frequency - Domain External Current Density Infinite Domain Modeling with Perfectly Matched Layer > Far-Field Domain > Wave Equation, Electric Electromagnetic Waves, Time Explicit - Electric Current Desity Infinite Domain Modeling with Absorbing Layer Magnetic Current Density Wave Equation, Electric and Magnetic Electromagnetic Waves, Transient - > Wave Equation, Electric Transmission Line - Transmission Line Equation

39 II-1-3 波動光学モジュール ~ 光学的に大規模な構造における電磁波伝搬 ~ 機能 面内 軸対称 全波 3D 電磁波動伝播 大規模構造の効率的シミュレーションのための専用ビームエンベロープ法 グレーデッドインデックス 周波数依存の 異方性 損失性のユーザー定義の材料 負のインデックスとメタマテリアル 熱伝達 構造解析 流量と結合したマルチフィジックス対応光学解析 周波数領域 時間領域 固有モード解析 高位フロケモードの周期構造 無限領域の最適表現の完全整合層 (PML) 平面 円筒 球体 ガウス またはユーザー定義の入射場の散乱場の形成 散乱パラメーター (Sパラメーター ) による伝送と反射 任意フィールド数量の拡張視覚化機能 ドルーデ ローレンツ デバイ セルマイヤー分散モデル 波動光学モジュールには 正確な構成要素をシミュレートし光学設計を 最適化するための 線形光媒体と非線形光媒体における電磁波伝搬の専用ツールがあります このモジュールで 高周波数電磁波のシミュレーションを 光学構造の周波数領域と時間領域のいずれかでモデル化できます さらにこのモジュールでは 不均質で完全に異方性の材料と 増幅または減衰特性の光媒体をサポートして 光媒体のモデル化を実現しています 波動光学モジュールでは 固有周波数モード解析 周波数領域および時間領域の電磁シミュレーションに いくつかの 2 次元定式化と3 次元定式化を利用できます 現象は 伝達係数と反射係数の計算などの後処理ツールで 計算 視覚化 解析できます 光学センサー メタマテリアル 光ファイバー 双方向カプラー プラズモン装置 光通信における非線形光学的プロセス そしてレーザービーム伝搬をシミュレートするのは簡単です これは 2 次元 2 次元軸対象 3 次元空間領域で実行できます ポートは入出力に定義できるほか 複数のポートが存在する可能性のある 光学的構造の完全透過特性と反射特性を含むSパラメーターマトリクスの自動抽出にも定義できます 散乱 周期 連続境界の条件のシミュレートにはさまざまな異なる境界条件を適用できます 完全整合層 (PML) は 無限の自由空間に対する電磁波伝搬のシミュレーションに理想的であり 一方で計算コストは節約できます 場と導出量の数学式を自由に作成できるので 後処理機能では どのような数量でも 視覚化 評価 積分できます 用途 フォトニック装置 集積光学 導波管 カプラー ファイバー光学 光結晶 ファイバーブラッグ格子 非線形オプション 混合周波数における高調波発生 光学散乱 表面散乱 散乱ナノ粒子 レーザーと増幅器 半導体レーザー ロッド スラブ ディスクレーザー設計 レーザー加熱 光電子工学 光リソグラフィー 光学センサー 39 電気

40 40 電気事例紹介 ガウスビームの自己収束 方向性結合器 メタマテリアルレンズ絶縁体分布定義 この例では BK-7 光学ガラスの中にガウスビ近接して組み込まれた二つの光導波路は この例は メタマテリアル設計の特性は 空間ームが放射されています 材料の屈折率は強方向性結合器を形成します クラッド材は的に変化する誘電体の分布をモデル化し 具度に依存しています ビームの中心の屈折率 GaAsおよび コア材料はイオン注入 GaAs 体的に凸レンズ形状は 既知の矩形領域の変は最も高くなっています 屈折率プロファイです 導波路は 導波構造の最初の二つの形により定義します 誘電体の分布は元の矩ルによって回折効果は中和され ビームを集スーパーモードで励起します 対称および形領域が変形していないところで定義し レ中させます 強力レーザーシステム設計にお反対称モード 二つの数値ポートは exciting ンズの変形形状をマッピングします ここでいて 自己収束は大変重要です boundaryおよび吸収境界の両方に使用して定義したレンズは凸レンズですが 誘電体のおり 二つのモードを定義します 分布により入射ビームを発散させます フォトニック結晶の光線解析 - ガリウムヒ素柱ナノロッド光学リング共振器 ノッチフィルターで構成 フォトニック結晶デバイスは 異なる屈折率電磁波のガウス分布を 非常に細いワイヤーの材料を交互に重ねた周期構造です フォト ( またはロッド ) の高密度アレイに入射させ直線とリング導波管で構成された最も単純なニック結晶内に制限された導波路は非常にます ロッド間の距離と直径は したがって光リング共振器です 導波管は近接して配置低損失で鋭角な曲げを得られ 集積密度を波長よりもはるかに小さいです このようなされ 光が二つの構造間に影響を与えます 数桁上げることが可能です これはフォトニック状況ではロッドアレイは回折格子として機能リング周囲の伝搬長が波長の整数倍の場合 結晶導波路の研究です GaAsの結晶はピラーしません ( プラズマ回折格子を参照してくだ強い場がリング内に蓄積します リング導波管構造です ピラー間の距離に応じて結晶内をさい ) 代わりに連続した金属板がロッドにの周囲を伝搬後 いくつかの光が直線導波管伝搬するのではなく ある特定周波数内の沿って偏光した場合 ロッドアレイとしてに逆行して入射光と干渉します 共振時は 波動で反射する周波数があります この周波数振舞います ロッドに対して垂直に偏光させ不透過光の完全な相殺的干渉が得られます 範囲はフォトニックバンドギャップと呼ばれてると アレイは電磁波に対して透過します これは共振波長の光を遮断する 理想的な光います 後者の場合 ロッド間の双極子カップリングリング共振器ノッチフィルターになります はまた 照射領域外のロッド間電磁励起が生じます 金ナノ粒子の光学散乱プラズモン回折格子の光線解析負の反射特性を持つメタマテリアル光線解析 このモデルは 金ナノ粒子による平面波の屈折率 鏡面反射および一次回折を 導線光学散乱をシミュレーションしています 散乱格子の入射角の関数として計算します 平面波は光の周波数範囲に対して計算され さらにの入射角は 法線角からグレージング角まで金は負の複素誘電率を持つ材料としてモデル格子構造上でスイープします このアプリ化できます 遠方場および損失を計算します ケーションでは 選択した入射角に 複数の格子周期の電界強度も表示されます ステップインデックスファイバーの曲げ解析 アプリケーションの最初の部分は 石英ガラス製の直線テップインデックスファイバーのモードを計算します二番目に半径 3 mm のステップインデックスファイバーを曲げ 伝搬モードおよび放射損失を解析します 出力平均モード半径を見つける方法と 効果的なモード指数を計算するために使用し生ます 誘電率と透過率の両方が負であるような材料の構造を設計することができます このような材料は 波長スケールと同等の周期構造 を設計することにより実現できます 材料個々の単位セル同様 負バルク屈折率の材料特性をモデル化することができます

41 Acoustics - Results and Visualization - Beam Width Calculation Far Field (plot) Heat Transfer - Predefined Multiphysics Interfaces - > Laser Heating Mathematics - Coordinate Systems - Scaling System Study Steps - Frequency Domain - Frequency-Domain Modal Other - Boundary Mode Analysis Mode Analysis Stationary - Frequency-Stationary Time Dependent - Frequency-Transient Modal Reduced Order Model Time-Dependent Modal RF and Optics - Physics Interfaces and Study Types - Electromagnetic Waves, Beam Envelopes - Boundary Mode Analysis Eigenfrequency Frequency Domain Frequency-Domain Modal Wavelength Domain Electromagnetic Waves, Frequency - Domain Boundary Mode Analysis Eigenfrequency Frequency Domain Frequency-Domain Modal Mode Analysis Wavelength Domain Electromagnetic Waves, Time Explicit - Time Dependent Electromagnetic Waves, Transient - Eigenfrequency Time Dependent Time-Dependent Modal Boundary Conditions - Electromagnetic Waves, Beam Envelopes - Electric Field Field Continuity Magnetic Field Matched Boundary Condition Perfect Electric Conductor Perfect Magnetic Conductor Periodic Condition Port Scattering Boundary Condition Surface Current Electromagnetic Waves, Frequency - Domain Electric Field Magnetic Field Perfect Electric Conductor Perfect Magnetic Conductor Periodic Condition Port Scattering Boundary Condition Surface Current Density > Impedance Boundary Condition > Transition Boundary Condition Electromagnetic Waves, Time Explicit - Electric Field Flux/Source Low-Reflecting Boundary Magnetic Field Perfect Electric Conductor Perfect Magnetic Conductor Surface Current Density Electromagnetic Waves, Transient - Magnetic Field Perfect Electric Conductor Perfect Magnetic Conductor Periodic Condition Scattering Boundary Condition Surface Current Consitutive Relations - Electromagnetic Waves, Beam Envelopes - Anisotropic Material Conduction - Linearized Resistivity Electric Displacement - Debye Dispersion Dielectric Losses Drude-Lorentz Dispersion Loss Tangent Refractive Index Relative Permittivity Sellmeier Dispersion Magnetic Constitutive Relation - Magnetic Losses Relative Permeability Electromagnetic Waves, Frequency - Domain Anisotropic Material Conduction - Linearized Resistivity Electric Displacement - Debye Dispersion Dielectric Losses Drude-Lorentz Dispersion Loss Tangent Refractive Index Relative Permittivity Sellmeier Dispersion Magnetic Constitutive Relation - Magnetic Losses Relative Permeability Electromagnetic Waves, Time Explicit - Anisotropic Material Electromagnetic Waves, Transient - Anisotropic Material Conduction - Linearized Resistivity Electric Displacement - Drude-Lorentz Dispersion Model Polarization Refractive Index Relative Permittivity Remanent Electric Displacement Magnetic Constitutive Relation - Magnetization Relative Permeability Remanent Flux Density Lumped Parameters - Touchstone File Export > S-Parameter Matrix Calculation Pair, Edge, and Point Conditions - Electromagnetic Waves, Beam Envelopes - Continuity (pair) Electric Field (pair) Perfect Electric Conductor (pair) Perfect Magnetic Conductor (pair) Surface Current (pair) Electromagnetic Waves, Frequency Domain - Continuity (pair) Edge Current (edge) Electric Field (pair) Electric Point Dipole (point) Magnetic Current (edge) Magnetic Point Dipole (point) Perfect Electric Conductor (pair) Perfect Magnetic Conductor (pair) Surface Current (pair) Electromagnetic Waves, Time Explicit - Continuity (pair) Electromagnetic Waves, Transient - Continuity (pair) Edge Current (edge) Electric Point Dipole (point) Magnetic Point Dipole (point) Perfect Electric Conductor (pair) Perfect Magnetic Conductor (pair) Surface Current (pair) Results and Visualization - Far Field (plot) Volumetric Domain Properties - 2D and Axisymmetric Electric Formulations - In-Plane Vector Out-of-Plane Vector Three-Vector Electromagnetic Waves, Beam Envelopes - Infinite Domain Modeling with Perfectly Matched Layer Polarization > Wave Equation, Beam Envelopes Electromagnetic Waves, Frequency Domain - External Current Density Infinite Domain Modeling with Perfectly Matched Layer Polarization > Far-Field Domain > Wave Equation, Electric Electromagnetic Waves, Time Explicit - Electric Current Desity Infinite Domain Modeling with Absorbing Layer Magnetic Current Density Wave Equation, Electric and Magnetic Electromagnetic Waves, Transient - > Wave Equation, Electric Semiconductor - Predefined Multiphysics Interfaces - > Semiconductor Optoelectronics, Beam Envelopes [10] > Semiconductor Optoelectronics, Frequency Domain [10] [10] Requires all indicated products 41 電気仕様表

42 42 電~ 光学的に大規模なシステムの光線追跡 ~ 気II-1-4 光線光学モジュール 機能 光線光学モジュールは システム内の電磁波伝搬のモデル化に使用できます 波長は モデル内で最も小さな幾何学的詳細情報よりもはるかに小さいサイズです 電磁波は 均一媒質または傾斜媒質で伝播できる光線として処理されます 波長は有限要素メッシュで解決する必要がないため 光線の軌道は 長い距離でも経済的な計算コストで計算できます 光線は 異なる媒質同士の境界では反射し 屈折します 光線光学モジュールには 鏡面反射と乱反射の組み合わせなど さまざまな境界条件があります 光線は 領域内から 境界から あるいは点の一様格子で放出できます 特殊な放出機能も 太陽の放射や 被照面からの反射光線や屈折光線の放出に利用できます 専用の後処理ツールでは 光線軌跡を解析し さまざまな光線で式を評価し 干渉縞を視覚化するさまざまな方法を利用できます 吸収媒体 領域や境界上の累積変数 1/4 波長板 強力吸収媒体の補正 直線偏光子 線形波波長板 ミューラー行列 光路長変数 曲率計算の波面基本半径 勾配媒体または均質媒体における光線追跡 光路長にもとづいた光線追跡スタディ 建築物理学と科学 カメラ コーティング 画像化 領域や境界に堆積した光線パ 光線ステータスデータを保存 ステップ 干渉計 ワー 誘電体膜 回析格子 拡散面散乱 周波数分布 理想的偏光板 均質媒体における強度計算 するオプション 位相計算 相図 ポアンカレ写像 ( スポットダイアグラム ) 偏向 非偏向 部分偏光 光線軌道と光線プロット 材料の不連続部分での反射と屈折 領域 境界 または点格子から光線を放出 鏡面反射 ストークスパラメーターの計算 レーザー レンズ系 光学構成要素 モノクロメータ 光加熱 太陽エネルギー発電 スペクトロメータ 事例紹介 (1/2) チェニー ターナー分光器 反射防止コーティング 多層膜 Czerny-Turnerモノクロメーターは 多色光を反射防止コーティングの最もシンプルな例は ニュートン式望遠鏡は 1668 年にアイザック 空間的に分離して一連の単色光にします この 1/4 波長層です このような単層コーティングニュートンによって発明され その組み立てモデルは 交差 Czerny-Turner 構成をシミュの大きな欠点の一つは 低反射率を実現するコストの経済性およびシンプルなデザインレートして 球状コリメートミラー 平面解析のに必要な屈折率を持つ 一般的な材料がから現代でも製造されています 光線を無限遠格子 球状画像化ミラー アレイ電荷結合素子ないことです 複数の層を組み合わせることにのソースから望遠鏡に伝播します 進入する (CCD) ディテクタをシミュレートします モデルより 単層よりも広い波長で反射係数を減少光は放物面鏡で二次平面鏡に反射され ここでは 幾何学的オプションインターフェースでさせるため 様々な材料を使用します この光は焦点面に反射します このチュートリアル検出面における入射光の位置を計算します モデルは1/4-1/4および1/4/-1/2-1/4 構造をモデルでは ニュートン式望遠鏡システムをこれから 装置の分解能を得ます モデル化します 通過する非編光の光線の追跡方法を紹介します 用途 ニュートン式望遠鏡の光線解析

43 回折格子の光線解析 コーナーキューブ リフレクタの光線解析 マイケルソン干渉計の光線解析 このモデルは 波動光学モジュールおよびコーナーキューブ リフレクタは 入射角にかこのモデルは伝熱 ( 固体 ) 固体力学それに光線光学モジュールを使用し 回折格子へのかわらず再初期化した軌道が初期軌道に対光線光学インターフェースを連成し マイケル異なる入射角の光線をモデル化します Sして平行であるため 光線の反射に使用するソン干渉計に表示される干渉パターンにパラメーターを使用して電磁波 格子単位のことができます このチュートリアルモデルはおける光学部品の熱拡散による影響を計算セルの反射率を指定した周波数領域インター光線光学インターフェースを使用して コーします フェース 幾何学的光学インターフェースにナーキューブ リフレクタで光線束の反射をシより 単位セルよりも幅広いスケールの回折ミュレートする方法を示しています 格子の光伝搬をモデル化します 光ファイバーのパイプ内反射 ヴィダラの火傷の原因究明 光ファイバーは異なる場所に光を運ぶためにヴィダラホテルが最初に開業したとき プール透過された放射の強度や偏光を 偏光子や使用することができます 一般的に二つの主要サイドの宿泊客は一年の特定の時期 一日の波形リターダーなど光学装置を組み合わせてなグループに分けることができます : 反射コー特定の時間帯に強烈な暑さを経験しました 制御できます このモデルでは 直交軸と透過 ティングで裏打ちしたクラッドおよび 光を閉じこの熱は 太陽光がホテル南側の湾曲した込める全反射のコアからなります このチュー壁面に反射して発生しました このモデルはトリアルでは 光は曲がった光ファイバー内問題が最初に報告された日時の プール周辺を全反射して伝搬します ファイバー形状にの太陽光の集光具合を示しています よる 透過率の影響を検討します 太陽光集光器の光線解析 熱による光学レンズの焦点変化 線形波制御装置の光線解析 軸という 2 本の直線偏光子で 光線強度をゼロまで減衰させます 次に 4 分の 1 波長 または 2 分の 1 波長の波長板を 2 台の偏光子の間に置いて 透過光の強度と偏光を解析します ルネベルグレンズ 放物面アンテナは ソーラーエネルギーが現代の高出力産業用ファイバーレーザールネベルグレンズは 特殊な集束特性につなターゲット ( レシーバー ) に集中して 非常にシステムは シングルモードレーザー照射で がる勾配屈折率を持っています この例は 高温の局所的熱流束ができることがあります 切断 穴あけ 溶接 刻印に3 kwまでを提供光線光学インターフェースを使用し 光線軌跡これで蒸気を生み出すことができ 発電機しています ターゲット表面にレーザービームおよび光路長を計算します の動力として利用でき 水素を生成すれば を収束させるための光学部品は 高透過性直接燃料源になります このモデルでは 材料を使用しても光によって運ばれる大量の半径位置の関数としてレシーバーに届いた力の影響を受けます レーザービームが光学熱流束を計算して 公表値と比較します 部品を通過するとき 熱膨張だけでなく光学太陽の有限の大きさ 周辺減光 表面粗さ材料の屈折率も変化し システムの焦点がの補正を考慮しています 変化します 重力レンズ このモデルは 地球から見た太陽表面から 1.75 秒角だけ偏光してかすめる方法を示しています アインシュタインは相対性理論で この値を第一次大戦中に予測しました 43 電気事例紹介 (2/2)

44 44 電気仕様表 AC/DC - Results and Visualization - 2D Histogram Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Phase Portrait Poincaré Map Acoustics - Results and Visualization - 2D Histogram Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Phase Portrait Poincaré Map Ray (data set) Ray (plot) Ray Evaluation Ray Trajectories Fluid Flow - Results and Visualization - 2D Histogram Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Phase Portrait Poincaré Map Mathematics - Results and Visualization - 2D Histogram Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Phase Portrait Poincaré Map Time Dependent - Ray Tracing RF and Optics - Physics Interfaces and Study Types - Geometrical Optics - Bidirectionally Coupled Ray Tracing Ray Tracing Boundary Conditions - Geometrical Optics - Accumulator Circular Wave Retarder Deposited Ray Power Grating with Diffraction Orders Ideal Depolarizer Linear Polarizer Linear Wave Retarder Material Discontinuity Mueller Matrix Ray Detector Thin Dielectric Film > Wall Predefined Multiphysics Interfaces - > Ray Heating Ray Properties and Releases - Geometrical Optics - Auxiliary Dependent Variables Calculation of Ray Intensity and Polarization Corrections for Strongly Absorbing Media Illuminated Surface Inlet Nonlocal Accumulator Optical Path Length Calculation Phase Calculation Photometric Data Import Ray Detector Ray Properties Ray Termination Ray Tracing in Unmeshed Domains Release Release from Data File Release from Edge Release from Grid Release from Point Solar Radiation > Ray Release Distributions Results and Visualization - 2D Histogram Aberration Evaluation Interference Pattern Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Optical Aberration Phase Portrait Poincaré Map Ray (data set) Ray (plot) Ray Evaluation Ray Trajectories Volumetric Domain Properties - Geometrical Optics - Accumulator Deposited Ray Power Medium Properties Ray Heat Source

45 II-1-5 プラズマモジュール ~ 低温 非平衡放電のモデル化 ~ プラズマモジュールは 低温温度プラズマソースとシステムのモデル化専用です 技術者や科学者はこのモジュールで放電の物理特性を調べ 既存の電位設計の性能を評価します このモジュールでは あらゆる空間次元 (1 次元 2 次元 3 次元 ) を解析できます プラズマシステムは 特にその性質上 非線形度の高い複雑なシステムです 電気入力やプラズマ化学の小さな変化は 放電特性における大きな変化として現れます 機能 アプリケーション固有フィジックスインター 有限要素離散化と有限体積離散化フェース 二次放出 DC 放電 熱電子放出 * 表面反応と表面化学 容量結合性プラズマ種 誘電結合性プラズマ 電子の熱拡散 マイクロ波プラズマ マクスウェル Druyvesteyn 汎用 ボルツマン方程式 二項近似電子エネルギー分布関数 断面データ アレニウス方程式 解 その他フィジックスインターフェース析方程式 ルックアップテーブル ま 電子輸送のドリフト拡散たはタウンゼント係数で反応を指定 イオンと中性の重量種輸送 包括的モデルライブラリとユーザ 外部電気回路をプラズマモデルに追加ーガイドする電気回路 事例紹介 (1/2) 誘電体バリアー放電 低温プラズマは 流体力学 反応工学 物理的力学 伝熱 質量移動 電磁を融合したものであり いわば重要なマルチフィジックスシステムであると言えます プラズマモジュールは さまざまな工学分野で発生する非平衡放電をモデル化するための特殊なツールです プラズマモジュールは 任意のシステムをモデル化できるフィジックスインターフェースのスイートで構成されています これらインターフェースにより 直流放電 誘導結合されたプラズマ マイクロ波プラズマなどの現象のモデル化をサポートしています プラズマモジュールには 文書化されたサンプルモデル モデル化プロセスのステップバイステップの解説 ユーザーガイドが同梱になっています 3D ICP 反応器 アルゴン化学 用途 化学蒸着 (CVD) オゾン発生 プラズマ強化化学蒸 プラズマ化学着 (PECVD) 容量結合性プラズマ DC 放電 (CCP) 誘電体バリア放電 プラズマディスプレイ ECR 源パネル エッチング プラズマ加工 有害ガス破壊 プラズマ源 誘導結合性プラズマ 電力系統 (ICP) 半導体製作 製造 処 イオン源理 材料処理 スラスタ マイクロ波プラズマ 直流グロー放電 このモデルは 大気圧中の気体の絶縁破壊 3Dプラズマのモデリングを COMSOLで行う低圧領域での直流グロー放電は ガスレーザーをシミュレートしています 誘電体バリアーことができます 方形コイルは誘電体窓のや蛍光灯に長く使用されています DC 放電放電のモデリングは複数の次元で可能です 上部に置き 13.56MHzで電気的に励起は 時間に依存していないため魅力的な研究この単純なモデルの問題は 板の直径よりもします 誘電体窓の下の 低圧 (20 mtorr) のです 1Dおよび 2Dモデルは 陽光柱の解析をはるかに小さい隙間を想定し 1Dに選定アルゴンガスを満たしたチャンバー内に設定するDC 放電インターフェースの使用方法します 破壊過程の物理を強調するため プラズマが形成されます ガスは二つの2 を示します 放電は カソードの 2 次電子放出モデルはアルゴン化学を使用して最小限のポートからプロセスチャンバー内に流れ で維持します 種と反応を保持します 単一の4インチポートから抽出されます プラズマは電磁誘導で保持され パワーは電磁場から電子に伝えられます 45 電気

46 46 電気ます 放電は 局所熱力学平衡であると仮定デルは 多くの異なるコードに対しての容量このモデルは 電子の共鳴加熱により持続 事例紹介 (2/2) 誘導結合プラズマ (ICP) トーチ 容量結合プラズマのベンチマークモデル 双極マイクロ波プラズマ源 ICPトーチ : 誘導結合性プラズマトーチのモデル容量結合プラズマの基礎となる物理学は 比 シミュレーション結果から 大気圧下のトーチ較的簡単な幾何学的構成および プラズマ化 の電気的特性と熱的特性が明らかになり学反応を考慮してもかなり複雑です このモ されます 結合プラズマの物理インターフェースをベンする2D 軸対称の双極マイクロ波プラズマ 無電極ランプ チマークします 界面化学反応チュートリアル 源を示しています これは高磁束密度を発生する電子レンジと同様で 電子サイクロトロン共鳴 (ECR) として知られています これは固有のCOMSOLを構成させる高度なモデルで 以下を含みます : - 静磁気モデルの無限要素 - 関数に基づいたアダプティブメッシュは ECR 表面に細分メッシュを作成します - 電磁波に対して PMLを表現します - 高周波電界の三つのコンポーネントすべて このモデルは無電極ランプのアルゴン / 水銀界面化学反応は多くの場合 最も重要であり の相互関係をシミュレートします 水銀原子反応流モデリングで最も見落とされがちな の自由度にもかかわらず 幾何学的に軸対称とします の低励起しきい値は 水銀が低濃度で存在側面もあります 表面速度の式は見つける - プラズマ導電率および荷電粒子の全周 する場合であっても その反応を支配することが難しく まったく存在すらしません 多くの 異方性テンソル ことを意味します プラズマから185 nmおよび場合 それらは直感的に推測することができる - 電子による ECR 表面の共鳴吸収力 253 nmの強いuv 放射があります UV 放射は ため 表面反応の説明に付着係数を使用する - 方程式ベースのモデリングは 積分量を 電球の表面にコーティングした蛍光体を刺激ことが好ましいです チュートリアルモデルは 使用して総吸収電力を修正します します 電気的な観点から ランプは 2 次側化学蒸着 (CVD) プロセス中のウェハーから - ソルバーの優先順位は 最初に静磁場を 負荷として作用するプラズマを伴う変圧器とガス放出をシミュレートします 計算し プラズマコンポーネントを解きます 考えることができます 熱プラズマ 表面マイクロ波プラズマ 大気圧コロナ放電 このモデルは まだ局所熱力学平衡でない波動加熱放電は平面波が導波管を使用してこのモデルは二つの同軸形状の導体の間中圧 (2 torr) のプラズマをシミュレートします 反応器に導かれるような非常にシンプルでに発生する 負コロナ放電をシミュレート低圧では 二つの温度は分離していますが よく または非常に複雑なECR( 電子サイクロします 負電位は内部導体に印加し 外部圧力が上がるにつれて同じリミットに向かいトロン共鳴 ) 原子炉でもよいです この例では 電位は接地しています モデル化した放電ます 波動を反応器内に入射してアルゴンプラズマは大気圧アルゴンをシミュレートしています を生成します 波動は部分的にプラズマに吸収および反射され プラズマを維持します ドリフト拡散のチュートリアルイオンエネルギー分布関数 ドリフト拡散インターフェースは 反応 / 移流 / プラズマモデルを解いた後 最も興味のある拡散方程式により 電子密度および電子エネ量の一つはイオンエネルギー分布関数 (IEDF) ルギー密度を求めます このチュートリアルのです IEDF の大きさと形状は 放電パラメーター例では 電子密度を計算し ドリフトチューブの多くに依存します ; 圧力 プラズマ電位 内の電子エネルギーを平均します 電子が左シース幅 他 非常に低い圧力では無衝突と境界上の想定する平均電子エネルギーが解放されており イオンエネルギーは背景ガスとされ 熱電子放出します 電子はその後 電子の衝突で遅延しないことを意味します ドリフト速度と反対の 右境界の外部電場に向かって加速させられます

47 AC/DC - Physics Interfaces and Study Types - > Electrical Circuit Boundary Conditions - Circuit Terminal Dielectric Shielding Distributed Capacitance Distributed Impedance Electric Shielding Surface Charge Accumulation > Floating Potential Electrical Circuit - Export of SPICE Netlist Import of SPICE Netlist Linear Passive Circuit Element Nonlinear & Active Circuit Element Voltage and Current Source Lumped Parameters - S, Y and Z parameter conversions > Capacitance, Impedance and Admittance Matrix Calculation > S-Parameter Matrix Calculation Results and Visualization - > Smith (plot) Volumetric Domain Properties - Circuit Terminal Electric Infinite Domain Modeling with Infinite Elements Fluid Flow - Boundary Conditions - Vacuum Pump Inlet - Laminar Flow with Average Velocity, Volumetric Flow Rate or Pressure Mass Flow Rate and Mass Flux Standard Mass Flow Rate (SCCM) Outlet - Laminar Flow with Average Velocity, Flow Rate or Pressure Wall - Slip Velocity using Viscous Slip and Thermal Creep Heat Transfer - Volumetric Domain Properties - Thermodynamics for Heat Transfer in Fluids - Ideal Gas Mathematics - Study Steps - Frequency Domain - Mean Energies Reduced Electric Fields Stationary - Frequency-Stationary Time Dependent - Frequency-Transient Plasma - Physics Interfaces and Study Types - > Boltzmann Equation, Two-term Approximation > Drift Diffusion > Heavy Species Transport > Plasma Boundary Conditions - Electrons - Flux Insulation Prescribed Electron Density Prescribed Mean Electron Energy > Wall Heavy Species - Bulk Species Flux Inlet Outlet Surface Reactions Surface Species Symmetry Data Import - CHEMKIN file import of thermo and transport data Cross Section Data Discretization - Finite Element Finite Volume Predefined Multiphysics Interfaces - > Inductively Coupled Plasma [9] > Microwave Plasma [9] Equilibrium Discharges - > Combined Inductive/DC Discharge [9] > Equilibrium DC Discharge > Equilibrium Inductively Coupled Plasma [9] Results and Visualization - > Smith (plot) Volumetric Domain Properties - 1D, 2D, Axisymmetric, and 3D Formulations Automatic Computation of Electron Mobility Collisionless Heating Drift Diffusion Model Electron Production Rate General Power Deposition Inductive Power Deposition Microwave Power Deposition Reaction Species, Non-Electron Thermal Diffusion of Electrons Diffusion-Models for Heavy Species Transport - Fick's Law Global Modeling Mixture-Averaged Electron Energy Distribution Function - Druyvesteyn Generalized Maxwellian User Defined Electron Energy Models - Energy Equation Fixed Mean Electron Energy Local Field Approximation Electron Impact Reaction - Specify with Arrhenius Coefficients Specify with Cross-section Data Specify with Look-up Tables Specify with Rate Constant Specify with Townsend Coefficients Ion Mobility Models - Automatic from Diffusivity Dalgarno High Field Limit Lookup Table User Defined RF and Optics - Results and Visualization - > Smith (plot) [9] Requires all indicated products 47 電気仕様表

48 48 電~ 基礎研究における半導体装置の詳細解析 ~ 気II-1-6 半導体モジュール 機能 ドリフト拡散方程式をガラーキン最小二乗安定化法の有限要素法で解決 散乱プロセスを記述する緩和時間近似 抵抗接触 ショットキー接触 境界ゲートを定義する専用機能 フォノンイオン化不純物 フォノン 不純物 キャリア キャリア散乱 中性不純物散乱 散乱 高磁場速度飽和 表面散乱の定義済み易動度モデル 散乱の定義 またはカスタム易動度モデルの定義 オージェ過程 直接過程 Shockley-Read Hall 再結合レートの機能 または独自の値を指定可能 半導体モジュールにより 半導体デバイス操作の詳細解析が基本物理特性レベルでできます このモジュールのベースは 等温モデルまたは非等温輸送モデルを使用したドリフト拡散方程式です このモジュールは バイポーラー 金属半導体電界効果トランジスター (MESFET) 金属酸化物- 半導体電界効果トランジスター (MOSFET) ショットキーダイオード サイリスター P-N 接合など さまざまな実用的装置のシミュレーションに便利です マルチフィジックス効果で 半導体デバイスの性能に重要な影響が与えられることが少なくありません 半導体の処理は 高温で実施されることが多く そのため 材料にストレスがかかることがあります また 高出力装置では かなりの熱が発生することがあります 半導体モジュールでは COMSOLプラットフォームで半導体デバイスレベルのモデル化が可能であり 複数の物理的効果がかかわるカスタマイズしたシミュレーションが簡単にできます さらに このソフトウェアは 独自の透過性を備えており いつでもモデル方程式を操作でき このモジュールにあらかじめ定義されていない現象を自由に定義できます 用途 空間的に変化する解析関数または補間 バイポーラトランジスタ関数により定数 ガウス またはカスタム 金属半導体電界効果型トランジスタのドーピングプロファイルを指定 (MESFET) フェルミ ディラック統計およびマクスウェ 金属酸化膜半導体電界効果トランジスタル ボルツマン統計 (MOSFET) ビルトイン内挿関数によるデータインポ ショットキーダイオードートと処理でドーピングプロファイルを指 サイリスタ定 P-N 継ぎ手 静電場と電流 SPICE 回路によるシステムレベルの複合装置シミュレーション 連続擬フェルミ準位または熱イオン放出によるヘテロ接合 衝突イオン化 不完全イオン化 静止 時間依存の小信号解析

49 事例紹介 (1/2) MOSFET の DC 特性 このモデルは単純なバイポーラートランジ最初にしきい値電圧を定めるために ゲートこのシンプルなベンチマークモデルは ポテンスターモデルを設定する方法を示しています 電圧特性に対するドレイン電流を計算します シャルおよび 有限要素法と有限体積法のエミッタ共通回路構成での電流 - 電圧特性を次に ドレイン電流に対するドレイン電圧両方を使用して 1DのP-N 接合のキャリア濃度計算し エミッタ共通回路構成の電流増幅率特性を計算します デバイスの線形領域およびを決定します Caughey-Thomas の移動度 飽和領域は これらのプロットから識別することができます シリコンナノワイヤー全周ゲートデバイスの表面トラップ 1D の P-N 接合 を計算します 書籍 (Kramer および Hitchon の "Semiconductor Devices: A Simulation Approach") の同等のデバイスと結果を比較します P-N 接合ダイオード 印加磁場の平行成分の増加に伴い キャリア全周ゲート MOSFETは ナノワイヤーを電極で P-N 接合のシリコンダイオードに SPICEパラは周囲の熱エネルギーおよび 格子への光囲んだ構造です ナノワイヤー全体でチャネルメーターを引用します SPICEパラメーターは フォノンの放出によるエネルギーを伝達するを形成し チャネルに可能な限り静電的制御完全なデバイスレベルのシミュレーションとフィールドによりエネルギーを得ることがおよびMOSFETの微細化に適した対象として比較する 半波整流器の集中素子等価回路できます 後者の影響は キャリア移動度の注目されています このモデルは ゲート表面モデルの作成に使用します この例では 正弦飽和につながります Caughey Thomasのの異なるトラップ密度によるシリコンナノ波ソース 抵抗および接地といった基本的な移動度モデルは既存の移動度モデルにhigh ワイヤー全周ゲートデバイスを解析します 半波整流回路を含む素子モデルのP-N 接合 ield velocity scattering to an existing mobility トラップの効果はゲートからの電界をシールドダイオードを2Dメッシュ化して接続します model( または一定の移動度を入力 ) を追加させ ひいてはチャネルを開くしきい値電圧シミュレーション結果の検証にデバイスシミュします このモデルは電子および正孔移動度を高めることです レーションの出力は 大信号ダイオードモデルに Caughey-Thomas high field saturation を使用して得られた結果と比較します modelを使用する方法を示しています バイポーラートランジスターの熱解析 バイポーラートランジスターの 3D 解析 1D のヘテロ接合 このモデルは どのように伝熱 ( 固体 ) インターこのモデルは N-P-N 接合のバイポーラーこの一次元モデルは 順方向および逆方向フェースを半導体インターフェースに結びトランジスターの 3Dシミュレーションを設定バイアス下での異なる三つのヘテロ接合付けるかを示します 熱解析は デバイスがする方法を示します バイポーラートラン構成をシミュレートします モデルは バイアス active-forward 構成で操作した場合 既存のジスターモデルのデバイスの 3Dバージョン下で接合した異なる材料間から発生する電流バイポーラートランジスターモデルで実行を示しており COMSOL Multiphysicsを使用の伝達を決定するために 熱電子モデルとはします 半導体インターフェースはキャリアして半導体モデリングを 3Dに拡張する方法対照的に連続した擬フェルミ準位モデルをダイナミクス デバイス内の電流および 電気を示しています このモデルは 2Dバージョン使用して違いを示しています モデルから処理による加熱項の出力を計算します 加熱と同様 エミッター共通回路で動作するデバイス得られたエネルギー準位は 価電子帯の正孔項は物理インターフェースの伝熱の熱源としてをシミュレートします 電圧駆動型のスタディまたは伝導体の電子に由来するかどうか 使用し デバイス全体の温度分布を計算します は 電流電圧応答を特徴づけるために計算すなわち 電流の伝達を強調するため各構成物理インターフェースの伝熱における温度し 電流駆動型のスタディは アナログ電流間で比較します 各シミュレーションから分布は 半導体インターフェースで格子温度増幅器として動作するデバイスをシミュレート得たJ-V 曲線 ( 電流密度対印加電圧 ) は 専門書を指定するために使用し 電気特性を変更するために実行します から得た結果と比較されます して加熱項の変化を引き起こし モデルは完全に結び付けられます 49 電気バイポーラートランジスター

50 50 電気事例紹介 (2/2) MOSFET のブレークダウン 波長調整可能 LED ロンバルディの表面移動度 MOSFETは ドレイン -ソース間電圧がゲートこのアプリケーションは AlGaN/InGaN 系音響フォノンの表面および表面粗さは 特に電圧に依存する三つの動作領域があります LEDの発光特性を計算します 発光強度 MOSFETのゲート下にできる薄い反転層の最初の電流 - 電圧の関係は線形であり これスペクトル および発光効率は 印加電圧キャリア移動度に重要な影響を持ちます はオーミック領域です ドレイン-ソース間や選択範囲を超える電圧の関数として計算ロンバルディの表面移動度のモデルは 電圧が増加するにしたがって電流は飽和しします InGaN 層のインジウム配合は 発光マーティセンの法則を使用して既存の移動始める これは飽和領域です さらに印加波長を制御するために変更できます 発光度モデルにこれらの影響による表面散乱を電圧を微増させ ドレイン-ソース間電圧をスペクトルを計算し 対応する発行色を表示追加します ブレークダウン領域まで増加させると電流します は急激に上昇します これは衝突電離を引き起こします P-N 接合の GaAs 赤外 LED MESFET の DC 特性 超格子バンドギャップツール このモデルは 電磁スペクトルの赤外線部分このモデルでは 異なるドレインおよびゲート Superlattice Band Gap Toolは 2 種の交互すで発光する LEDをシミュレートします デバイス電圧での型ドープGaAs MESFETの応答をる半導体材料 ( 超格子 ) からなる周期構造の構造は p 型ドーピング付近の層かn 型ウェハーシミュレートします Nドープした材料の電子設計に役立ちます このツールは シュレディの上面に形成された単一のP-N 接合で構成濃度は 正孔濃度よりも桁違いに大きくなるンガー方程式の有効質量を使用して 超格子されています モデルの光学遷移機能は ことが予想されます したがって それは通常 構造における電子および正孔の基底状態エデバイスからの電界発光の計算に使用します 電子および正孔化を使用して必要とされる ネルギー準位を推定します 素子設計者はこ電子物性を計算し 光生成効率を評価します 自由度を差し引いた正確な計算に多くののツールを使用して 周期構造の有効バンドまた 発光再結合の空間分布を可視化するキャリアオプションを使用することが可能ギャップを迅速に計算し 求めるバンドギャことにより 出力光の総合効率を最大化できるです ップ値に達するまで設計パラメーターを反よう設定提案が行えます 復することができます 1D 二重障壁 二重障壁構造は共鳴トンネルダイオードのような半導体デバイスへの応用に重要です この実証例では シュレーディンガー方程式のインターフェースを使用し 単純な 1D GaAs / AlGaAs 二重障壁構造を設定し 準束縛状態とその時間発展 共鳴トンネリング現象 および伝達を含むエネルギーの関数を解析します モデル結果は 計算した準束縛状態の固有エネルギーと共鳴トンネリング条件 ならびに計算した透過係数の両方において 解析結果と非常に良好な一致を示します

51 AC/DC - Physics Interfaces and Study Types - > Electrical Circuit Boundary Conditions - Circuit Terminal Electrical Circuit - Export of SPICE Netlist Import of SPICE Netlist Linear Passive Circuit Element Nonlinear & Active Circuit Element Voltage and Current Source Volumetric Domain Properties - Circuit Terminal Mathematics - Study Steps - Stationary - Semiconductor Initialization Semiconductor - Physics Interfaces and Study Types - > Schrödinger Equation > Semiconductor Predefined Multiphysics Interfaces - > Semiconductor Optoelectronics, Beam Envelopes [10] > Semiconductor Optoelectronics, Frequency Domain [10] Schrödinger Equation Boundary Conditions - Zero Flux Zero Probability > Open Boundary > Periodic Condition Schrödinger Equation Volumetric Domain Properties - Effective Mass Electron Potential Energy Semiconductor Boundary Conditions - Surface Charge Density Thin Insulator Gate > Continuity/Heterojunction > Electrostatics Boundary Conditions > Insulation > Insulator Interface > Metal Contact Semiconductor Carrier Statistics - Fermi-Dirac Maxwell-Boltzmann Semiconductor Discretization - Finite Element Finite Element (Log Equation Formulation) Finite Volume Semiconductor Volumetric Domain Properties - > Electrostatics Domain Properties > Semiconductor Material Model Doping - > Analytic Doping Model > Geometric Doping Model Generation-Recombination - Auger Recombination Direct Recombination Impact Ionization Generation Shockley-Read-Hall Recombination User-Defined Generation User-Defined Recombination Mobility Models - Arora Mobility Model Caughey-Thomas Mobility Model Fletcher Mobility Model Lombardi Surface Mobility Model Power Law Mobility Model User Defined Mobility Model Optoelectronics - > Indirect Optical Transitions > Optical Transitions Trap Density - > Analytic Trap Density > Geometric Trap Density [10] Requires all indicated products 51 電気仕様表

52 52 電~ マイクロエレクトロメカニカル (MEMS) シミュレーション ~ マイクロエレクトロメカニカル (MEMS) の設計とモデル化は ユニーク 気II-1-7 MEMS モジュール 機能 座屈 弾性波 弾性流体力学 静電学 静電アクチュエ-ション 流体構造連成 (FSI) ジュール加熱 大変形 重力 モード解析 機械的接触 完全整合層 (PML) 圧電気 圧電抵抗 プレストレスト構造 固体力学 遠心力 コリオリ力 オイラー力の働く回転フレーム 熱応力 熱弾性 薄膜減衰 センサー SPICE 回路 振動 粘弾性 スピンソフトニング効果 な工学分野です 極小領域で動作する共振子 ジャイロスコープ 加速度計 アクチュエーターの設計では その動作時におけるいくつかの物理的現象の影響を考慮しなければなりません その点 COMSOL MultiphysicsはMEMSへの応用に最適です この目的達成のため MEMSモジュールは 電磁場 構造連成 伝熱 構造連成 流体 構造連成など さまざまな連成物理特性を対象に モデル化ツールが関連付けられた定義済みのユーザーインターフェース ( フィジックスインターフェース ) を備えています モデルには 薄膜の気体による減衰 固体材料と圧電材料の異方性損失係数 アンカー減衰 熱弾性減衰など さまざまな減衰現象を組み込むことができます 弾性振動と弾性波の場合 完全整合層 (PML) により 送出弾性エネルギーの最先端の吸収機能を提供します クラス最高の圧電モデル化ツールとピエゾ抵抗モデル化ツールでは 複合ピエゾ弾性誘電材料を考えられるあらゆる構成で組み合わせることのできるシミュレーションが可能です MEMSモジュールには 定常 / 過渡領域だけでなく 完全連成による固有振動数 パラメトリック 準定数 周波数応答解析機能が含まれています 静電容量 インピーダンス アドミッタンスの集中定数パラメーター抽出 SPICEネットリストによる外部電気回路による外部回路への接続は 簡単に実行可能です COMSOL Multiphysicsのコア機能上に構築されたMEMSモジュールは 微小領域に関連するほとんど全ての物理現象に適用可能です 用途 加速度計 アクチュエータ バルク弾性波 (BAW) 装置 片持ばり キャパシタ ジャイロスコープ 磁歪装置 共振回路 圧電素子 ピエゾ抵抗装置 RF MEMS センサー 表面弾性波 (SAW) 装置 熱アクチュエータ

53 事例紹介 (1/2) 複合材料圧電素子 ヤモリの足の構造解析 ばね状構造や薄型構造の反りを作成するこの例は圧電素子の課題を設定する方法を自然界で ヤモリは壁を登るために乾燥接着力方法の一つは 残留応力の影響下にある基板示します 複合材料超音波圧電素子は 圧電を使用しています 例えばロボットアプリケーにめっきすることです めっきプロセスは セラミック層 二つのアルミニウム層 および ションで使用する合成ヤモリ足毛の開発の同様の材料についてもこの応力を制御する二つの接着剤層で構成した円筒形状をしてように 研究者にヒントを与えてきました ことができます そのようなデバイスは静電的います システムは圧電セラミック層の両側このモデルは合成ヤモリ足毛のマイクロ / ナノに制御されたマイクロミラーです それはの電極表面に交流電位を印加します 目的は 階層が含まれており マイクロおよびナノの一般的に極めて小さく このようなデバイス構造の四つの最低固有振動数の周波数範囲両方のスケールで剛毛およびヤモリの足先のアレーはプロジェクターで実現することが周辺のアドミタンスを計算することです のスパチュラ (spatula) を記述します できます マイクロレジスタビーム 積層板中の熱応力 バイアスをかけた共振器の最低作動電圧 この例は一つのモデルで 熱 電気 および積層板中の熱応力を この例で研究します 静電力駆動のMEMS 共振器を時間および構造解析を結びつける能力を示しています コーティングおよび基板層の二層からなる板周波数領域でシミュレートします デバイスはこの特別なアプリケーションは 電流を流すは800 で 応力と歪みはありません 板の温度平行板コンデンサーの両端にAC + DCのバイことでビームが移動します ; 電流は熱を発生を150 に下げると 熱応力が誘起されます アス電圧を印加して駆動します DCバイアスさせ 温度上昇の変位は熱膨張につながり三番目の層 キャリア層を追加し コーティングの共鳴周波数の依存性を評価し 周波数領域ます モデルはビームを変位させるために および基板層内に初期応力として熱応力をおよび過渡解析は デバイスの性能を調査どのくらいの電流と温度上昇が必要かを推定追加し 温度は最終的に20 まで低下します するために行います します モデルは かなり単純な3Dジオメトリとフィジックスですが マルチフィジックスモデリングとしての良い例になっています 圧電せん断駆動梁 静電稼働片持ち梁 静電容量型式力センサー解析 モデルは圧電素子デバイスインターフェース弾性片持ち梁は MEMSの設計に使用される静電容量型式力センサーをシミュレートしてを使用して 片持ち梁の運動に基づいて圧基本構造の一つです このモデルは静電負荷います 圧力センサーは 容量変化に基づいた電アクチュエーターの静的解析を行います を印加した片持ち梁の曲げを示しています 圧力を提供し 構造の変化に関係があります 圧電材料のせん断モードを使用して斜めにモデルは印加電圧下ビームの変形を解決変形は周囲圧力と温度 使用材料 材料の歪めます します 初期応力に依存します 53 電気マイクロミラー解析

54 54 電気事例紹介 (2/2) 流体 - 構造連成 時間依存解析 表面弾性波によるガスセンサー 薄膜 BAW 複合共振器の解析 このモデルはCOMSOL Multiphysicsにある表面弾性波 (SAW) は 固体材料の表面に沿ってバルク弾性波 (BAW) 共振器は 無線周波アプリ流体 - 構造連成の問題を設定する方法を示し伝搬する振動です 振幅は材料の深さにより ケーションでは狭帯域フィルターとして使用ます 流体が固体構造を変形させ どのように指数関数的に急激に減衰します SAWはすることができます 従来のセラミック型電磁継続する流れでジオメトリ変形を解決するフィルター 発信器およびセンサーなど 多くの共振器と比較した BAW 共振器の利点は 電磁かを示しています 流体 - 構造連成 (FSI) マルチ電子部品で使用されています 一般的なSAW 波の波長よりもはるかに小さい音波の波長フィジックスインターフェースは 流れおよびデバイスは 電気信号に変換する圧電材料により はるかに小さくすることができると固体構造の連成をキャプチャーし 流体流れに電極を適用し 元に戻ります SAWの応答いうことです バルク弾性モードに加えて は デバイスが収集するために使用する情報共振器構造は非常に狭いスペースで多くの と固体力学を組み合わせます 固体力学インターインターフェースおよび単相流インターフェースは それぞれ固体および流体をモデル化します 圧力センサーの吸湿解析 を提供します このモデルは SAW ガスセンサーの共振周波数を調査します 2 ポート圧電 SAW デバイス解析 スプリアスモードを有しています 厚みせん断モード水晶発振子 超小型電子回路の集積に MEMSデバイスこのモデルは 時間領域における表面弾性波 ATカット水晶振動子は 発振子から微量天びんはプリント基板上に接合し 他のデバイスとをモデル化する方法を示しています 3Dモデルといった 幅広いアプリケーションで使用され接続しています そして 回路全体の多くは のジオメトリは YXに128 度 lカットしたニオブています ATカットの重要な特性の一つでエポキシ樹脂封止材 (EMC) でコーティング酸リチウム基板を表しています SAWデバイスある水晶の共振周波数は 温度に依存しないしてデバイスを保護し 基板と連結されます には二つのポートがあります 金属電極は境界ことです これは質量の検知およびタイミンこのような用途に使用されるエポキシポリマー条件を用いて完全導体としてモデル化されてグ用途において望ましいです ATカットしたは 吸湿や吸湿膨張によりEMCと基板間のいます 例えば基板の大きさなどの幾何学的水晶は カット面両端の印加電圧によりせん層間剥離や MEMS 部品の誤動作につながり寸法は ポートとポート間の櫛型電極 (IDT) 数の断応力を生成し 厚みすべりモードで振動します MEMS Pressure Sensor Drift appは ギャップで 操作は目標とする周波数に対してます この例は ATカット厚みすべり振動子吸湿膨張によるMEMS 圧力センサーの湿潤完全にパラメーター化しています の振動を考慮し周波数領域におけるシステム環境へのドリフト計測をシミュレートします の機械的応答に焦点をあてています

55 AC/DC - Physics Interfaces and Study Types - > Electric Currents, Shell > Electrical Circuit Boundary Conditions - Circuit Terminal Dielectric Shielding Distributed Capacitance Distributed Impedance Electric Shielding > Floating Potential Edge and Point Conditions - Electric Point Dipole Electrical Circuit - Export of SPICE Netlist Import of SPICE Netlist Linear Passive Circuit Element Nonlinear & Active Circuit Element Voltage and Current Source Lumped Parameters - S, Y and Z parameter conversions > Capacitance, Impedance and Admittance Matrix Calculation > S-Parameter Matrix Calculation Results and Visualization - > Smith (plot) Volumetric Domain Properties - Circuit Terminal Electric Force and Torque Electric Infinite Domain Modeling with Infinite Elements Acoustics - Edge and Point Conditions - Solid Spring Foundation Multiphysics - Domain Multiphysics Couplings - Piezoelectric Effect Volumetric Domain Properties - Infinite Solid Domain Modeling with Perfectly Matched Layers Acoustic-Structure Interaction - Initial Stress and Strain Tensors > Piezoelectric Devices Chemical - Multiphysics Couplings - > Hygroscopic Swelling Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - > Fluid-Structure Interaction (FSI) Thin-Film Flow - > Thin-Film Flow Domain, 2D > Thin-Film Flow, Edge, 2D > Thin-Film Flow, Shell, 3D Thin-Film Flow Boundary Conditions on Edges or Points - Border Flow Inlet Outlet Symmetry Wall Volumetric Domain Properties - > Fluid-Structure Interaction (FSI) > Thin Film Flow Mathematics - Coordinate Systems - Scaling System Study Steps - Frequency Domain - Frequency-Domain Modal Other - Linear Buckling Viscoelastic Transient Initialization Time Dependent - Modal Reduced Order Model Time-Dependent Modal Plasma - Results and Visualization - > Smith (plot) RF and Optics - Results and Visualization - > Smith (plot) Structural Mechanics - Physics Interfaces and Study Types - > Electromechanics > Thermoelasticity Conditions on Surfaces - Electromechanics - Electromechanical Interface Multibody Dynamics - Piezoresistivity, Boundary Currents - Thin Conductive Layer Thin Piezoresistive Layer Piezoresistivity, Shell - Damping1 Linear Elastic Material, Shell and Plate [11] Thermal Expansion [11] Thin Conductive Layer [11] Thin Piezoresistive Layer [11] Solid Mechanics - Added Mass Antisymmetry Follower Pressure Load Low-Reflecting Boundary Prescribed Acceleration Prescribed Velocity Thin Elastic Layer > Contact > Spring Foundation Multiphysics Couplings - > Fluid-Structure Interaction, Fixed Geometry Solid Rotor - Thermoelasticity - Temperature Deviation Thermal Insulation Zero Temperature Deviation Edge and Point Conditions - Solid Mechanics - Added Mass > Spring Foundation Predefined Multiphysics Interfaces - > Joule Heating and Thermal Expansion > Magnetostriction [12] > Piezoelectric Devices > Piezoresistivity, Boundary Currents > Piezoresistivity, Domain Currents > Piezoresistivity, Shell [11] > Thermal Stress Results and Visualization - Principal Stress Surface Principal Stress Volume Special Conditions - Solid Mechanics - > Rigid Connector 55 電気仕様表 (1/2)

56 56 電Volumetric Domain Properties - Geometric Nonlinearity Infinite Domain Modeling with Infinite Elements Infinite Domain Modeling with Perfectly Matched Layers Initial Stress and Strain Tensors Joule Heating Model for Thermal Expansion Electromechanics - Damping and Loss Thermal Expansion Constitutive Relations - Electric Material Linear Elastic Dielectric Linear Elastic Material, Solid Mechanics Piezoresistivity, Boundary Currents - Damping and Loss Thermal Expansion Constitutive Relations - Linear Elastic Material, Structural Mechanics Piezoresistivity, Domain Currents - Damping and Loss Thermal Expansion Constitutive Relations - Conductive Material Linear Elastic Material, Structural Mechanics Piezoresistive Material Solid Mechanics - Added Mass Gravity > Rotating Frame Constitutive Relations - External Stress-Strain Relation > Magnetostrictive Material [11] > Piezoelectric Material > Rigid Domain > Viscoelasticity Multiphysics Couplings - > Hygroscopic Swelling > Magnetostriction [12] > Piezoelectric Effect > Thermal Expansion Thermoelasticity - Linear Thermoelastic Material 気仕様表 (2/2) [11] Requires all indicated products [12] This feature requires the AC/DC Module and one of the Structural Mechanics Module, MEMS Module, or Acoustics Module

57 造& 音響II-2 構造 & 音響 II-2-1 構造力学モジュール II-2-2 非線形構造材料モジュール II-2-3 ジオメカニクスモジュール II-2-4 疲労解析モジュール II-2-5 マルチボディダイナミクスモジュール II-2-6 ローターダイナミクスモジュール II-2-7 音響モジュール 57 構

58 58 構造& 音II-2-1 構造力学モジュール ~ 構造力学解析ソフト ~ 響機能 1 音響 - 構造連成 1 ビーム 生物力学 座屈と後座屈 接触解析 2 疲労評価 2 流体 - 構造連成 (FSI) 幾何学的非線形性 大変形 3 潤滑と弾性流体力学 3 1 音響モジュールと連携 2 疲労解析モジュールと連携 3 CFD モジュールと連携 事例紹介 (1/2) 圧電せん断駆動梁 薄膜 モード解析 4 マルチボディダイナミクス4 5 非線形材料 5 圧電素子 6 多孔質弾性 6 プレストレスト構造 ローターダイナミクス シェル 4 マルチボディダイナミクスモジュールと連携 構造力学モジュールは 静的負荷や動的負荷を受ける機械構造の解析 専用のモジュールです このモジュールは 静的 過渡的 固有モード / モーダル パラメトリック 準静的 周波数応答 座屈 プレストレスト などさまざまな解析タイプに利用できます 構造力学モジュールには 2 次元 2 次元の軸対象 固体の 3 次元座標 系 シェル (3 次元 ) プレート (2 次元 ) トラス (2 次元 3 次元 ) 薄膜 (2 次元 軸対象 3 次元 ) ビーム (2 次元 3 次元 ) 解析用のユーザーインター フェースがあります これらのインターフェースでは 幾何学的非線形 による大変形解析 機械的接触 熱歪み 圧電材料 流体 - 構造連成 (FSI) を処理します 非線形材料解析には 非線形構造材料モジュールとジオメカニクスモジュールという 2つのアドオン製品を用意しました 疲労寿命評価には 柔軟体と剛体力学のモデル化用として疲労解析モジュール またアドオンのマルチボディダイナミクスモジュールがあります 構造力学モジュールは COMSOL Multiphysicsやその他用途固有のモジュールと連携して機能し 機械構造と電磁場 流量 化学的反応間の連成など さまざまなマルチフィジックス現象の構造解析と連成できます 5 非線形構造材料モジュールおよびジオメカニクスモジュールと連携 6 地下水流モジュールと連携 ビームの大変形解析 ソリッド 応力光学効果 構造的接触と摩擦 7 構造最適化 7 構造振動 熱応力 トラス 粘弾性 7 最適化モジュールと連携 モデルは圧電素子デバイスインターフェースこの例は大たわみが起きている 片もち梁の積層板中の熱応力を この例で研究します を使用して 片持ち梁の運動に基づいて圧電たわみをスタディします また構造の線形コーティングおよび基板層の二層からなる板アクチュエーターの静的解析を行います 圧電座屈解析も行われます モデルはNAFEMSのは800 で 応力と歪みはありません 板の温度材料のせん断モードを使用して斜めに歪め Section 5.2 Background to Finite Element ます Analysis of Geometric Non-linearity ベンチマークによります 積層板中の熱応力 を 150 に下げると 熱応力が誘起されます 三番目の層 キャリア層を追加し コーティングおよび基板層内に初期応力として熱応力を追加し 温度は最終的に 20 まで低下します

59 ブラケット - 非定常解析 アルミ押出成形の流体 - 構造連成 チューブ接続におけるプレストレストボルト これらのモデルは構造力学モジュールを使用圧延や押出のような大規模な成形過程では 8 本のプレストレストボルトを持つフランジ した 構造力学モデリングの手引きとして使用理想的には塑性状態で材料を流しがなら のチューブ接続は 内部圧力 軸方向力 およ されています 以下の機能が導入されています : 高温の固体状態で金属合金を変形させます び外部曲げモーメントからな一連の負かを 材料が速度および温度に依存すると考え受けます モデルドメインは 二つの対称面 - パラメトリックスタディ - 非定常解析 られている場合 効果的に計算流体力学をが存在するため 全体のジオメトリの 1/4に - 初期ひずみを含む - 固有振動数解析 使用してシミュレートすることができます なっていす このスタディーは 二つのステッ - 熱膨張のモデル化 - プレストレス固有振動数伝熱方程式が流体力学の一部と完全に結合プで構成されています 最初はチューブとボ - ジットコネクターの追加 - スプリング条件の追加 解析 - 周波数応答解析 されるよう 移動する材料の内部摩擦は熱源ルトの応力状態が加えられた外部荷重によとして働きます 大変形が含まれる場合 このってどのように変化するかを 次に多くの応 - シェルのモデリング - プレストレス周波数応答アプローチは特に有利です このモデルは力分布図が作成されそれに従って応力線形 - シェルフィジックスイン 解析 基準となる研究に適合しています 熱 - 構造化評価が実行されます ターフェースのモデリング - 幾何学的非線形性問題 : 線形座屈モデリング - 接触問題のモデリング 連成は 非ニュートン流れと熱伝達方程式の連成 加えて 流圧および熱負荷による金型の応力について知ることは有益です 積層複合材の混合モード剥離 粘弾性材料製のダンパーの過渡的構造解析 音響 - 構造連成 液体や気体の音響へは膜 板またはソリッド 層間剥離や剥離による界面破壊は Cohesive Zone Model(CZM) でシミュレートできます この例は CZMを実装した双一次の結合力 - 開口変位関係を示します これは 粘弾性材料の層を含む減衰要素は多くのとして構造体オブジェクトに結合され 多くの場合 地震および建物や高層建築物の風誘発工学分野における重要なアプリケーション振動の低減に使用されています 共通するです このモデルはソリッドオブジェクトに特徴は強制振動周波数が低いことです この結合している 3Dの音響流体現象の一般的な アプリケーションは 粘弾性ダンパーの強制デモです ソリッドオブジェクトの壁は 音圧の複合材料における 混合モードでの軟化開始応答の典型的なスタディです この解析には影響を受けています ソリッドから周波数応答 および剥離伝播を予測するために使用され二つの例が含まれています : 周波数応答解析を計算し その後波形パターンを分析できる ます および時間依存解析 よう音響ドメインにフィードバックします このようなモデルは 散乱問題の良い例と なります 血管組織網の流体 - 構造連成 ヒーター回路 接触のベンチマークテスト このモデルは 幼児の血管系の一部です - 上行小型の加熱回路は多くのアプリケーション両方の構造が弾性の 無限長の鋼製円柱が大動脈 血管は生体組織 ( 心筋 ) に埋め込まれ で使用されます 例えば製造プロセスでは 平たいアルミ基盤上に乗っていることを考えて血流による内壁への圧力は血管壁の変形を反応性流体を加熱します 使用するデバイスみます 円柱は上部に沿って点荷重にさらされ引き起こします 異なる二つの手順を結びはガラス板上の堆積電気抵抗層からなります ます この研究の目的は接触圧分布と 基盤とつけて完全な解析を構成します : 速度場の回路に電圧を印加すると レイヤーにジュール円柱間の接触長さを見つけることです 解析解計算と血液中 ( 可変時間および可変空間 ) の加熱が生じます レイヤーの特性により 熱量ががあり このモデルはCOMSOL Multiphysics 圧力分布および 組織と動脈の変形の機械的決定します このマルチフィジックスの例は の解に対しての比較が含まれています この解析です 材料は非線形だと仮定し 超弾性電気発熱 伝熱 機械的応力 および回路モデルはNAFEMSベンチマークに基づいてモデルを使用します デバイスの熱変形をシミュレートします モデルいます はシェルと組み合わせた伝熱モジュールの伝熱インターフェース AC/DCモジュールのDC 導電性媒体インターフェースおよびソリッド 構造力学モジュールの応力 -ひずみおよびシェルインターフェースを使用しています 59 構造& 音響事例紹介 (2/2)

60 60 構仕様表 造& 音響Acoustics - Shell and Plate - Truss - Physics Interfaces and Study Types - Added Mass Added Mass Acoustic-Structure Interaction - Body Load Cross-Section Data > Acoustic-Shell Interaction, Frequency Face Load Geometric Nonlinearity Domain [5] Geometric Nonlinearity Gravity > Acoustic-Shell Interaction, Transient [5] Gravity Point Mass Thermoviscous Acoustics - Offset Rigid Motion Suppression > Thermoviscous Acoustic-Shell Interaction, Frequency Domain [5] Rigid Motion Suppression Straight-Edge Constraint > Linear Elastic Material > Linear Elastic Material > Rigid Domain > Pinned Edge and Point Conditions - > Rotating Frame > Prescribed Displacement Shell Edge and Point Conditions > Spring foundation > Rotating Frame Solid Spring Foundation Multiphysics Couplings - > Spring Foundation Multiphysics - > Acoustic-Structure Boundary > Spring-Damper Domain Multiphysics Couplings - > Shell-Beam Connection Predefined Multiphysics Interfaces - Piezoelectric Effect > Solid-Shell Connection > Joule Heating and Thermal Expansion Predefined Multiphysics Interfaces - > Thermoacoustic-Structure Boundary > Magnetostriction [12] > Acoustic-Shell Interaction, Frequency Solid Mechanics - > Piezoelectric Devices Domain [5] Added Mass > Piezoresistivity, Shell [11] > Acoustic-Shell Interaction, Transient [5] Antisymmetry > Thermal Stress > Thermoviscous Acoustic-Shell Interaction, Follower Pressure Load Results and Visualization - Frequency Domain [5] Low-Reflecting Boundary Principal Stress Surface Volumetric Domain Properties - Prescribed Acceleration Principal Stress Volume Infinite Solid Domain Modeling with Perfectly Prescribed Velocity Special Conditions - Matched Layers Thin Elastic Layer > Rigid Connector Acoustic-Structure Interaction - > Contact Shell - Initial Stress and Strain Tensors > Spring Foundation > Rigid Connector > Piezoelectric Devices Multiphysics Couplings - Solid Mechanics - Chemical - > Fluid-Structure Interaction, Fixed Geometry > Bolt Pre-Tension Volumetric Domain Properties - > Rigid Connector Multiphysics Couplings - > Solid-Beam Connection Volumetric Domain Properties - > Hygroscopic Swelling > Solid-Shell Connection Geometric Nonlinearity Fluid Flow - Edge and Point Conditions - Infinite Domain Modeling with Infinite Physics Interfaces and Study Types - Beam - Elements > Fluid-Structure Interaction (FSI) Added Mass Infinite Domain Modeling with Perfectly Volumetric Domain Properties - Cross-Section Data Matched Layers > Fluid-Structure Interaction (FSI) Geometric Nonlinearity Initial Stress and Strain Tensors Mathematics - Gravity Joule Heating Model for Thermal Expansion Coordinate Systems - No Rotation Beam Cross Section - Scaling System Pinned Safety Study Steps - Point Mass Solid Mechanics - Frequency Domain - Prescribed Displacement/Rotation Added Mass Frequency-Domain Modal Rigid Motion Suppression Gravity Other - Symmetry/Antisymmetry > Rotating Frame Linear Buckling > Fixed Constraint Constitutive Relations - Viscoelastic Transient Initialization > Linear Elastic Material External Stress-Strain Relation Time Dependent - > Rigid Domain > Magnetostrictive Material [11] Modal Reduced Order Model > Rotating Frame > Piezoelectric Material Time-Dependent Modal > Spring Foundation > Rigid Domain Structural Mechanics - > Shell-Beam Connection > Viscoelasticity Physics Interfaces and Study Types - > Solid-Beam Connection Multiphysics Couplings - > Beam Membrane - > Hygroscopic Swelling > Beam Cross Section Added Mass > Magnetostriction [12] > Membrane Edge Load > Piezoelectric Effect > Plate Point Load > Poroelasticity > Shell Symmetry/Antisymmetry > Thermal Expansion > Truss > Fixed Constraint Conditions on Surfaces - > Prescribed Displacement Hole > Spring Foundation Membrane - Shell and Plate - [5] Requires all indicated products Added Mass Added Mass [11] Requires all indicated products Body Load Edge Force and Moment [12] This feature requires the AC/DC Module and one Face Load No Rotation of the Structural Mechanics Module, MEMS Module, Geometric Nonlinearity Pinned Gravity Point Force and Moment or Acoustics Module Rigid Motion Suppression Point Mass > Linear Elastic Material Prescribed Displacement/Rotation > Rotating Frame Simply Supported > Spring Foundation Symmetry/Antisymmetry > Viscoelasticity > Fixed Constraint Multiphysics Couplings - > Periodic Condition > Acoustic-Structure Boundary > Spring Foundation > Thermoacoustic-Structure Boundary Multiphysics Couplings - Multibody Dynamics - > Shell-Beam Connection Piezoresistivity, Shell - > Solid-Shell Connection Damping1 Solid Mechanics - Linear Elastic Material, Shell and Plate [11] Added Mass Thermal Expansion [11] Stress Linearization Thin Conductive Layer [11] > Spring Foundation Thin Piezoresistive Layer [11]

61 造& 音響II-2-2 非線形構造材料モジュール ~ 非線形材料モデルによる構造力学解析の補強 ~ 構造力学モジュールまたはMEMSモジュールと併用非線形構造材モジュールは 構造力学モジュールと MEMSモジュールの機械的機能を 大きな歪み塑性変形機能など非線形材料モデルで強化します 構造の力学応力が大きくなると 材料特性における一定の非線形性により 線形材料モデルは放棄しなければなりません このような状況は高温など一定の動作条件でも発生します 非線形構造材料モジュールは 弾組成 粘塑性 クリープ 超弾性材料の各モデルを追加します 機能 弾塑性 超弾性 粘塑性 クリープ 大変形 歪みの大きい可塑性 事例紹介 (1/2) 超弾性シール ユーザー定義のクリープ 超弾性 可塑性 応力不変量または歪み不変量と主ストレッチによるユーザー定義のモデリング 温度依存材料データなど非線形構造材料のマルチフィジックス 疲労解析モジュールと連携可能 マルチボディダイナミクスモジュールと連携可能 直交異方性 Hill 可塑性 はんだ接合部の粘塑性クリープ 応力また不変量または歪み不変量 流動則 クリープ則をベースにしたユーザー定義の材料モデルは 組み込み構成則から初めてユーザーインターフェースで簡単に 直接作成できます 材料モデルの組み合わせと マルチフィジックス効果の取り込みの両方ができます このモジュールを加えたチュートリアルモデルは クリープと可塑性を組み合わせた 熱的に誘発されたクリープと粘塑性および直交異方性の可塑性でこれを紹介しています 非線形構造材モジュールには 疲労解析モジュールとマルチボディダイナミクスモジュールと組み合わせる重要な用途があります パイプの弾塑性圧縮 このモデルはソフトラバーを材料とした このモデルは熱負荷の下でAnand 粘塑性を噴出防止の一環として 迅速にパイプを封止自動車のドアシールの荷重 -たわみ関係を用いて大規模に適するよう 小規模での弾性が必要になることがあります この例では スタディします 定式と共にある超弾性変形に等方性 粘塑性変形を組み合わせて 二つの平面圧子に挟まれた円形パイプをモデルは 大変形および接触条件を考慮はんだ接合部の粘塑性クリープをスタディ圧迫するシミュレーションを示しています します します ジオメトリは 二つの電子部品モデルは非常に大きな可塑性歪みと接触に ( チップ ) を回路基板上に複数の半田ボールよる解析の一例として提供しています で実装しています 熱負荷後 約 40 秒では著しい塑性流動が見られます 61 構

62 62 構事例紹介 (2/2) 圧力容器内の温度依存可塑性 ゴム風船の膨張 スナップフック 造& 音響この例では非線形構造材料モジュールでこのモデルは異なる超弾性材料モデルでのこの例はスナップフックを溝に引っ掛けるシ温度依存性材料を使用する方法を示します ゴム風船の膨張を調査し 解析方程式の結果ミュレーションです このような留め具は 例大型容器内に加圧熱水があります 複数のを比較することを目的としています この分野えば車内のコントロールパネルなど自動車業パイプが圧力用に取り付けてあります これらは臨床応用 心臓血管研究および医療機器界では一般的です この場合 溝にフックを引のパイプは緊急冷却の場合 速やかに冷水産業に利益をもたらすため 風船の膨張時っ掛けるための力を分析する必要がありまを送り込みます 圧力容器は 炭素鋼と内面の性質を理解することが重要です す 数学上の観点では これはフックと溝の接がステンレス鋼のクラッド鋼板で作られて例はG. Holzapfelの著書 Nonlinear Solid 触相互作用による高非線形構造解析 フックいます 速い温度過渡の場合 材料間の熱 Mechanics を参考にしています のために選択した弾塑性構成式 および大変膨張性の違いにより高応力が発生します 形による幾何学的非線形性です 弾塑性金属棒のネッキング 動脈壁の力学 Hill 48 の直交異方性塑性によるシートメタル成形 非線形等方性の硬化挙動の弾塑性材料のこのモデルは動脈壁にコラーゲン性の組織金属成形は 材料の追加や除去をすること丸い金属棒は 短軸引張に支配されます をモデル化するための 異方性超弾性材料をなく機械的変形にによる 金属部品を再形成著しい応力を受ける金属棒の高塑性を理解実装する方法を示しています 超弾性モデルする金属加工プロセスです これは主に塑性します ネッキング現象を捕捉し 伸張を正確はHolzapfel-Gasser-Ogden materialと呼ばれ 変形に基づいて 物体に永久歪みを与えます にシミュレートします 半径の変化は 他の以下に基づいています : Journal of elasticity ここでは シートメタル成形プロセスの数値文献からの結果と十分一致します この例は のVolume の A new constitutive シミュレーションは 金属塑性の直交異方性大塑性ひずみコードの古典的なベンチマーク framework for arterial wall mechanics and 材料の条件 (Hill 48) を用いて行いました 別です a comparative study of material models の形成プロセスが業界で使用されています Holzapfel, G. A., Gasser, T. C., & Ogden, R. W この例では 金型成形を使用して加工しました 材料は金型にプレスされます 医療用ステント伸張時における塑性変形 熱クリープ レール鋼の音弾性効果 ステントは 血管形成術中に冠状動脈を開くクリープは 材料が十分高温で応力を加えた音響弾性効果は 静的弾性変形を受けるために使用する ワイヤーメッシュ製のチュときに生じる時間依存非弾性変形であり 構造に伝搬する弾性波の速度変化です ーブです 設計は ステントを留置する経皮融点の40% です 実験に基づくクリープデータプレストレス状態での非破壊検査で 超音波経管的血管形成術には重要です 治療中ス ( 一定応力および恒温を使用した ) では 時間技術が多く使用されています この例では テントは バルーンにより血管内で展開されの関数として三段階のひずみ速度が表れます : 鉄道のレールに一般的に使用されているます 展開されたステントは 血管を開き続 初期の一次クリープ領域では クリープのレール鋼における 音響弾性効果をスタディけさせるための足場としての役割を果たしまひずみ速度は 時間とともに減少します します す 治療中にステントの不均一な伸張やフォ 二次クリープ領域では クリープのひずみアショートニングにより 動脈に損傷を与える速度は ほぼ一定です ことがあります ステント設計の実行可能性 三次クリープ領域では クリープのひずみチェックし ステントを展開する半径方向圧は 最終破断まで時間とともに増大します 力の影響を受ける変形過程をスタディします

63 Structural Mechanics - Conditions on Surfaces - Membrane - > Creep > Hyperelastic Material > Nonlinear Elastic Material > Plasticity > Viscoplasticity Edge and Point Conditions - Truss - > Plasticity Volumetric Domain Properties - Geometric Nonlinearity Solid Mechanics - Constitutive Relations - Viscoelasticity, large strains > Creep > Hyperelastic Material > Nonlinear Elastic Material > Plasticity > Porous Plasticity > Viscoplasticity Solid Rotor - > Creep [11] > Plasticity [11] [11] Requires all indicated products 63 構造& 音響仕様表

64 64 構II-2-3 ジオメカニクスモジュール ~ 地質工学におけるジオメカニクス材料モデル ~ 構造力学モジュールと併用構造力学モジュールにジオメカニクスモジュールを追加することにより トンネル 掘削 スロープの安定性 擁壁構造物など 地質工学的適用の妥当性について分析することができます このモジュールには いくつかの非線形地質工学材料モデルを利用することによって 変形 塑性 クリープ 土砂や石の損傷 杭や補助物など人工構造物との相互作用などを調べるための個々に適した物理特性インターフェースが内包されています ジオメカニクスモジュールはミーゼスおよびトレスカ基準によって金属の塑性を特徴づける標準的な非線形材料モジュールを備えています さらに ジオメカニクスモジュールには固体力学をモデル化する物理特性インターフェースに組み込まれた 土砂 コンクリート 石の非線形材料モデルがあります 造& 音響機能 Bresler-PisterとOttosen コンクリートモデル Drucker-PragerとMohr-Coulomb 土壌モデル Hoek-Brown 岩盤モデル Matsuoka-NakaiとLade-Duncan 土壌モデル 修正版 Cam-Clay 土壌モデル ユーザー定義の土壌 岩石とコンクリート材料 Willam-Warnke コンクリートモデル Von MisesとTrescaモデルによる金属塑性モデル 事例紹介 (1/2) 掘削 ブロックの検証 カムクレイ材料モデルの等方性圧縮 この掘削モデルは ドイツ土質工学会の作業このモデルは土質材料の供試体に一軸圧縮等方性圧縮は土壌試験で一般的に用いられ部会によって指定されたベンチマーク演習から試験を設定する方法を示します 垂直降伏ます 修正カムクレイモデルは 空隙率と圧力ヒントを得ています モデルでは パラメーター応力の解析に 一軸圧縮および単純な初期の対数間の関係を記述します この例では スイープにより 20 mの掘削を10ステップで応力値を決定することができます 試供体は直径 10 cmのシリンダー内に高さ 10 cmの土をモデル化します 土壌と擁壁間の相互作用は土壌の可塑性およびMohr-Coulomb 基準で入れています 対称性のため モデルは 2 軸接触ペアを使用してモデル化し 掘削深度にモデル化されています 対称で解決します 境界荷重は 等方性圧縮達すると支柱が有効になります の条件を生成します 用途 土壌中のクリープ コンクリートと脆性材料の破壊 可塑性材料と飽和土 築堤 発掘物 基礎 核廃棄物施設 保持構造と補強 道路 スラブ 斜面安定性 トンネル

65 事例紹介 (2/2) トンネル掘削 パラメーター化したコンクリート梁 コンクリート構造物はほとんどの場合 棒鋼このモデルはトンネル掘削時の地盤の挙動鉄筋コンクリート梁は 強度と耐久性により ( 鉄筋 ) の補強材が入っています COMSOL を推定しています 地表沈下およびトンネル一般的に現代建築に使用されています 技術では 固体力学インターフェースにトラス周囲の塑性域幅は 掘削中に必要な補強材者は梁をシミュレートすることで 得られた構インターフェースを追加して個々の鉄筋をを予測する重要なパラメーターです 二つの造がうまく機能し 安全であるかを確認するこモデル化し コンクリートに使用します 変位ステップをスタディします 最初に トンネルをとができます シミュレーションアプリは すは固体内の特定の位置からマッピングして掘削する前の地盤の応力状態を計算します 二べてのレベルの技術者が解析することがでいるため 固体のコンクリート用メッシュと番目にトンネル掘削後の弾塑性挙動を計算き 簡単に異なるデザインを試験することがで鉄筋用のメッシュは独立しています し 最初のステップで計算した地殻応力を使きます 本デモアプリは 任意の梁の構造特性用します および鉄筋設計に焦点を当てています 三軸圧縮試験 粘土層上の柔軟で柔らかい布基礎 三軸圧縮試験は 研究室で最も一般的な土質地盤問題のための浅い粘土層は一般的な試験の一つです 通常 ゴム膜の内側の供試体検証モデルです このモデルでは 粘土層に半径方向圧力をかけます このモデルでは 表面に鉛直加重を適用し 静的応答および垂直変位および拘束圧が供試体に適用され 崩壊荷重をスタディします 粘土は弾完全様々な拘束圧の静的応答および崩壊荷重を塑性材料としてモデル化され 平面ひずみスタディします 材料はDrucker-Prager 基準状態でモールクーロンの降伏条件を使用の土壌塑性関数をモデル化しています 解析します 応答は 非関連流れ則などをスタディは 軸対象を考慮することにより簡略化するします ことができます 仕様表 Structural Mechanics - Conditions on Surfaces - Membrane - > Creep > Nonlinear Elastic Material > Plasticity Edge and Point Conditions - Truss - > Plasticity Volumetric Domain Properties - Geometric Nonlinearity Solid Mechanics - Constitutive Relations - Modified Cam-Clay Material > Concrete > Creep > Nonlinear Elastic Material > Plasticity > Rocks > Soil Plasticity 65 構造& 音響鉄筋コンクリート梁

66 66 構II-2-4 疲労解析モジュール ~ 歪みと応力ベース 高 低サイクル疲労解析 ~ 構造力学モジュールと併用構造物が素材疲労のために 繰り返し荷重を受けるとき 静限界以上の荷重で機能しなくなる恐れがあります 仮想疲労解析は COMSOL Multiphysicsの環境で構造力学モジュールのアドオンである疲労モジュールを使って実行できます 応力や歪みをベースとする臨界面法により 高サイクルおよび低サイクル疲労領域を評価することができます さまざまな荷重を扱う場合 累積損傷は応力履歴および疲労限界から計算されます この疲労応力サイクルは固体 プレート シェル マルチボディのほか 熱応力や変形 圧電素子などの応用分野でもシミュレーションすることができます 造& 音響機能 臨界面法 蓄積ダメージ解析 応力ベースの疲労 歪みベースの疲労 高サイクル疲労 低サイクル疲労 Findley 基準 Matake 基準 垂直応力基準事例紹介 (1/2) ボールグリッドアレイのエネルギーに基づく熱疲労寿命予測 Fatemi-Socie 基準 Smith-Watson-Topper(SWT) 基準 Wang-Brown 基準 Morrow 平均応力補正 レインフローカウンティング Palmgren-Miner 弾塑性材の近似疲労計算 非線形構造材料やジオメカニクスモジュールと組み合わせ 弾塑性材の近似疲労計算 以下の物理インターフェースを用いたアプリケーションで疲労解析 : 固体力学 シェルとプレート マルチボディダイナミクス 熱応力 熱膨張 ジュール加熱 圧電素子 穴開きシリンダーの弾塑性低サイクル疲労解析リニアガイドにおける転がり接触疲労 冷却システムにおいて マイクロ電子部品は耐荷重コンポーネントの構造は 材料の局部リニアガイドが製造業者の仕様の上限値を重要な関係とされています 電源のオンおよ降伏が発生すると周期的負荷は多軸繰り返し超えて荷重をかけた場合 接触荷重により疲びオフが繰り返されるため 温度サイクルを負荷にさらされます このモデルは Smith- 労スポーリングを引き起こすかもしれないと受けます その結果 はんだ接合にクラック Watson-Topper (SWT) モデルの一部に基づいいった点が懸念されます このシステム解析が成長してプリント基板からチップが剥がれて低サイクル疲労解析を行います では ガイド全体を解析したところ 損傷を与 部品は動作機能を失います 二つのボールえる接触荷重のほとんどはレールのレースウグリッドアセンブリーのはんだ接合部の寿命ェイで発生していることを特定しています Darveauxエネルギーベースモデルで予測します

67 疲労解析の周期カウント - ベンチマーク レインフロー法のベンチマークモデルは平板このベンチマークモデルは臨界面法を使用疲労解析モジュールのベンチマークモデルの引張試験片を使用し ASTMとCOMSOLのして 非比例負荷の高サイクル疲労解析をです 円筒形の試験は非比例加重で記述され疲労解析モジュールの結果を比較します 伸び実行する方法を示しています ます Findley 垂直応力 Matake 基準によってはPalmgren-Minerモデルより累積損傷を計算計算し 疲労限界と比較します し 解析式で結果を比較します フレームの疲労寿命 シミュレーションによる疲労解析は 疲労試験を行うよりもはるかに近道で 加荷重および無荷重を繰り返し 失敗を重ねて確信できる設計かを判断します このアプリケーションは 切り欠きのあるフレームの疲労寿命を評価します 表面実装型抵抗器の熱疲労 仕様表 軸とフィレットの非比例的負荷による疲労解析円筒試験片の高サイクル疲労の解析 往復ピストン機関の高サイクル疲労 往復ピストン機関でのコンロッドは 往復運動を回転運動に変換します コンロッドは 常に高応力下にあり 負荷はエンジンの回転数とともに増加します エンジン内の部品の一つが故障すると 通常はエンジン全体を交換します したがって すべてのエンジン部品がエンジンの稼動寿命中に故障しないよう設計することが非常に重要です ランダムな非比例負荷による疲労解析 金具 疲労評価 ヴェーラー曲線とも呼ばれる S-N 曲線は 疲労評価のための最も人気のある方法の一つです 曲線は 応力の大きさに関する疲労寿命を抑え 標準の疲労試験を設定して直接取得することができます ホイールリムの疲労解析 表面実装型抵抗器は熱サイクルにさらされ中央に切り欠きのあるフレームは 1000の疲労解析をホイールリム上で実行します ます 異なる材料の熱膨張の差は 構造内に荷重イベントで構成されるランダム荷重を受け Findleyの疲労基準が検査されます 利用応力を引き起こします プリント基板と抵抗器ます 外部負荷は三つのひずみゲージを使用しているサブモデリング技術は スパイクのを接続するはんだは アセンブル内で最もして記録し 三つの単位荷重を重ね合わせて重要な部分についての詳細なスタディが弱いつながりとして見られています これは シミュレートします 切り欠き周囲の応力状態行えます 最初にフルモデルでのスタディ時間および温度両方の変化に非線形応答は レインフロー法より取得します 損傷はを行います 重要な部分を識別し サブモデルします Palmgren-Miner 線形損傷則を使って計算が再解析します されます Mathematics - Study Steps - Other - Fatigue Structural Mechanics - Physics Interfaces and Study Types - > Fatigue Fatigue Evaluation - Vibration Fatigue > Cumulative Damage > Energy-Based > Strain-Based > Strain-Life > Stress-Based > Stress-Life Results and Visualization - Matrix Histogram 67 構造& 音響事例紹介 (2/2)

68 68 構造& 音II-2-5 マルチボディダイナミクスモジュール ~ 剛体と柔軟体の集合解析ソフトウェア ~ ます 響構造力学モジュールと併用 マルチボディダイナミクスモジュールは 構造力学モジュールの拡張版 であり 有限要素解析 (FEA) で多体構造力学システムを設計 最適化する 高度なツールセットを備えています このモジュールでは 柔軟体と 剛体の混合システムをシミュレートできます 柔軟体と剛体はそれぞれ 大きな回転変位または並進変位をします このような解析は 多体 システムの重要ポイントの把握に役立ち より詳細な構成要素レベルの 構造解析が可能になります マルチボディダイナミクスモジュール では 構造セグメントにかかる力や 柔軟成分で生成され大きな変形 や疲労による障害を招くおそれのある応力を解析する自由度もあり 定義済みのジョイントのライブラリーは モジュールに組み込まれており 多体システムの各種構成要素の関係を簡単に また確実に指定できます 構成要素同士は 一定の動作しかできないよう相互結合されます ジョイントはアタッチメントで 2つの構成要素を結合します ジョイントのタイプにもよりますが ひとつの構成要素は 空間内を自由に動き その間他の構成要素は 一定の動作しかできないよう拘束されます マルチボディダイナミクスモジュールにあるジョイントのタイプは いかなるタイプの結合もモデル化できるという意味では包括的です そのため 研究者と技術者は 以下のジョイントタイプで正確な 多体構造力学モデルを設計できます プリズム (3 次元 2 次元 ) ヒンジ (3 次元 2 次元 ) 円筒 (3 次元 ) 平面 (3 次元 ) 球 (3 次元 ) 溝 (3 次元 ) 固定ジョイント (2 次元 3 次元 ) ディスタンスジョイント (2 次元 3 次元 ) ユニバーサルジョイント (3 次元 ) ネジ (3 次元 ) 絞り込み溝 (3 次元 2 次元 ) 機能 継ぎ手を拘束すると 2つの連結成分間で相対運動を制限可能 継ぎ手をロックして 指定値で2つの連結成分間の相対運動を止めることが可能 スプリング条件を 平衡時または変形前の継ぎ手の相対運動に適用可能 減衰条件またはダッシュポット条件を定義して 継ぎ手の相対運動における損失を指定可能 連結成分間で相対運動を規定するために継ぎ手が必要な場合あり以下の継ぎ手タイプに 継ぎ手に対する摩擦損失を追加可能 : プリズム ヒンジ 円筒 スクリュー 平面 ボール 留め具のところであらゆるタイプの継ぎ手の成分に力とモーメントを適用可能 機構を初期化して移動し 指定した回転中心の周りを所定の速度で厳密に回転可能 用途 航空宇宙 自動車 エンジン力学 メカトロニクス 生物力学 生物医学機器 車両力学 機械的アセンブリーの一般的な動的シミュレーション ロボット工学

69 事例紹介 (1/2) 二重振り子のダイナミクス スライダクランク機構 この例では 動作時に発生する応力を調べるこのチュートリアルアプリケーションは COMSOL これは マルチボディダイナミクス分野でのために3 気筒レシプロエンジンの動的解析を Multiphysicsで二体のヒンジジョイントの数値計算アルゴリズムをテストするベンチ行うことにより 危険な部品の識別を可能にモデリングのデモです ジョイントに利用可能マークモデルです このモデルは スライダーします エンジンの高出力と重量のバランスな強制 固定 スプリング ダンパー 規定動作 クランク機構の振る舞いをシミュレートします 取りには コンポーネントの注意深い設計がおよび摩擦といった様々なノードがデモできこの機構は操作中に特異点を通過します 必要です このレシプロエンジンのモデルは ます 実際の構造の多くは二重振り子モデル点の加速度は参考文献の結果と比較されます 剛体および柔軟体部品の組み合わせが含まれに似ています そのため 二重振り子モデルています がこのチュートリアルで選択されました 遠心調速機 ヘリコプタのスワッシュプレート機構 トラッククレーンの分析 調速機は 回転機械の速度を制御するためこのモデルは ヘリコプタのローターブレード荷役用クレーンは多くのトラックに装備されてに使用されます 最も一般的な使用方法はの向きを制御するスワッシュプレートの動作います このようなクレーンには 動きを制御燃料供給を調節することでエンジンの回転を示しています このモデルでは ローターするシリンダーや機構が複数あります この数を制御することです このモデルは ばねブレードは剛体または柔軟体の二つのケーアプリケーションはクレーンの剛体解析に荷重の遠心調速機を示しています 調速機のスでモデル化されています 他のコンポーネンより 指定方向にクレーンを延長したときのダイナミクスは 遠心力の影響を受けたばねトは剛体だと仮定しています 柔軟ローター最大積載量を見つけだすために行います 力および減衰力を解析します 二つの異なるブレードの回転により応力および変形を引このアプリケーションはまた 油圧シリンダー回転速度について スリーブの動作を解析き起こし 動的揚力を適用して解析します を提供し 制限値を強調します 最大積載量します を向上させるために油圧シリンダー容積の修正方法が示されます ヒンジジョイントのアセンブリー この例は アセンブリー内の二つの固体オブこのモデルは航空機の降着装置で使用するこのモデルは回転を基本にしたスライダのジェクトを接続する バレルヒンジをモデル化ショックアブソーバの力学をシミュレート動きを示しています スライダの動きは 慣性する方法を示しています このモデルは接続します 応力と同様に ショックアブソーバの詳細は解析の中心ではないため ヒンジの散逸エネルギーによって 降着装置の部品ジョイントは Joint feature in the Multibody に生じる発熱を解析します 直動関節および Dynamics Module を使用してモデル化します スプリングダンパーを ショックアブソーバー このモデルのような接続部品は 剛体や柔軟体の組み合わせです 着陸装置の動作変形と伝熱の同時解析 アセンブリーのモデル化に使用しています ばね支えの回転スライダクランクの振る舞い 力 遠心力 ばね力および減衰力といった 様々な力で解析されます 二つのコンポーネントを接続する直動関節は ばね仕掛けで減衰効果を含んでいます スライダーの動きは ODE を用いて解析解と同時に計算され 比較されます 69 構造& 音響3 気筒レシプロエンジン

70 70 構事例紹介 (2/2) ジャイロスコープのダイナミクス 洗濯機の振動の柔軟体シェル解析 着座姿勢の生体力学モデル ジャイロスコープは方位の測定や飛行機 宇洗濯槽内の衣服の不均一な分布による洗濯機この生体力学モデルを使用して 任意の振動宙船 および潜水艦といった一般的な乗り物のの振動や騒音は スタディおよび最適化する環境における人体の動的応答を予測すること安定性の維持に使用されます また 慣性誘価値のある一般的な問題です このモデルができます 自動車産業を例に挙げると この導システムにおけるセンサーとしても使用さは水平軸ポータブル洗濯機のマルチボディモデルは座席の乗り心地シミュレーションにれます このモデルは機械式ジャイロスコーダイナミクスモデルをシミュレートしています 使用でき 振動絶縁装置などの設計を行いプのモデリングを示しています ます ギアボックスの振動と騒音のモデリング 造& 音響ギヤボックスは エンジンからの動力を車輪や歯車伝達するために使用され 周囲に放射ノイズをもたらします これは ベアリングやハウジングに不要な横方向および軸方向の力が伝達されるとともに ギアの噛み合わせ ベアリング およびハウジングなどの可撓性コンポーネントが一方のシャフトから他方のシャフトに動力を伝達する振動が原因です

71 Structural Mechanics - Physics Interfaces and Study Types - > Multibody Dynamics Conditions on Surfaces - Multibody Dynamics - Added Mass Face Load with Total Force, Force per Area, and Pressure Load Follower Pressure Load Roller > Contact > Fixed Constraint > Prescribed Displacement > Spring Foundation Multiphysics Couplings - > Acoustic-Structure Boundary > Solid-Beam Connection > Solid-Shell Connection > Thermoacoustic-Structure Boundary Membrane - Multibody Dynamics - Added Mass Edge Load Point Load > Fixed Constraint > Prescribed Displacement > Spring Foundation Special Conditions - Beam - > Attachment Multibody Dynamics - Base Motion > Attachment > Rigid Connector > Spring-Damper Gear Pair Conditions - Backlash Friction Gear Elasticity Transmission Error Gear Pairs - Gear Pair Rack and Pinion Worm and Wheel Joint Conditions - Applied Force and Moment Constraints Friction Locking Spring and Damper > Joint Elasticity > Prescribed Motion Joints - Ball Joint Cylindrical Joint Distance Joint Fixed Joint Hinge Joint Planar Joint Prismatic Joint Reduced Slot Joint Screw Joint Slot Joint Universal Joint Shell - > Attachment Solid Mechanics - > Attachment Solid Rotor - > Gear Pair [11] Volumetric Domain Properties - Geometric Nonlinearity Initial Stress and Strain Tensors Multibody Dynamics - Added Mass Body Load Gravity Initially Rigid Rigid Motion Suppression > Initial Values > Rotating Frame Constitiutive Relations - > Gears > Linear Elastic > Rigid Domain Multiphysics Couplings - > Solid-Beam Connection > Solid-Shell Connection > Temperature Coupling > Thermal Expansion Solid Rotor - > Gears [11] [11] Requires all indicated products 71 構造& 音響仕様表

72 72 構造& 音II-2-6 ローターダイナミクスモジュール ~ 回転機械の力学をモデリングするソフトウェア ~ できるでしょう 響ローターダイナミクスの研究は自動車 宇宙産業 パワージェネレーション 電気製品設計 家電製品などにおける回転機械のアプリケーション分野 で重要です 回転機械の物理的な振舞いは振動によって大きく影響 されますが 回転と機械自身の構造がその振動を悪化させます 完全 対称なローターアセンブリーは 回転速度の関数として 異なる自然 周波数を持つことを示しますが 不完全性やアンバランスがこれらの 周波数を複雑に励起します 回転部品をもつ機械を設計する際には このような振舞いを効率的なやり方で考慮し 動作とパフォーマンス を最適化する必要があります 構造力学モジュールと併用 構造力学モジュールの拡張の一つであるローターダイナミクスモジュール を用いて 回転機械の横方向と捻り方向の振動効果を解析することが でき ローターの振動を調べ それを設計限界に入れるようにすること ができます このモジュールで評価できる設計パラメーターは臨界速度 ホワール 自然周波数 安定閾値 質量のアンバランスによるローターの定常および過渡応答などです また 回転挙動がローター自身におけ る与えるかもしれない応力だけではなく 機械アセンブリーの他の部品へ付加的荷重が与えられたり振動が伝達したるすることも見ることが ローターダイナミクスモジュールを使えば 静止 または運動中の ディスク ベアリング ファンデーションなどのローター部品の様々な効果 を考慮することができます 計算結果は簡単にソフトウェア環境の中でポスト処理することができ キャンベルダイアグラム モード軌道 調和軌道 ウォーターフォールプロット ホワールプロットを表示することができます 機能 梁ローターインターフェースでローターを線として ベアリングの集中表示 固有周波数解析 近似的にモデリング ジャーナルベアリング 周波数領域解析 固体ローターインターフェースでローターを完全 3D スラストベアリング 時間領域解析 モデルでモデリング 3D CADモデルによる完全非対称ローター FFT 過渡解析 ハイドロベアリングインターフェースでベアリング中の ビームローターマウンティング キャンベルプロット 潤滑油膜を詳細モデリング - フライホイール モード軌道 梁ローターとハイドロベアリングインターフェース - プーリー 調和軌道 でビーム要素により記述されるローターとハイドロベア - ギア ウォーターフォールプロット リングをモデル化し それらの相互作用を解析 - インペラー ホワールプロット 固体ローターとハイドロベアリングインターフェース - ローターブレードアセンブリ でソリッド要素により記述されるローターとハイドロベア 固定 可動 フレキシブルファンデーション リングをモデル化し それらの相互作用を解析 定常解析 用途 パワートレイン ターボチャージャー 推進システム ドライブトレイン ターボジェネレーター 電気機械 ジェットエンジン ターボポンプ 家電製品 蒸気タービン 内燃エンジン ディスクドライブ ガスタービン コンプレッサー

73 ギア組みされたローターのモデリング クランクシャフトの回転動力学解析 単純支持ビームローター このチュートリアルのモデルにより ローターこのチュートリアルモデルでは COMSOL このチュートリアルのモデルは 3 気筒レシプロの様々なマウントおよび軸受支持の 固有 Multiphysics の構造力学モジュールとアドエンジンのクランクシャフトの振動解析を行う振動数と過渡解析 (FFTを使用) を設定するオン製品であるローターダイナミクスモジュー方法を見ることができます クランクシャフト方法を示しています この例では キャンベルルを使用して ヘリカルギアを介して接続のクランクピンおよびバランスマスの偏心にとウォーターフォールプロットを使用して臨界された複数のローターをモデル化する方法より 回転時に自励振動が起こります 速度を見つける方法を示します またローターを学習します の安定性の範囲も示しています 異なる流体軸受の比較 ジャーナル軸受上の支持軸の定速回転 スプライン継手で連結したローター この例は モデリングを使用してさまざまな Whirling of a Uniform Shaftチュートリアルこの例では スプライン継手によって接続流体ジャーナル軸受の性能を調べる方法をモデルは 重力下で均一なシャフトの過渡された 2つのローターをモデル化する方法示します モデルはハイドロベアリングイン解析を行う方法を示します シャフトは両端を学習します 一つ目のローターは固定したターフェースを使用します レイノルズ方程式の流体動圧軸受により支持されています 片持ちローターで 二つ目のローターは支持を解いて 4つの異なるベアリング ( 滑り 楕円 ジャイロ効果により 初期のローターは軸振れされています このモデルでは 両方のロー半割 多円弧 ) の流体薄膜で発生した圧力をし 最終的に安定した軌道に達しします ターの回転中は切り離され 継手によりロー計算します ター間が連結されると並進運動します 73 構造& 音響事例紹介

74 74 構仕様表 造& 音響Structural Mechanics - Physics Interfaces and Study Types - > Beam Rotor > Hydrodynamic Bearing > Solid Rotor Conditions on Surfaces - Hydrodynamic Bearing - Bearing Orientation Cavitation Inlet Outlet Bearing Types - Elliptic Multilobe Plain Split Halves Tilted Pad User Defined Foundation Types - Flexible Foundation Moving Foundation Lubrication Types - Gas Lubrication (Modified Reynolds Equation) Liquid Lubrication (Reynolds Equation) Multiphysics Couplings - Beam Rotor Bearing Coupling Solid Rotor Bearing Coupling Solid Rotor - Added Mass Applied Torque Fixed Axial Rotation > Face Load with Total Force, Force per Area, and Pressure Load Bearing Models - Force per Area No Clearance Plain Hydrodynamic Total Force and Moment Total Spring and Damping Constant Bearing Types - Journal Bearing Thrust Bearing Foundation Types - Flexible Foundation Moving Foundation Multiphysics Couplings - Solid Rotor Bearing Coupling Edge and Point Conditions - Beam Rotor - Disk Gravity No Axial Vibration No Torsion Rotor Cross Section > Linear Elastic Material > Load with Total Force, and Force per Length Bearing Models - No Clearance Plain Hydrodynamic Total Force and Moment Total Spring and Damping Constant Bearing Types - Journal Bearing Thrust Bearing Foundation Types - Flexible Foundation Moving Foundation Hydrodynamic Bearing - Border Inlet Outlet Symmetry Wall Predefined Multiphysics Interfaces - > Beam Rotor with Hydrodynamic Bearing > Solid Rotor with Hydrodynamic Bearing Results and Visualization - Whirl (plot) Solid Rotor - > Gear Pair [11] Volumetric Domain Properties - Solid Rotor - Added Mass Gravity Spin Softening > Body Load > Creep [11] > Gears [11] > Linear Elastic Material > Plasticity [11] > Rigid Domain > Viscoelasticity [11] Requires all indicated products

75 造& 音響II-2-7 音響モジュール ~ 音響と振動解析 ~ 音響モジュールは 音響波を作成 計測 使用するデバイスを操作する専門家向けに設計されています アプリケーションはスピーカー マイク 補聴器 ソナー装置などの分野を含みます 防音は マフラー設計 防音壁 音響アプリケーションの構築の中で取り組まれます 機能 音響 -シェル連成解析 音響 - 固体連成解析 音響 - 構造連成解析 空力音響 圧縮性ポテンシャル流 弾性波 遠方場と指向性計算 インピーダンス 反射壁境界 吸収壁境界 無限領域モデリングの完全整合層 圧電音響 圧電素子 パイプ音響 多孔質弾性波 圧力音響 構造振動 熱音響 熱損失と粘性損失 使いやすいユーザーインターフェースでは 空気 水や他の流体中の音圧波動伝播のモデリングツールを提供しています 熱音響専用モデリングツールにより 小型アンテナと携帯端末のマイクのシミュレーションは極めて正確に実装可能です 固体 圧電材料 多孔質弾性構造の振動や弾性波のモデリングも可能になります 音響 - 個体 音響 - シェル 圧電 - 音響のマルチフィジックスインターフェースによって 音響シミュレーションの新たなレベルの予測力に達することが出来ます 1D, 2D, 3Dの実際のシミュレーションを活用して 今までよりも短時間で 既存の製品を最適化し 新しい製品を設計可能です 以前の経験を基に対処することが難しい問題に直面している 設計者 研究者 エンジニアはシミュレーションを使用することで問題の洞察力を高めることができます 製品を製造する前に設計テストを行うことは 企業にとって時間と費用の削減につながります 用途 音響クローキング バルク弾性波 (BAW) 電子音響変換素子 補聴器 スピーカ MEMS 音響センサ MEMSマイクロホン マイクロホン マフラ ( 消音器 ) 防音と遮音 機械装置のノイズと振動 ノイズ減衰材料と遮音 圧電音響トランスデューサ 反応性マフラと吸収性マフラ ソナー センサとレシーバ 表面弾性波 (SAW) ウーファとサブウーファ 超音波アプリケーション 75 構

76 76 構事例紹介 (1/2) 車内のテストベンチ 吸音型マフラー ダクト内の流れ 造& 音響テストベンチ車内の壁に位置する点源で自動車の騒音レベルは マフラーの品質に航空機エンジンのノイズのモデリングは 計算サウンドを生成します 計測点での音圧レベル大きく依存します 長年にわたり自動車産業の空力音響学の分野で中心的な問題です 軸の応答は 周波数レンジおよび四つの異研究者たちは 音響および環境的視点の両方対称の航空機エンジンダクトのモデルの音場なるメッシュ解像度で調査します モデルから効率的なマフラーの開発に苦労していは 境界でノイズ源により生成し 計算されては最初に デフォルトのダイレクトソルバーます このモデルは 内燃機関のマフラーに可視化されます 結果は 状況だけでなく で計算されます 最後に再び計算するため おける圧力の伝搬を表しています モデルは圧縮性の非回転背景流れおよびダクト壁に大きな問題に効率的で極めて細かいメッシュまた 音圧の誘導性および抵抗減衰の解析並べた堅牢な表面を提示します の反復ソルバーを設定する方法を示して方法も示します います 小規模コンサートホールの分析 スピーカーの動作 音響 - 構造連成 設計構造および空間の音質に関しては コンこれは ダイナミック型コーンスピーカーの液体や気体の音響へは膜 板またはソリッドサートホール 屋外環境 住宅の部屋で重要モデルで 低周波および中周波で共通です として構造体オブジェクトに結合され 多くのです 波長が幾何学的特徴より小さい範囲のモデル解析は 公称駆動電圧で全インピー工学分野における重要なアプリケーション高周波を 音線音響を使用してシミュレートダンスおよび軸上の音圧レベルを含み 周波です このモデルはソリッドオブジェクトにします このアプリケーションは 音線音響数の関数とします モデルは小信号解析で結合している 3Dの音響流体現象の一般的なインターフェースを使用して小規模コンサート始まり AC/DCモジュールから駆動力およデモです ホールの音響を分析します びボイスコイルのインピーダンスまで計算します セダン内の音響 周期弾性構造を介した音響透過損失 吸音型マフラーの設計 このモデルは典型的なファミリーカーであるこのモデルでは 二つの流体が固体の弾性マフラーは 例えば内燃機関により放出されるセダン内の音響モデルです モデルは音源構造で分離しています 音響圧力波は反射板ノイズ減衰に使用され 通常は特定の周波数のスピーカー位置および 吸収面 ( 座席およびから得られた伝送波の損失に影響を与えます レンジに有効です 伝送損失は周波数の関数カーペット ) の柔軟体モデルインピーダンスこのモデルは構造体の透過損失をあたえます として 減衰量 dbが得られます Absorptive 条件を設定します モデルは車内の圧力 入射角 周波数 および減衰をスタディします Muffler Designerシミュレーションアプリは 音圧レベルおよび音の強さをプロットします 使用している主な機能 : 任意の入射角での多孔質ライナーを施したシンプルな共鳴車内のいくつかの位置での周波数応答も示し音響 - 構造の相互作用 散乱場定式化 完全マフラーのスタディや設計に使用します ます 整合層 (PML) およびフローケ周期境界条件

77 事例紹介 (2/2) 組織ファントムの集束超音波誘導加熱 多孔質体を使用したマフラー パイプオルガンデザイナーを使用すると このモデルの例は 集束超音波によって 反射型マフラーは 平面波がシステムにできるオルガンパイプの設計を調査した後 ユーどのように組織の過熱が誘導されるかを示し場合であれば低周波数レンジで最適で 一方 ザーフレンドリーなアプリで設計変更したます 吸音型マフラーは中高周波数領域で効率的音やピッチを再生することができます です 流動損失に基づいた吸音型マフラーは一方で 低い周波数でも良好に働きます 典型的な自動車の排気システムは 反射および吸音要素を組み合わせたハイブリッド構造です 音響のサブコンポーネント ランピング インピーダンス境界条件つき このアプリケーションは 音響モジュールを用いて物理的に一貫性のある簡略化したモデルを導出するためのモデリングアプローチを示しています このアプローチは 複雑なサブコンポーネントをインピーダンス境界条件に変換し それ以外の場所では COMSOL モデル全体にシンプルな音響モデルを使用するによって構成されています Brüel & Kjær 社の 4134 マイクロフォン これは BrüelandKjær 社の 4134 コンデンサーマイクロフォンのモデルです ジオメトリおよび材料パラメーターは実際のマイクのものです モデル化された感度レベルは 実際のマイクロフォンで実行された測定値と比較され 良好な一致を示しています 膜の変形 圧力 速度 および電場もまた決定されます このモデルは 真のマルチフィジックス問題の連成です プローブチューブ マイク 通常のマイクを直接 測定する音場に挿入表面弾性波 (SAW) は 固体材料の表面にすることは不可能であることが多いです 沿って伝搬する振動です 振幅は材料の深さマイクは 測定されるシステムの内側に入れるにより 指数関数的に急激に減衰します SAW には 大きすぎるかもしれません 例えばはフィルター 発信器およびセンサーなど 補聴器の調整のために 内耳で測定する場合多くの電子部品で使用されています 一般的などです マイクのサイズは音の波長と比較なSAWデバイスは 電気信号に変換する圧電 すると大きすぎるため 音場を乱してしまうかもしれません これらの場合にプローブ管は 測定点からマイクを遠ざけるために マイクロホンケースに付けるのが良いかもしれません このモデルでは この小さなプローブ管を追加することによるマイク感度への影響を 調査します 表面弾性波によるガスセンサー 材料に電極を適用し 元に戻ります SAWの応答は デバイスが収集するために使用する情報を提供します このモデルは SAWガスセンサーの共振周波数を調査します 77 構造& 音響オルガンパイプ設計

78 78 構造& 音AC/DC - Results and Visualization - Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Acoustics - Physics Interfaces and Study Types - Acoustic-Structure Interaction - > Acoustic-Piezoelectric Interaction, Frequency Domain > Acoustic-Piezoelectric Interaction, Transient > Acoustic-Poroelastic Waves Interaction > Acoustic-Shell Interaction, Frequency Domain [5] > Acoustic-Shell Interaction, Transient [5] > Acoustic-Solid Interaction, Frequency Domain > Acoustic-Solid Interaction, Transient > Acoustic-Solid-Poroelastic Waves Interaction > Pipe Acoustics, Frequency Domain [5] > Pipe Acoustics, Transient [5] > Poroelastic Waves > Solid Mechanics (Elastic Waves) Aeroacoustics - > Compressible Potential Flow > Linearized Euler, Frequency Domain > Linearized Euler, Transient > Linearized Navier-Stokes, Frequency Domain > Linearized Navier-Stokes, Transient 仕様表 (1/2) 2D Histogram Phase Portrait Poincaré Map 響> Linearized Potential Flow, Boundary Mode > Linearized Potential Flow, Frequency Domain > Linearized Potential Flow, Transient Geometrical Acoustics - > Acoustic Diffusion Equation > Ray Acoustics Pressure Acoustics - > Pressure Acoustics, Boundary Mode > Pressure Acoustics, Transient Thermoviscous Acoustics - > Acoustic-Thermoviscous Acoustic Interaction, Frequency Domain > Thermoviscous Acoustic-Shell Interaction, Frequency Domain [5] > Thermoviscous Acoustic-Solid Interaction, Frequency Domain > Thermoviscous Acoustics, Boundary Mode > Thermoviscous Acoustics, Frequency Domain > Thermoviscous Acoustics, Transient Ultrasound - > Convected Wave Equation, Time Explicit Boundary Conditions - Acoustic-Structure Interaction - > Poroelastic Material (Poroelastic Waves) Aeroacoustics - > Compressible Potential Flow > Linearized Euler > Linearized Navier-Stokes > Linearized Potential Flow Geometrical Acoustics - Acoustic Diffusion Equation - Inward Energy Flux Mapped Room Coupling Room Coupling Wall Ray Acoustics - Inlet Material Discontinuity Ray Detector > Wall Pressure Acoustics - Far-Field Calculation Interior Impedance Interior Normal Acceleration Interior Normal Displacement Interior Normal Velocity Interior Perforated Plate Matched Boundary Normal Displacement Normal Velocity Impedance (boundary impedance models) - > Characteristic Specific Impedance > Physiological > Porous Layer > RCL > Waveguide end impedance Thermoviscous Acoustics - Interior Normal Impedance Interior Temperature Variation Interior Velocity Interior Wall Prescribed Pressure (Adiabatic) Symmetry Condition Wall > Mechanical Conditions > Periodic Condition > Thermal Conditions Ultrasound - Convected Wave Equation, Time Explicit - Acoustic Impedance General Flux/Source General Interior Flux Normal Velocity Pressure Sound Hard Wall Symmetry Edge and Point Conditions - Mass Flow Edge and Point Source Point Source Solid Spring Foundation > Dipole Point Source > Line Source > Monopole Point Source > Quadrupole Point Source Pipe Acoustics - > Edges [5] > Points [5] Multiphysics - Boundary Multiphysics Couplings - > Acoustic-Porous Boundary > Acoustic-Structure Boundary > Acoustic-Thermoviscous Acoustic Boundary > Aeroacoustic-Structure Boundary > Porous-Structure Boundary > Thermoviscous Acoustic-Structure Boundary Domain Multiphysics Couplings - Background Potential Flow Coupling Piezoelectric Effect Predefined Multiphysics Interfaces - > Acoustic-Piezoelectric Interaction, Frequency Domain > Acoustic-Piezoelectric Interaction, Transient > Acoustic-Poroelastic Waves Interaction > Acoustic-Shell Interaction, Frequency Domain [5] > Acoustic-Shell Interaction, Transient [5] > Acoustic-Solid Interaction, Frequency Domain > Acoustic-Solid Interaction, Transient > Acoustic-Solid-Poroelastic Waves Interaction > Acoustic-Thermoviscous Acoustic Interaction, Frequency Domain > Thermoviscous Acoustic-Shell Interaction, Frequency Domain [5] > Thermoviscous Acoustic-Solid Interaction, Frequency Domain Results and Visualization - 2D Histogram Beam Width Calculation Directivity (plot) Far Field (plot) Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Octave Band (plot) Phase Portrait Poincaré Map Ray (data set) Ray (plot) Ray Evaluation Ray Trajectories

79 仕様表 (2/2) Volumetric Domain Properties - Structural Mechanics - Infinite Acoustic Domain Modeling with Perfectly Matched Layers Conditions on Surfaces - Infinite Solid Domain Modeling with Perfectly Matched Layers Membrane - Acoustic-Structure Interaction - Multiphysics Couplings - Initial Stress and Strain Tensors > Acoustic-Structure Boundary > Piezoelectric Devices > Thermoacoustic-Structure Boundary > Poroelastic Material (Biot's Theory) Multibody Dynamics - Aeroacoustics - Multiphysics Couplings - Background Acoustic Fields > Acoustic-Structure Boundary Domain Sources > Thermoacoustic-Structure Boundary Incident Acoustic Fields Shell and Plate - Linearized Euler Model Multiphysics Couplings - Linearized Navier-Stokes Model > Acoustic-Structure Boundary Linearized Potential Flow Model > Thermoacoustic-Structure Boundary Geometrical Acoustics - Solid Mechanics - Acoustic Diffusion Equation - Added Mass Acoustic Diffusion Model Antisymmetry Domain Source Low-Reflecting Boundary Fitted Domain Prescribed Acceleration Room Prescribed Velocity Ray Acoustics - > Ray and Domain Properties > Ray Release Pressure Acoustics - Heat Source Thin Elastic Layer > Spring Foundation Multiphysics Couplings - > Acoustic-Structure Boundary > Thermoacoustic-Structure Boundary Edge and Point Conditions - 響> Background Pressure Field > Narrow Region Acoustics Solid Mechanics - > Poroacoustics Added Mass Thermoviscous Acoustics - > Spring Foundation Heat Source Predefined Multiphysics Interfaces - Thermoviscous Acoustics Model (Thermally-Conducting Viscous Fluid > Magnetostriction [12] Model: Linearized Navier-Stokes, Continuity, and Energy Equations in > Piezoelectric Devices Quiescent Conditions) Results and Visualization - > Background Acoustic Fields Principal Stress Surface Ultrasound - Principal Stress Volume Conveced Wave Equation Model (Linearized Euler Equation with Adiabatic Volumetric Domain Properties - Geometric Nonlinearity Assumption) Infinite Domain Modeling with Perfectly Matched Layers Domain Sources Initial Stress and Strain Tensors Fluid Flow - Solid Mechanics - Results and Visualization - Added Mass 2D Histogram Gravity Intersection Point 2D (data set) > Rotating Frame Intersection Point 3D (data set) Constitutive Relations - Phase Portrait > Magnetostrictive Material [11] Poincaré Map > Piezoelectric Material Mathematics - Multiphysics Couplings - Coordinate Systems - > Magnetostriction [12] Scaling System > Piezoelectric Effect Results and Visualization - 2D Histogram Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Phase Portrait Poincaré Map [5] Requires all indicated products [11] Requires all indicated products [12] This feature requires the AC/DC Module and one of the Study Steps - Structural Mechanics Module, MEMS Module, or Acoustics Frequency Domain - Module Frequency-Domain Modal Other - Boundary Mode Analysis Mode Analysis Viscoelastic Transient Initialization Time Dependent - Modal Reduced Order Model Ray Tracing Time-Dependent Modal RF and Optics - Results and Visualization - 2D Histogram Far Field (plot) Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Phase Portrait Poincaré Map Ray (data set) Ray (plot) Ray Evaluation Ray Trajectories 79 構造& 音

80 響80 構造& 音

81 II-3 流体 & 熱 II-3-1 CFD モジュール II-3-2 ミキサーモジュール II-3-3 地下水流モジュール II-3-4 パイプ流れモジュール II-3-5 マイクロフルイディクスモジュール II-3-6 分子流モジュール II-3-7 伝熱モジュール 81 流体& 熱

82 82 流~ 数値流体力学のマルチフィジックス解析 ~ 体& 熱II-3-1 CFD モジュール 機能 層流と乱流に関する完全ナビエ-ストークス方程式の定式化 CFDモジュールは 複雑な流体モデリングを含むデバイスとシステムのシミュレーションを行うプラットフォームです COMSOL Product Suite の全てのモジュールと同様 CFDモジュールは グラフィカルユーザーインターフェース (GUI) を介してモデルを入力できる定義済みフィジックスインターフェースを提供し また これらの入力をモデルの方程式を定式化するために使います CFDモジュールが備えている特別なフィジックスインターフェースを使用して大半の流体の相をモデリング可能で 層流および乱流の領域 圧縮性 非等温 非ニュートン 二相流 多孔質流れなどの解析を含みます CFDモジュールは 数値流体力学 (CFD) シミュレーションの一般的なツールとして使用可能で また 流体が重要になるマルチフィジックスシミュレーションとして COMSOL Product Suiteにある他のモジュールとの連成が可能です CFDモジュールの GUIでは モデリングプロセスの全ステップにアクセス可能です 下記のステップが含まれます * 単相 二相 層流 乱流など 正しい流れの記述の選択 * モデルのジオメトリの作成やインポート * 流体特性の定義 * 流入項 流出項の追加 必要に応じた流体モデルの基本方程式の編集 * メッシュエレメントの選択 および 異なる位置でのメッシュ密度の調整 * 必要に応じたソルバーの選択とチューニング 流体流れ 対流伝熱 質量輸送のための調節可能な横風 / 等方性 乱流のモデリングのためのレイノルズ平均ナビエ-ストークス拡散安定化法 (RANS) 方程式 非ニュートン流体をモデリングするためのCarreauモデルとべき k-ε low-レイノルズ k-ε k-ω SST(Shear Stress Transport) 法則モデル Spalart-Allmaras インターフェースなどの RANSインターフェース 潤滑と摩擦全般の薄膜流れ 非等温層流と乱流のデフォルトの浮力項 薄いスクリーンを通過する流れ 周期的境界条件 入口の層流 分散多相流の Euler-Euler モデル 気泡流および混合モデル法プロファイルの仕様など 各種境界条件 独立した多相流のフェーズフィールドとレベルセットインターフェース 壁関数が定義された境界層の自動メッシュ化とハイブリッドメッシュ 気体と液体における伝導と対流 Reynolds Prandtl Nusselt Rayleighと Grashof 数を計算するための ダルシーの法則とBrinkman 方程式による高密度多孔質媒体とビルトイン変数低密度多孔質媒体における流れ 抵抗係数や揚力係数の評価など境界や領域全体の平均処理と 多孔質媒体における伝熱と共役伝熱のモデリング用のフィジックスいった 後処理の間にモデリング変数の任意方程式を定式化するインターフェース機能 圧縮性の流れのモデリングのための高マッハ数流れインターフェース 粒子が流れに影響を与える可能性がある粒子トレーシング法 1 分野が特化した反応流インターフェースによる希釈溶液における ( ラグランジュ -オイラー )1 材料の拡散と対流 1 粒子追跡モジュールが必要

83 放熱器 Electrocoalescence を使用した分離 汚染物質の沈降分離 (k-ε) 浄水場 バッフル付き撹拌層の層流解析 非ニュートン流 このモデルは 流体流れおよび共役熱伝達非溶解性液体の懸濁液を横切って電場を廃水処理は 汚染物質を除去するためのシミュレーションに踏み出す第一歩を目的と印加すると 同じ相の液滴が合体するよう 2~3 段階に渡るプロセスです まず 大きなしています 以下が操作手順です : 対流冷却に刺激することができます electrocoalescence 固体粒子が沈降 浮選 および濾過により除去をモデル化するためデバイスの周囲に空気として知られるこの方法は 例えば 水からします その後第二工程において 微生物の箱を描き 自動面積計算を使用して境界のの油の分離過程において 重要な用途を有し処理によって少し小さめの粒子が凝縮し 全熱流束を設定し データセットから有効なています electrocoalescenceをモデル化いわゆるフロック ( 綿くず ) を形成します これら手段を選択して結果を表示します するためには 流体運動を記述するナビエ フロックは沈降のようなプロセスによって ストークス方程式を解くだけでなく 非混合簡単に除去できます 円形二次浄化槽の中で 性流体間の界面を追跡する必要があります フロックは沈降作用によって水から離脱電気力を含めるために 電場も解く必要がされるのですが それは重力によって水槽のあります 電場は水滴の位置と形状に依存底に落ちるのです しかし水槽内の乱流にします この複雑な連成プロセスは COMSOL より相混合を引き起こす傾向があり 分離に Multiphysicsで簡単に設定し 求解すること悪影響を起こします この事例では円形二次ができます 浄化槽内の水からフロックの分離を研究しています 浄水処理施設アプリケーションは 乱流とこのモデルは 回転機械インターフェースこのモデルは ポリスチレン溶液の流れに化学反応による物質収支をモデル化する使用の例示です それを使うことで 例えばおける せん断速度に線形依存する粘性のためのアプリの使用を例示しています アプリ給水塔 撹拌槽それにポンプ中の回転可動影響を示します このタイプの流れのために を使うことで 施設全体 バッフル板それに部品をモデル化することができます 回転機械 Carreau 粘度モデルを使用することができます 流路の流入口と流出口の寸法や向きを 指定インターフェースは 回転座標系でナビエ 回転対称性を持つ場合は モデルの次元をすることができます ストークス方程式を定式化します 回転されて 3Dから2D 軸対称へと減らすことができます いない部分は 固定座標系で表現されます 83 流体& 熱事例紹介 (1/2)

84 84 流事例紹介 (2/2) 体& 熱空気 / 水面インターフェースで設定する壁面を用いてシミュレートされます 結果は工学流れをシミュレートします 結果は Ladson 置換換気 Ahmed Body 周りの乱流流れ インクジェットノズル - レベルセット法 一般的に 換気には2つの段階があります : Ahmed bodyは単純化された 自動車の車体最初はプリンターで使用するための発明で 撹拌による換気と 置換換気です 置換換気の簡易モデルです その形状は正確な流れしたが インクジェットは多くの適用領域で において 空気は床の高さから部屋へと入り のシミュレーションを可能にするために十分採用されています 例えば ライフサイエンス 設定温度に到達するために暖かい空気をに単純で 且つ自動車の車体に関するいくつ分野やマイクロエレクトロニクスなどです 置換します 室内の加熱源には 電子機器のかの重要な実用的特徴を保持しています シミュレーションは流体流れの理解を向上 運転や暖かい空気のジェット流入を含みます このモデルは 乱流 k-εインターフェース させるためだけでなく 特定用途のインク 置換換気による加熱の潜在的な問題は を用いて 単純な自動車のようなジオメトリジェットの最適化設定の予測にも有益であり 大きな温度変化や強い成層が生じる可能性周りの乱流場を計算する方法について説明得ます このアプリケーションの目的は イン があるということです モデルは 置換換気します システムの性能を調査します クジェットノズルの形状と操作を 所望の液滴サイズのために 適応させることです キャピラリー充填 - フェーズフィールド法 パイプエルボを通る流れ 傾斜した NACA 0012 翼の周りの流れ この事例では 水で満たされた容器の上にこの例では 90 度パイプエルボの流れをモこのモデルは SST 乱流モデルを用いて 異 配置された 狭い垂直円柱を調査します デル化しています 流れは k-ω 乱流モデルなる迎角で傾斜したNACA 0012 翼周りの 吸着力や表面張力によって 水は流路に沿って的な相関を比較します 上昇します 表面張力や壁面吸着力はMEMS 装置中のマイクロ流路を通して流体を輸送 の実験による上昇データおよび Gregoryと O'Reillyの圧力データと良好に一致しています する際に使用されたり マイクロピペットを 使って流体の微細量を測定し 輸送したり 分量を追加するために使用されます 層状液体層間の気泡誘発巻き込み 液体サイクロンの流れ このモデルは 食品加工 製薬業界 化学処サイクロンは鉱業から掃除機まで さまざま理で一般的に使用される三相流のベンチマな用途に使用されています サイクロン内のークです 結果は 論文に報告されたデータ流れは 非常に強い渦巻きを特徴としているに対して検証しています 気泡は 重液の上ため シミュレーションが困難です このチュに軽液が置かれた 二つの層の液体を通っートリアルの例では v2-f 乱流モデルを使用て上昇します 気泡が重液から移動するにつして 液体サイクロンの流れをシミュレートしれて 重液の一部を巻き込んで重液の尾を作ます り 軽液に移動します

85 Chemical - Physics Interfaces and Study Types - > Transport of Concentrated Species Reacting Flow - > Laminar Flow > Turbulent Flow, k-epsilon > Turbulent Flow, k-omega > Turbulent Flow, Low-Re k-epsilon > Turbulent Flow, SST > Concentrated Species > Diluted Species Boundary Conditions - Mass Fraction Open Boundary Reacting Boundary > Inflow with Mixture Specification Edge and Point Conditions - Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - Multiple-Species User Interface Turbulent Mixing > Effective Mass Transport Parameters > Porous Media Transport Properties Diffusion-Models for Transport of Concentrated Species - Fick's Law Knudsen Diffusion Mixture-Averaged Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - High Mach Number Flow - > Laminar Flow > Turbulent Flow, k-epsilon > Turbulent Flow, Spalart-Allmaras Multiphase Flow - > Bubbly Flow, Laminar and Turbulent > Euler-Euler Model, Laminar and Turbulent > Mixture Model, Laminar and Turbulent > Three-Phase Flow, Phase Field, Laminar > Two-Phase Flow, Level Set, Laminar > Two-Phase Flow, Level Set, Turbulent > Two-Phase Flow, Phase Field, Laminar > Two-Phase Flow, Phase Field, Turbulent Non-Isothermal Flow - > Laminar Flow > Turbulent Flow, Algebraic yplus > Turbulent Flow, k-epsilon > Turbulent Flow, k-omega > Turbulent Flow, L-VEL > Turbulent Flow, Low-Reynolds k-epsilon > Turbulent Flow, Spalart-Allmaras > Turbulent Flow, SST Porous Media and Subsurface Flow - > Brinkman Equations > Darcy's Law > Free and Porous Media Flow > Two-Phase Darcy's Law Single-Phase Flow - > Creeping Flow > Rotating Machinery, Algebraic yplus > Rotating Machinery, L-VEL > Rotating Machinery, Laminar Flow > Rotating Machinery, Turbulent Flow, k-epsilon > Turbulent Flow, Algebraic yplus > Turbulent Flow, k-epsilon > Turbulent Flow, k-omega > Turbulent Flow, L-VEL > Turbulent Flow, Low-Reynolds k-epsilon > Turbulent Flow, Spalart-Allmaras > Turbulent Flow, SST > Turbulent Flow, v2-f Thin-Film Flow - > Thin-Film Flow Domain, 2D > Thin-Film Flow, Edge, 2D > Thin-Film Flow, Shell, 3D Boundary Conditions - Fan Flux Discontinuity, Porous Media Grille Inflow Boundary, Porous Media Initial Interface, Two-Phase Flow Interior Fan Interior Wall, Porous Media Mass Flux, Porous Media No Flow, Porous Media Pressure, Porous Media Screen Stationary Free Surface Thin Barrier, Porous Media Vacuum Pump Inlet - Laminar Flow with Average Velocity, Volumetric Flow Rate or Pressure Mass Flow Rate and Mass Flux Standard Mass Flow Rate (SCCM) Turbulent Flow Outlet - Laminar Flow with Average Velocity, Flow Rate or Pressure Wall - Rotating Interior Wall Rotating Wall Slip Velocity using Viscous Slip and Thermal Creep Wetted Wall and Moving Wetted Wall > Interior Wall > Turbulent Flow Wall Functions Edge and Point Conditions - Line Mass Source Point Mass Source Thin-Film Flow Boundary Conditions on Edges or Points - Border Flow Inlet Outlet Symmetry Wall Global Features - Generate New Turbulence Model Interface Volumetric Domain Properties - 1D Formulations for Porous Media Flow Forchheimer Drag Gravity in Single Phase Flow Mass Transfer, Bubbly Flow and Mixture Model Neglect Inertial Term (Stokes Flow) Pressure Work, Non-Isothermal Flow Rotating Domain Shallow Channel Approximation, 2D Surface Tension Effects Swirl Flow, Axisymmetric, Laminar Swirl Flow, Axisymmetric, Turbulent Viscous Heating, Non-Isothermal Flow > Thin Film Flow Non-Newtonian - Carreau Model Power Law Porous Media - Capillary Pressure, Two-Phase Darcy's Law Fluid and Matrix Properties, Brinkman Equations Mass Source > Darcy's Law, Isotropic and Anisotropic 85 流体& 熱仕様表 (1/2)

86 86 流Heat Transfer - Physics Interfaces and Study Types - > Heat Transfer in Porous Media Boundary Conditions - Inflow Heat Flux Open Boundary Predefined Multiphysics Interfaces - > Conjugate Heat Transfer Volumetric Domain Properties - 仕様表 (2/2) Ideal Gas 体& 熱 Pressure Work Viscous Dissipation > Porous Medium Thermodynamics for Heat Transfer in Fluids - Mathematics - Moving Interface - Level Set Formulation Phase Field Formulation Ternary Phase Field Formulation > Boundary Conditions Study Steps - Other - Frozen Rotor Phase Initialization Transient Initialization Wall Distance Initialization

87 II-3-2 ミキサーモジュール CFD モジュールと併用 ~ 流量とミキサー 攪拌リアクター 回転機構モデル化 ~ CFD モジュールに対するアドオンとしてミキサーモジュールでは 流体ミキサーと攪拌リアクターを解析できます 回転機構による流量を シミュレートする専用機能を利用したミキサーモジュールでは さまざま な流体や自由表面をモデル化する材料データも利用できます 回転部品付きのミキサーは 消費財 薬剤 食品 精製化学製品の生産などさまざまな工業用プロセスで使用します ミキサーは 日常的に さまざまな目的のバッチプロセスで使用します 製品は小さな体積で生産され 高価格で販売されます あらゆる混合プロセスに共通なのが 製品の品質 再現性 均質性が最も重要であるという点です これらの製品要件を達成するひとつの方法が 混合プロセスとミキサーそのものの動作を設計し 最適化するためにシミュレーションを行うということです モデルとシミュレーションは パイロットプロセスでその妥当性評価をして スケールアップ計算に使用するときに 特に便利な手段です 妥当性がいったん評価できたら パイロットスケールプロセスの構築と実行にともなうコストを回避するためにそれらのモデルが使用され ラボスケールからフルスケールの生産に直接移行できます 機能 冷凍ローター法とスライディングメッシュ法の両方による回転機械におけるフロー k-εモデル k-ωモデル 低レイノルズ数 k-εモデルなどの乱流 非圧縮性と低マッハ数圧縮性流 非ニュートン流体をモデリングするためのCarreauモデルとべき法則モデル 回転機械における非等温流 層流と乱流 流体および回転固体部分と静止固体部分の両方における伝熱 伝熱モジュールと組み合わせて放射を追加 回転機械における層反応流と乱反応流 表面張力と接触角の効果による自由サーフェスのモデリング 共通流体間の表面張力係数の定義済みライブラリー さまざまな流量のアクセスによる高度後処理と可視化 多数のミキサー構成に調整可能なモジュラーミキサーモデル 3つの異なるタイプのインペラーと 2つのタイプの容器 一般的な粒子追跡目的で粒子追跡モジュールと組み合わせ 87 流体& 熱

88 88 流事例紹介撹拌槽アプリケーション撹拌槽 - 乱流撹拌 (k-ω) 平底撹拌槽中の水の撹拌この撹拌槽アプリケーションの目的は 科学このモデルは 2 種類のインペラーがついた2 このチュートリアル事例は 平底撹拌槽中の者 製造設計者 製造技術者が 撹拌効率に種類の一般的なタイプの容器を組み合わせ流れをシミュレートし 流体が水の場合 4 枚関する容器 インペラー バッフルおよび ることにより さまざまな撹拌槽を構築する羽ピッチのインペラーで撹拌され 流れは製造条件の影響と インペラーを運転するツールを提供します 撹拌槽は平らなバッフル乱流であると仮定されます 撹拌槽内の流れのに必要な電力を調査するための ユーザー板がついており 皿底型容器で ピッチごとはk-ε 乱流モデルを用いてモデル化され フレンドリーなインターフェースを提供するにインペラーがついているか ラシュトン 撹拌槽の運転条件に達するために インペラーことです このアプリを使うことで 与えられタービンがついています このモデルには が30 回転する際の時間依存シミュレーションた流体の設計と撹拌槽運転を 理解し最適化回転機械 冷凍ロータースタディタイプつきが実施されます 結果のポスト処理を実行することができます 容器寸法に関しては3 の流体流れブランチを用いた3つの事例がするときに バッフルに沿った軸流の自己種類のリスト項目から選択できます また含まれています 最初の事例では ラシュトン相似性が解析されます 文献と一致して 異インペラーの形状と構成に関しては 11 種類タービンがついた平底撹拌槽の 層流撹拌なる軸方向の正規化された速度プロファイルのリスト項目から選択できます 容器には問題を解きます 2 番目と3 番目の事例では は この領域の流れが3 次元壁面噴流に似てまたバッフルを装備することができます さら皿底型撹拌槽でピッチごとに刃のあるインいることを示す 自己相似性が見いだされます にインペラー速度と同様に 撹拌されるペラーがついたモデルを k-εとk-ω 乱流流れの特性も設定することができます モデルを用いて 乱流撹拌問題を解きます 2D 撹拌槽の非等温流れ自由表面と底面インペラーを持つ撹拌槽体& 熱このモデルは単純な撹拌槽中の温度分布のモデル化が示されています 自由表面変形を含む 撹拌槽の時間依存 回転機械 k-ε 乱流モデル このモデル方程式は まず最初に冷凍ロータースタディで求解されます 冷凍ロータースタディからの解は 時間依存スタディの初期条件として使用され それにはインペラー変位を含みます 2 種類の回転速度のために 2 種類の時間依存スタディの使用が可能です

89 Chemical - Physics Interfaces and Study Types - Rotating Machinery, Reacting Flow - > Laminar Flow > Turbulent Flow, k-epsilon > Turbulent Flow, k-omega > Turbulent Flow, Low-Re k-epsilon > Turbulent Flow, SST Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Multiphase Flow - > Rotating Machinery, Mixture Model, Laminar Flow > Rotating Machinery, Mixture Model, Turbulent Flow Non-Isothermal Flow - > Rotating Machinery, Algebraic yplus > Rotating Machinery, k-epsilon > Rotating Machinery, k-omega > Rotating Machinery, L-VEL > Rotating Machinery, Laminar Flow > Rotating Machinery, Low-Reynolds k-epsilon > Rotating Machinery, Spalart-Allmaras > Rotating Machinery, SST Single-Phase Flow - > Rotating Machinery, Algebraic yplus > Rotating Machinery, L-VEL > Rotating Machinery, Laminar Flow > Rotating Machinery, Turbulent Flow, k-epsilon > Rotating Machinery, Turbulent Flow, k-omega > Rotating Machinery, Turbulent Flow, low-re k-epsilon > Rotating Machinery, Turbulent Flow, Spalart-Allmaras > Rotating Machinery, Turbulent Flow, SST Boundary Conditions - Free Surface Wall - Navier-Slip Rotating Shaft Edge and Point Conditions - Contact Angle Volumetric Domain Properties - Free Surface Domain 89 流体& 熱仕様表

90 90 流II-3-3 地下水流モジュール ~ 地下水流に基づいた地球物理学的現象 ~ 地下水流モジュールは 地下の流量やその他多孔質媒体内の流量をシミュレートし この流量を 多孔質弾性 熱伝達 化学 電磁場などのその他現象と結びつけようとする技術者や科学者向けです このモジュールでは 地下水の流れ 土壌内の廃棄物と汚染の広がり 井戸への油やガスの流れ 地下水のくみ上げによる地盤沈下をモデル化できます 地下水流モジュールは 水路内の地下水の流れ 飽和した多孔質媒体または可変的に飽和した多孔質媒体 割れ目砕をモデル化しこれらを溶質と熱輸送 地球化学的な反応 多孔質弾性のシミュレーションに連成させます さまざまな産業で 地球物理学と水文学における課題への取り組みが必要とされています 市民 鉱業 石油業界 農業 化学 原子力 環境工学の技術者は 彼らが働いている産業が私たちの生活している地球に ( 環境整備を通じて ) 直接的または関節的な影響を与えるため これらの現象を考慮しないわけにはいきません 地下水流モジュールには 多くの専用のインターフェースがあり 流量やその他地下環境における現象をモデル化するための一定の物理特性を記述しています フィジックスインターフェースとして知られるこれらのインターフェースは 組み合わせて地下水流モジュール内の他のフィジックスインターフェースだけでなく COMSOL 製品スイートの他のどのモジュールのフィジックスインターフェースとでも 直接連成できます たとえば 地下水流モジュールで記述されている多孔質弾性挙動と ジオメカニクスモジュールで記述されている土と岩の非線形固体力学用途との連成があります 機能 用途 リチャーズ方程式による可変的に飽和した多孔質媒体における流れ Genuchten 定式化とBrooks and Corey 定式化による可変的に飽和した媒体内の体保持率 & 熱 ダルシーの法則とBrinkman 方程式による飽和多孔質媒体における流れ ナビエ-ストークス方程式とストークス流の定式化による自由チャネル内の流れ 対流と拡散による材料輸送 対流 拡散 分散による溶質輸送 吸着係数と遅延係数を考慮 地球化学反応動力学の入力条件 固体と液体における伝導と対流による伝熱 位相間の伝導性の違い 位相内の伝送性の混合モデル 対流 熱拡散を考慮した多孔質媒体による伝熱 バックグラウンド地熱加熱の条件 多孔質弾性 / 減衰解析事例紹介 (1/2) Biot 多孔質弾性地熱ダブレット 多孔質弾性インターフェースをダルシー則インターフェースおよび固体力学インターこれは 地下における熱伝達に関するブログフェースと連成することにより 流体の満ち記事からの 2モデルの一つです : 引き結果による多孔質媒体の変形評価が 可能です モデルはTerzaghi 圧縮の例の上 heat-transfer-subsurface-porous-media- flow/ に構築されています Terzaghi 圧縮とBiot 多孔質弾性解析の結果が互いに比較され 注 : 多孔質弾性がここに含まれていません 書籍化された解析結果と非常に良い一致を示しています 河口解析と河岸解析 流れ 移流 拡散 ガス貯蔵 改善 隔離 多孔質材料と繊維状材料の機械的 重力脱水 石油工学 地下と表土流の汚染プルーム解析 浅水域のフローと堆積物輸送 地下水解析と地下水への塩水侵入 井戸水頭解析 地下水の流れ 可変飽和流れと輸送 この事例では地上にリング状に水が貯められ 比較的乾燥した円柱型の土壌中へと水を流し それによって化学物質が運ばれます 水が可変飽和土壌円柱を通って移動するに従い 化学物質は固体粒子に付着し 溶質輸送を水よりも遅くさせるのです さらに液相と固相の両方での生分解により化学物質濃度が減少します

91 相変化 ダルシー則による浮揚性流体 エルダー問題 Forchheimer フロー この例は相変化をモデル化し 伝熱解析への静止流体中であっても 密度変動により流れこれは 開水路と一方の流路壁に多孔質影響を予測する方法を示しています 相変化を開始することができます 地球システムにブロックを持つような流体流れの間の 連成の潜熱の方程式は多くの文献に記述されておいて密度の変化は 自然による製塩 地下に関するチュートリアルモデルです 流れは いますが それらの実装は標準ではありません の温度変化 または移行汚染から起こり得自由領域中はナビエ ストークス方程式でこのモデルは実装済みのインターフェースをます 塩湖水系 塩分処理流域 高密度汚染記述され 多孔質領域中は修正 Forchheimer 利用できます 熱破壊または相変化による物質 浸透水プリューム 地熱貯留層の流動版のブリンクマン方程式で記述されます 放出は流体流れ マグマ移動および噴出量 における この浮揚性流体または密度流の化学反応 鉱物安定性 および他の多くの要因は ごくわずかです この事例では 多孔質地球科学アプリケーションに影響を与えます 媒体の時間依存浮力流れをベンチマークしこの1Dの例は 氷柱を加熱して水に変化するます 過渡熱伝達を調べるため 伝熱モジュールの多孔質媒体インターフェースの伝熱を使用しています 割れ目の流れ この事例は多孔質媒体ブロック内の破壊をアルジカルブは 綿 果物 ジャガイモ 豆など多国間油井 -ひとつの井戸から多数の脚に伴う自由流れ自由流れをモデル化します 様々な作物に使用される市販の殺虫剤です 枝分かれした油井 - は 石油を効率的に生産その破壊中の流れは 行列ブロック内よりもこのことにより一般人が 汚染された水やすることができます なぜなら脚は複数の生産非常に高速です 食品の摂取によって アルジカルブにさらさゾーンをタップして 不浸透性の脚の周りに - ダルシー則物理インターフェースが 多孔質 ブロック内の流れをモデル化するために使用されます - 割れ目流れは ダルシー則インターフェースに割れ目流れ機能を追加することで モデル化されます 割れ目流れは 3D ドメイン内の 2D 表面に追加されます このモデルは 地下水流と放射性物質を含む汚染物質の輸送に興味のある方に関連性があります 帯水層の特性 農薬の輸送と土壌中の反応 れる可能性が高まります この事例はアルジカルブの分解速度論と副産物の毒性を調査 し 有毒成分の空間濃度分布と同様に 分解時間スケールも調べます 細孔スケールの流れ 多国間にまたがる油井の破壊 たどり着くことができるからです 残念ながら 掘削エンジニアは 多くの場合 ライナーやケーシングを使って 機械的に多国間油井を安定化させる必要があります それには数百万ドル程度かかります 坑井はケーシングしないと建設コストを削減できますが 挿入とポンピング開始後に しかしそうすることで破滅的な失敗への比較的高いリスクがあります 多孔質弾性シミュレーションは ダルシー則を用いた地下水流を用い さらに応力 - 歪み解析を伴う構造変位と連成して ポンピングに関連する 3D 圧縮を評価します 多孔質媒体内の自由対流 このモデルは 帯水層のポンプテストの回数から離散化二次グリッド上の空間的変数で多孔質媒体流れのこの非従来型モデルでは この事例では 多孔質媒体内の自由対流がある透水係数を決定するための逆問題を解く多孔質媒体の隙間で ほふく流 ( ストークス流 ) 解析されるような 地下水流モデリングを取りために 最適化インターフェースを使用してを利用します モデルはサンタバーバラに扱っています 結果はこの学術分野で出版さいます 観察数が未知のパラメーターの数よりあるカリフォルニア大学のArturo Keller Maria れた文献との比較がされています このモデも少ないため 地理統計的なペナルティ項を Ausetおよび Sanya Sirivithayapakornによってルは以下を連成しています 運動量収支をエ解集合から比較的適合する値を識別するため行われた細孔スケールの流動実験に由来ネルギー収支に方程式を通じて連成し そのに使用しています 測定データは ダルシー則します モデルで使用される幾何学的形状は 方程式は温度依存の方程式で かつ運動量インターフェースを用いて実装されて与えら電子顕微鏡画像を走査することにより作成収支のソース項に直接キー入力設定されてれた前進モデルから生成され 最適化ソルバーされました この事例では Keller Ausetおよび いるような方程式連成です のパフォーマンスと同様に 逆方法を使って Sirivithayapakornの2D 顕微鏡画像の1つを効率的かつ正確に解析することが可能になり撮り デカルト座標でのストークス方程式をます 用いて 細孔流れの流速と圧力を解きます 91 流体& 熱事例紹介 (2/2)

92 92 流Chemical - Physics Interfaces and Study Types - > Transport of Diluted Species in Fractures > Transport of Diluted Species in Porous Media Boundary Conditions - Open Boundary Volatilization > Fracture Edge and Point Conditions - Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - Free Flow Mass Based Concentrations Multiple-Species User Interface Species Source > Partially Saturated Porous Media > Porous Media Transport Properties Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Porous Media and Subsurface Flow - > Brinkman Equations > Darcy's Law > Fracture Flow > Free and Porous Media Flow > Richards Equation > Two-Phase Darcy's Law Single-Phase Flow - > Creeping Flow Boundary Conditions - 仕様表 Flux 体& 熱Atmosphere/Gauge Flux Discontinuity, Porous Media Hydraulic Head, Porous Media Inflow Boundary, Porous Media Interior Wall, Porous Media Mass Flux, Porous Media No Flow, Porous Media Pervious Layer, Porous Media Pressure Head, Porous Media Pressure, Porous Media Thin Barrier, Porous Media Inlet - Laminar Flow with Average Velocity, Volumetric Flow Rate or Pressure Outlet - Laminar Flow with Average Velocity, Flow Rate or Pressure Edge and Point Conditions - Line Mass Source Point Mass Source Predefined Multiphysics Interfaces - > Poroelasticity Volumetric Domain Properties - Forchheimer Drag Gravity Effects Neglect Inertial Term (Stokes Flow) Porous Media - Capillary Pressure, Two-Phase Darcy's Law Fluid and Matrix Properties, Brinkman Equations Mass Source Poroelastic Storage, Isotropic and Anisotropic [7] Richards' Equation, Isotropic and Anisotropic Storage Model, Isotropic and Anisotropic Well > Darcy's Law, Isotropic and Anisotropic [7] Requires all indicated products Heat Transfer - Physics Interfaces and Study Types - > Heat Transfer in Porous Media Boundary Conditions - > Fracture Volumetric Domain Properties - Phase Change Material > Porous Medium Mathematics - Coordinate Systems - Scaling System Structural Mechanics - Physics Interfaces and Study Types - > Poroelasticity Volumetric Domain Properties - Poroelasticity - Porous Media and Subsurface Flow - Darcy's Law and Biot Poroelasticity Solid Mechanics - > Isotropic Poroelastic Material Solid Mechanics - Multiphysics Couplings - > Poroelasticity

93 II-3-4 パイプ流れモジュール ~ パイプネットワークの輸送現象と音響特性をモデル化 ~ パイプ流れモジュールは パイプとチャネルネットワーク内の流量 熱と質量の移動 ハイドローリック過渡現象 音響特性をシミュレート します このモジュールは エンジンブロックの冷却パイプや容器に接続 された供給チャネルと製品チャネルなど 大きなエンティティに対する 配管の影響をモデル化するために 他の COMSOL 製品スイートのどの モジュールとでも簡単に統合できます このモジュールでは 配管ネット ワークからなるプロセスのモデル化全体の計算リソースを変更せずに 保全でき 一方では これらのネットワーク内のプロセス変数の全体的な 記述も検討できます パイプ流れシミュレーションでは 速度 圧力 材料 濃度 パイプやチャネル沿いの温度分布が得られ 音波伝搬やウォーターハンマー効果もシミュレートできます パイプ流れモジュールは 流れが十分に成長すると思われるパイプとチャネル内の非圧縮性流のモデル化に最適です このモジュールでは エッジ沿いの接線平均速度成分を持つエッジ要素を使用します これはパイプ断面を2 次元メッシュや 3 次元メッシュでメッシュ化するのを回避するためです すなわち モデル化した変数はパイプ断面では平均化され パイプの長さ方向にのみ変化します ダルシー摩擦係数の組み込み式は 層流 乱流 ニュートン流体 非ニュートン流体 各種断面形状やジオメトリ 幅広い範囲の相対表面粗さ値など 流動の枠組み全体に適用できます これらの式は ネットワークにおけるそれぞれの位置によって異なるか モデル化した変数に直接関係しています パイプネットワーク内の圧力損失における寄与要因は摩擦だけではありません パイプ流れモジュールでは 屈曲 収縮 膨張 T 字接合 バルブの影響も考慮に入れます これらは 業界標準の損失係数の豊富なライブラリーで計算します ポンプも流れ誘導装置として利用できます COMSOL 製品スイートのすべてのフィジックスインターフェースと同様に 基本方程式は自由に操作でき 自分のソースやシンク条件を追加し 物理的特性を任意のモデル変数の関数として表現できます COMSOL Multiphysics では データを取り込んで 一定の材料特性やプロセスパラメーターを記述できるほか MATLAB で記述したサブルーチンも取り込めます 機能 パイプとチャネルネットワーク内の層流と乱流 すべての流れの領域 さまざまな断面ジオメトリ さまざまなサーフェスの粗さのダルシー摩擦係数 ベンド 収縮 拡張 T- 継ぎ手 弁の業界標準損失係数の豊富なライブラリー ポンプの流量発生係数 すべての流れの領域で伝熱に結合した非等温流 パイプ壁 固体 周囲体積内の自由対流と強制対流による伝導など パイプ流内の熱伝達と周囲環境への伝熱 ニュートン流体と非ニュートン流体 拡散 分散 対流 化学反応による材料輸送 材料輸送を直接パイプ流に結合する反応流 パイプネットワーク内の高速な水力過渡による水撃効果 周波数領域と時間領域におけるパイプ音響学 1 1 用途 化学プロセスシミュレーション パイプ内の化学反応 冷却系 地熱系 熱交換器と冷却フランジ パイプ内の熱伝達 水力学 潤滑 パイプ内の質量移動 非等温パイプ流 石油精製パイプシステム パイプ音響 パイプ流 化学プラントのパイプネットワーク 1 音響モジュールが必要 水パイプラインとオイルパイプライン 水撃方程式 93 流体& 熱

94 94 流事例紹介 オルガンパイプ設計 水撃作用 プローブチューブ マイク パイプオルガンデザイナーを使用すると オルガンパイプの設計を調査した後 ユーザーバルブがパイプネットワークで急速に閉じる通常のマイクを直接 測定する音場に挿入 フレンドリーなアプリで設計変更した音やとき それは水撃として知られている流体過渡することは不可能であることが多いです ピッチを再生することができます パイプの現象を生じさせます これらの流体過渡現象マイクは 測定されるシステムの内側に入れる 音は 様々な振幅と波長による影響を含んでの伝播は 極端な場合には 過圧によってには 大きすぎるかもしれません 例えば います オルガンパイプはCOMSOL Multiphysics 生じるパイプシステムの故障を引き起こす補聴器の調整のために 内耳で測定する場合 のパイプ音響周波数領域インターフェースを可能性があります これは リザーバー パイプ などです マイクのサイズは音の波長と比較 使用してモデル化されます シミュレーションバルブからなる単純な検証配管システムのすると大きすぎるため 音場を乱してしまう アプリでは 第 1 基本共振周波数が周囲のモデルです このモデルのバルブは瞬時にかもしれません これらの場合にプローブ 圧力温度だけでなく パイプ半径と壁の厚さ閉じます によってどのように変化するかを解析できます 管は 測定点からマイクを遠ざけるために マイクロホンケースに付けるのが良いかも しれません このモデルでは この小さなプローブ管を追加することによるマイク感度への影響を 調査します 床暖房のための地表熱回収 パイプライン設備の隔離 射出成形金型の冷却 地熱発電は環境に優しく 新しく断熱性の石油がパイプライン部分を流れることで このモデルは非等温パイプ流れインター高い住宅に熱を供給するための エネルギー流体中の内部摩擦力により 熱が放出されフェースを伝熱 ( 固体 ) インターフェースを効率の高い方法です 投資コストがガスヒーます パイプラインは非常に断熱性が高い一緒に用いて 自動車ハンドルのポリウレティングや石油ヒーティングよりも高いため ため 長距離で寒冷地を輸送されるというタン部の射出成形冷却をモデル化するため効率的に地下に蓄熱材を配置する可能性を事実にもかかわらず この生成熱は予備加熱の方法を示します 冷却チャネルを記述する調査する必要があります このモデルは輻射を回避するために利用され得ます このモデル方程式は 成形処理とポリウレタン部分の床暖房のために 庭の表土層の表面下には パイプラインの石油輸送に関する流れ伝熱方程式と完全連成されています 埋め込まれた3 種類のパイプ配置を 比較とエネルギー方程式を 設定し求解するためします 土壌層の典型的な熱特性は 補間に 非等温流パイプ流れインターフェースをおよび区分関数を使用して設定されます 使用しています 最適化インターフェースを追加することにより パイプを流れる温度が一定であるような パイプライン断熱材の厚さを 見つけることができます 熱交換プレートでの対流 池中ループ設備による地熱発電 排出槽 この事例はマイクロチャネル熱交換器中の池や湖は地熱発電用途において 熱源としてこのチュートリアルモデルは 水タンクに接続流れを 3Dの層流インターフェースとパイプ利用できます この事例で流体は 密閉系された配管システムの 圧力損失と初期流量流れインターフェースで連成し モデル化して中のポリエチレン管を通して水中循環します を計算する方法を図示します パイプ流れいます パイプ流れインターフェースを使ってパイプは美しくコイル形状に巻かれ そりのインターフェースには 曲がりやバルブでのモデル化することで マイクロチャネル内の上にグループ化されています 非等温パイプ圧力損失と同様に 配管の表面粗さに由来流れの問題サイズは大幅に削減されます 流インターフェースが設定され 配管系の温度する摩擦モデルを使用する準備が含まれてこのモデルは 自動的に3D 形状とパイプ流れおよび流体流れのための方程式を解きます います ドメインとを接続する 配管接続機能を紹介幾何形状は3D 空間上で線として表現されてしています います

95 Acoustics - Physics Interfaces and Study Types - Acoustic-Structure Interaction - > Pipe Acoustics, Frequency Domain [5] > Pipe Acoustics, Transient [5] Edge and Point Conditions - Pipe Acoustics - > Edges [5] > Points [5] Chemical - Physics Interfaces and Study Types - > Reacting Pipe Flow > Transport of Diluted Species in Pipes Boundary Conditions - Mass Outflow Edge and Point Conditions - Point Mass Source Volumetric Domain Properties - Wall Mass Transfer Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Non-Isothermal Flow - > Non-Isothermal Pipe Flow Single-Phase Flow - > Pipe Flow > Water Hammer Boundary Conditions - Pipe Connection Edge and Point Conditions - Line Mass Source Point Mass Source Pipe Flow Boundary Conditions at Points - Bend Closed Contraction/Expansion Local Friction Loss n-way junction No Flow Outflow: Laminar Flow with Average Velocity, Flow Rate or Pressure Pipe Connection Pump T-Junction Valve Y-junction > Inlet Pipe Flow Domain Properties on Edges - Bingham, Non-Newtonian Power Law, Non-Newtonian > Newtonian Heat Transfer - Physics Interfaces and Study Types - > Heat Transfer in Pipes Edge and Point Conditions - > Wall Heat Transfer for Heat Transfer in Pipes [5] Requires all indicated products 95 流体& 熱仕様表

96 96 流II-3-5 マイクロフルイディクスモジュール ~マイクロ流体装置のマルチフィジックス解析 ~ 輸送を処理するために作られたモジュールです 機能体 異方性多孔質媒体流 & 熱マイクロフルイディクスモジュールは マイクロ流体装置を調査する ための操作しやすいツールを備えています ラボオンチップデバイス デジタルマイクロ流体 動電学的装置と動磁気学的装置 インクジェット のシミュレーションが主な用途です マイクロフルイディクスモジュール には すぐに使えるユーザーインターフェースとシミュレーションツール すなわち単相流 多孔質媒体流 二相流 輸送現象向けのいわゆる フィジックスインターフェースがあります マイクロ流体流は 目に見える流れよりも大きさの桁が小さい長さ スケールで発生します マイクロスケールの流体の操作には 多くの メリットがあり 一般に マイクロ流体システムは小さく 動作が速く 肉眼レベルの同じ操作に比べて少ない流体で処理できます エネルギー入出力も簡単に制御できます ( たとえば 化学的反応で生成された熱など ) これは システムの表面対面積体積比が巨視的 システムよりはるかに大きいためです 通常 流量の長さスケールが減少すると システムの表面積に応じて増減する特性の重要性が 流量体積に応じて増減する特性よりも相対的に上昇します これは 等速表面のせん断によって生成される粘性力として流量そのもので 明らかであり 慣性力よりも優勢です これらの 2 つの力の比率を示すレイノルズ数 (Re) は 通常値が小さく したがって流れは層流です 多くの場合 ほふく ( ストークス ) 流の枠組みを適用します (Re 1) 層流とほふく流があると 特に混合がむずかしくなります したがって質量 輸送は拡散に限定されることが多くなりますが マイクロ流体のシステム拡散でも多くはゆっくりしたプロセスになります これはマイクロ 流体システムにおける化学輸送を表します マイクロフルイディクスモジュールは マイクロスケールの流量に特に留意して運動量 熱 質量 後処理の任意のユーザー定義式 壁関数が定義された境界層の自動メッシュ化とハイブリッドメッシュ Reynolds Prandtl Nusselt RayleighとGrashof 数を計算するためのビルトイン変数 クリーピング流 毛細管力 動電効果 ダルシーの法則とBrinkman 方程式による多孔質媒体における流れ 流体構造連成 (FSI) 多孔質媒体流のForchheimer 抗力 層流 マランゴニ効果 移動効果 多重種ユーザーインターフェース ニュートン流と非ニュートン流 粒子が流れに影響を与える可能性がある粒子トレーシング法 ( ラグランジュ - オイラー ) スリップ流 2D 流の浅い水路の近似 多孔質媒体での種輸送 表面張力効果 レベルセット法による二相流 フェーズフィールド法による二相流 任意ラグランジュ -オイラー (ALE) で構築した移動メッシュ法による二相流 用途 毛細血管装置 化学センサーと生化学センサー 誘電泳動 (DEP) DNAチップ 電気合体 動電流 電気浸透 電気湿潤 エマルション インクジェット ラボオンチップ 磁気泳動 マイクロリアクター マイクロポンプ マイクロミキサー マイクロ流体センサー 若干希薄な気体流 ( スリップ流 ) 静的ミキサー 表面張力効果 二相流 ポリマー流と粘弾性流 光流体工学

97 キャピラリー充填 - フェーズフィールド法 赤血球から血小板の誘電泳動分離 すべり流れのベンチマーク この事例では 水で満たされた容器の上に誘電泳動 (DEP) は 不均一な電界にさらされるこのモデルは Slip Flowインターフェースの配置された 狭い垂直円柱を調査します ような誘電体粒子に対して力が作用するベンチマークモデルです これは解析および空気 / 水面インターフェースで設定する壁面ような場合に発生します DEPは バイオセン数値計算の両方に基づいています 大気圧吸着力や表面張力によって 水は流路に沿ってサー 診断 粒子操作および濾過 ( 並べ替え ) の空気は 異なる温度に保たれた二つの容上昇します 表面張力や壁面吸着力はMEMS 粒子アセンブリー および多くのために使用器を接続する導電性マイクロチャネルを通っ装置中のマイクロ流路を通して流体を輸送生物医学装置の分野で多くの用途があります て流れます チャンネル壁に沿った熱クリーする際に使用されたり マイクロピペットを誘電泳動力は大きさ 形状 および粒子の誘電プの結果とし圧力勾配を生成し 二つの容器使って流体の微細量を測定し 輸送したり特性によって大きく変化します このことに間に流れが発生します 定常状態では チャ分量を追加するために使用されます 多孔質よりDEPを用いることで 例えば混合物からネルを通る正味の流れはゼロですが 容器媒体を通した多相流れと個体壁上への液滴様々な種類の細胞を得るというように 異なるの高温側と低温側との間に圧力勾配が存在流れは 壁面吸着力や表面張力の影響が 種類の粒子を分離するために使えます し 循環流が生じます 流れの動力学に強い影響を与えることとは 赤血球分離アプリケーションは 血小板から全く別の例です 壁面吸着力を正確にモデル赤血球を分離するために 赤血球を血液試料化するには 境界条件の取り扱いが重要です から選択的に濾過する方法を示します DEP 壁面速度をゼロに固定したとすると インターフィルター装置では 赤血球は血小板よりもフェースは壁に沿って移動することはできま大きいため 大きな力を受けその結果 よりせん そうでなければ すべり速度にゼロで偏向されます 装置には2つの出口が配置ない値の設定を許容して 壁の摩擦力を追加されていて 上方出口からは偏向されていないする必要があります そのような境界条件を粒子が出て行き 偏向されていない粒子のみ設定すると 明白に接触角 すなわち流体が下方出口から出ることができるようになってインターフェースと壁との角度 の設定が可能います になります 電気浸透性マイクロミキサー エレクトロウェッティングレンズ インクジェットノズル - レベルセット法 生化学的用途のためのマイクロラボは 多くの固体表面を有する 2つの流体界面の接触角は 最初はプリンターで使用するための発明で場合 異なる流体の流れの迅速な混合を必要接触点での力のバランスによって決定されしたが インクジェットは多くの適用領域でとします マイクロスケールでは 流れは通常ます エレクトロウェッティングにおいて接触採用されています 例えば ライフサイエンス非常に整然とした層流であり 渦がほとんど点での力のバランスは 導電性流体と固体分野やマイクロエレクトロニクスなどです 発生しないため 撹拌のための拡散の主要表面との間に電圧を印加することにより更新シミュレーションは流体流れの理解を向上させなメカニズムを生み出します 小さな分子されます 多くのアプリケーションにおいてるためだけでなく 特定用途のインクジェット ( したがって急速な拡散を起こす化学種 ) の固体表面は 導電層の上に堆積された薄いの最適化設定の予測にも有益であり得ます 拡散混合は 数十マイクロメートルの距離で誘電体で構成されています これは多くの場合 このアプリケーションの目的は インクジェット数秒のうちに起りえますが ペプチド タンパク誘電体上のエレクトロウェッティング (EWOD) ノズルの形状と操作を 所望の液滴サイズの質 および高分子核酸のような巨大分子のと呼ばれます エレクトロウェッティングは ために 適応させることです 液滴サイズは注入撹拌には同程度の距離で数分 ~ 数時間が導電性液体に印加する電圧を変化させて された液体の接触角 表面張力 粘度 それに必要です このような遅延は 多くの化学解析動的に接触角を変更して用いることができ濃度に依存します 結果はまた この注入量にとっては非実用的な長さです これらのます この事例では 2つの不混和性液体間のによって液滴が 基盤の最終液滴に合体する問題はマイクロ流体システムにおいて よりメニスカスは 光学レンズとして使用されます 前に いくつかの液滴に分裂するかどうかを 効率的な撹拌手法の強烈な模索につながってエレクトロウェッティング効果によるメニスカス明らかにしました この流体流れは 非圧縮性います このモデルは 流体を混合するための曲率の変化は 広い範囲にわたってレンズナビエ ストークス方程式と表面張力を用い に電気浸透を利用しています システムはの焦点距離を変更するために使用されます 流体界面を追跡するためにレベルセット法時間依存の電場を適用し 得られた電気浸透このモデルは フィリップスの流体焦点チームを用いて モデル化されます は平行な流線もしくは非常に整然とした層流の研究論文に基づいています このモデルは 流れを撹拌します 層流二相流 移動メッシュインターフェース と時間依存スタディを使用しています 97 流体& 熱事例紹介 (1/2)

98 98 流事例紹介 (2/2) この事例では濃度可変の水溶性薬物における巨視的レベルでは システムは通常 機械的このアプリケーションは 3Dマイクロ流路薬物送達システムの動作について記述します アクチュエーターまたは 3Dの乱流流れを用いシステム内の圧力駆動流および電気泳動一定量の水の液滴が毛細血管を一定速度でて流体を撹拌します しかしマイクロスケールの例を示します 研究者は多くの場合 この下って行きます 毛細血管壁の一部は分離透過レベルでは これらのアプローチはいずれもモデルの一つと良く似た装置を使用し バイオ膜で構成されており 毛細血管内部を薬物濃縮実用的でなかったり不可能でさえあったりチップ中における動電試料注入器として使用溶液から分離します 液滴が膜を通過すると します このモデルは MEMSミキサー中で層状して 明確に定義された分量の解離酸および接触角が変化し薬物が水に溶解します この層流を使用して 流体の混合を示します この塩を取得したり これらの分量を輸送したりプロセスをモデル化するため 膜との長期モデルは ラメラミキサー中の溶解した物質しています 接触のために 薬物の流束が定数として毛細血の対流および拡散と同様に 流体流れの定常管壁に設定されます 液滴速度を変化させる状態を解析します ことにより 液滴中の薬物の最終濃度を調整することができます 拡散マイクロミキサー 体& 熱薬物送達システム ラメラミキサー テスラマイクロバルブの最適化 動電バルブ中の輸送 層状液体層間の気泡誘発巻き込み このモデルは 拡散混合制御のために設計このモデルは テスラマイクロバルブのトポこのモデルは 食品加工 製薬業界 化学処された H 字型のマイクロセルをシミュレートロジー最適化を実行します Teslaマイクロバ理で一般的に使用される三相流のベンチマします セルには 制御期間中 2つの異なるルブは 可動部品ではなく摩擦力を使用してークです 結果は 論文に報告されたデータ層流ストリームが接触しています 接触面は逆流を抑制します 設計は モデリングドメイに対して検証しています 気泡は 重液の上十分に定義され 流量を制御することによってン内に特定量の材料を分散させることによりに軽液が置かれた 二つの層の液体を通っ拡散を介して 一方から他方への流れへと輸送最適化することができます 目標は デバイスて上昇します 気泡が重液から移動するにつされる化学種の量を制御することが可能です の前方流および逆流の圧力降下の比率を最れて 重液の一部を巻き込んで重液の尾を作この事例は元々 シアトルのワシントン大学大にすることです り 軽液に移動します で Bruce Finlayson 教授監督の下で Albert Witarsaによって定式化されました この業績は 数学的モデリングを通したマイクロ流体工学における特許の可能性評価の目的で 大学院修了論文の一部として実施されました

99 Chemical - Physics Interfaces and Study Types - > Transport of Diluted Species in Porous Media Boundary Conditions - Volatilization Edge and Point Conditions - Flux Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - Free Flow Mass Based Concentrations Migration in Electric Field Multiple-Species User Interface Species Source > Partially Saturated Porous Media > Porous Media Transport Properties Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Multiphase Flow - > Three-Phase Flow, Phase Field, Laminar > Two Phase Flow, Moving Mesh, Laminar > Two-Phase Flow, Level Set, Laminar > Two-Phase Flow, Phase Field, Laminar Porous Media and Subsurface Flow - > Brinkman Equations > Darcy's Law > Free and Porous Media Flow Rarefied Flow - > Slip Flow Single-Phase Flow - > Creeping Flow Boundary Conditions - External Fluid Interface External Slip Wall Fluid-Fluid Interface Flux Discontinuity, Porous Media Inflow Boundary, Porous Media Initial Interface, Two-Phase Flow Mass Flux, Porous Media No Flow, Porous Media Pressure, Porous Media Slip Wall Inlet - Laminar Flow with Average Velocity, Volumetric Flow Rate or Pressure Mass Flow Rate and Mass Flux Standard Mass Flow Rate (SCCM) Outlet - Laminar Flow with Average Velocity, Flow Rate or Pressure Wall - Electroosmotic Velocity Slip Velocity using Viscous Slip and Thermal Creep Wetted Wall and Moving Wetted Wall Edge and Point Conditions - Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - 1D Formulations for Porous Media Flow Forchheimer Drag Neglect Inertial Term (Stokes Flow) Shallow Channel Approximation, 2D Surface Tension Effects Swirl Flow, Axisymmetric, Laminar Non-Newtonian - Carreau Model Power Law Porous Media - Fluid and Matrix Properties, Brinkman Equations Mass Source > Darcy's Law, Isotropic and Anisotropic Mathematics - Moving Interface - Level Set Formulation Phase Field Formulation Ternary Phase Field Formulation > Boundary Conditions Study Steps - Other - Phase Initialization Transient Initialization Wall Distance Initialization 99 流体& 熱仕様表

100 100 流~ 真空システムの低圧気体流をモデル化 ~ II-3-6 分子流モジュール機能自由分子流 角度係数手法による等温流と非等温流体& 熱 流れの領域全体またはサーフェスのみをメッシュ化するために選択する 自由分子流におけるシステム容量の数密度の再構成 拡散フラックス 蒸発 分子流 リザーバー境界条件 総真空条件と真空ポンプ境界条件 非等温流の温度境界条件 ガス放出 吸着 / 脱着 沈殿のための壁境界条件 分子流モジュールを使えば真空系を設計し 低圧ガス流れを理解し 予測 することができます これらのツールが現象の理解を助け プロトタイプコ ストを減らし 開発スピードを加速させるにつれ 設計サイクルにおけるシ ミュレーションツールの使用はますます広がってきました 従って 設計プ ロセスにおけるシミュレーションの使用が増えることは本質的なコスト削 減につながります 真空系で起こるガス流れは通常の流体流れ問題とは異なる物理で記述されます 低圧においてはガス分子の平均自由行程は系のサイズと同等で ガスの希薄化が重要になります 流れはクヌーセン数 (Kn) を通して定量的に分類されますが それはガス流れのジオメトリサイズに対する分子の平均自由行程の比として表されます 過渡流 離散速度 / ラティスボルツマン法の変形態様を使用したボルツマンBGK 方程式による等温流 クヌーセン数全域に適用される壁境界条件 モデリング領域に流体を侵入または残すためのナビエ-ストークス様式と分子流動様式に適した境界条件 用途 真空系 半導体製造装置 材料処理装置 質量分析器 粒子加速器 シェールガスの探査 ナノ細孔流 流れのタイプ クヌーセン数 連続流 Kn < 0.01 すべり流れ 0.01 < Kn < 0.1 遷移流れ 0.1 < Kn < 10 自由分子流れ Kn > 10

101 毛細管中の分子流 蒸発器 電荷交換セルシミュレーター 任意の幾何学的形状の分子流を計算するこのモデルは 熱蒸着された金膜の厚さを計電荷交換セルは 真空チャンバー内の高圧で場合 解析的に計算することが非常に困難算する方法を示しています 堆積した膜の厚気体の領域から構成されます イオンビームである複雑な積分方程式を使用します そのさは チャンバー壁面およびサンプル上の両が高密度ガスと相互作用すると イオンはそのため解析解は 単純な幾何形状のときのみ方で計算します ガスとの電荷交換反応を受け 高エネルギー入手可能です 解決された最古の問題の一つの中性粒子を生成します ビームイオンのは Clausing 氏によって最初に正確に取り一部のみが 電荷交換反応を受ける可能性扱われた 任意の長さの管を流れる気体流があります 従ってそのビームを中和する目的の問題でした その後彼によって導かれたのために 2つの帯電する偏向板はセルの積分式は Cole 氏によってより正確に計算外側に配置されています このようにして 高されました これらの著者は任意長さの管上エネルギーの中性源を製造することができにおける分子の通過確率の値が 圧力とはます 荷電交換セルシミュレーターアプリは 無関係であり クヌーセン数が1よりも遙かに中性アルゴンを含む電荷交換セルで陽子大きい ( 分子流領域 ) ことを導き出しました ビームの相互作用をシミュレートします このモデルは 異なる長さ / 半径比のマイクロユーザー入力は 気体セルや真空チャンバーキャピラリーを通して分子の分子流において のいくつかの形状パラメーター ビーム特性 通過確率を計算するために自由分子流インおよび残りのイオンを偏向させるために使用ターフェースを使用しています この結果は される荷電板の特性を含みます シミュレー Cole 氏によって計算された正確な解と比較ションアプリは中和されたイオン比を計測されます し またどのような種類の衝突が何回発生したかの統計を記録して 電荷交換セルの効率を計算します 負荷固定真空装置中の吸水 / 脱水 S 字管中の分子流 このモデルは 低気圧で真空システムの吸水 / このモデルは S 字管を通過する輸送確率を イオン注入装置評価アプリは イオン注入脱水の時間依存解析をシミュレートする方法自由分子流インターフェースで使用できる角度を示しています ロードロックにゲートバルブ係数法と 数学的粒子トレーシングインターが開かれたときに水がシステムに導かれ フェースを用いたモンテカルロ法の 両方をその後の移動およびポンプによる排出がモデル化されています 用いて計算します 2 つの手法によって計算された輸送確率は その差が 1% 以下と非常によく一致しています イオン注入真空装置中の分子流 装置の設計を考慮しています イオン注入は ウェハーにドーパントを注入するために 半導体産業で広く使用されています イオン注入装置内部では イオン源内部で生成されたイオンが 設定した注入エネルギー量に達するまで電界によって加速されます 適切な電荷状態のイオンは 分離磁石を用いて選択されます 分離磁石はイオンビームを曲げ その結果 特定の電荷質量比のイオンのみがウェハーに到達するようになっています イオンビームのエネルギー量およびウェハー角度は共に プロセスに重要なパラメーターです このアプリでユーザーは ガス放出種の分子量ガス放出率 および表面温度だけでなく ウェハー角度を変更することができます 冷却ポンプとターボポンプの速度も調節することができます 数密度 圧力 分子フラックス ならびにビームラインに沿った平均数密度を可視化することも可能です 101 流体& 熱事例紹介 (1/2)

102 102 流セルを通過する陽子ビームの中和 ガスセルは科学機器の設計において いくつかのアプリケーションを持っています ガスセルは 機器の主要な真空システム内の高圧領域を定義するために使用されます 例えば このアプリケーションにおいて 我々は長さ 100mm の高圧領域を設計していることに注目してください また 衝突セル内の動作圧力は 1e-3[Torr] であり また主要な真空システムの圧力は 1e-5[Torr] なのです 質量分析法において 典型的なアプリケーションは 誘導結合プラズマ質量分析 (ICPMS) での質量スペクトル干渉の除去 または衝突セル としてイオン分子反応の促進 またはタンデム質量分析 (MS-MS) での分裂です RF カプラー中の分子流 体& 熱事例紹介 (2/2) 超真空 化学蒸着 化学蒸着 (CVD) は ウェハー基板の上に高純度の固体材料の層を成長させるために 半導体産業で多く使用される製造方法です CVD は多くの異なる技術を用い しかもそれらをしています プロセスがより高い圧力で動作大気圧から超真空 (UHV/CVD) までの圧力し また動作のためにUHVを必要とする検出範囲で適用することで 達成されます UHV/ 器によってモニターされる場合には このような CVDは10の-6 乗 Pa(10の-8 乗 Torr) 以下の圧力仕組みは不可欠です このモデル内では 細管で実施されるので 気体輸送は分子流によってを通り高真空チャンバーへ通じる気体流れに 達成されます そのため境界層のようなあらついて 流量は解析式を用いて近似されます ゆる流体力学的効果が無視されます 加えて 分子衝突があまり起きないため 気相化学反応も起きません そのため成長率は 化学種の数密度と表面分子分解処理によって考慮 されます このモデルは複数の化学種と自由分子流を用いて シリコンウェハーの成長をモデル化しています ガス放出管 差動排気 このモデルはRFカプラーを通過する分子のこのベンチマークモデルは 高アスペクト比の輸送確率を 自由分子流インターフェースでガス放出パイプのシステム内の圧力を計算使用できる角度係数法と 数学的粒子トレーします 結果は1Dシミュレーションと 文献シングインターフェースを用いたモンテカルロから引用した同じシステムのモンテカルロ法の 両方を用いて計算します 2つの手法にシミュレーションとを比較しています されます よって計算された輸送確率は その差が1% 以下と非常によく一致しています 差動ポンプ真空システムは 非常に圧力差が大きな真空系の 2 つの部分を接続するために 小さなオリフィスまたはチューブを使用 一方向分子流中の回転平面 このモデルは 高い指向性分子流中の 回転板表面の粒子束 数密度および圧力を計算し ます 求められた結果は 分子流を計算する他の近似値や 他の技術を用いたものと比較

103 Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Rarefied Flow - > Molecular Flow > Transitional Flow Boundary Conditions - Diffuse Flux Evaporation Number Density Reconstruction (Interior Boundaries Only) Plane Symmetry Reservoir Surface Temperature Total Vacuum Vacuum Pump (Free Molecular Flow) Wall - > Molecular Flow Wall Boundary Conditions Edge and Point Conditions - Molecular Flow Features on Edges or Points - Number Density Reconstruction Molecular Flow - Molecular Flow Multiple Species Number Density Reconstruction 103 流体& 熱仕様表

104 104 構造& 音~ 固体と流体における伝熱モデルの一般的な目的のために ~ 伝熱モジュールは装置や部品あるいはプロセスのおける加熱や冷熱 II-3-7 伝熱モジュール機能響の効果を調べることに役立ちます このモジュールは 構造力学 流体力学 電磁気学 化学反応などのような物理特性と連動する伝熱のメカニズム ( 伝導 対流 放射 ) を研究するために シミュレーションツールを提供しています ここで伝熱モジュールは 熱やエネルギーの生産 消費 伝導が研究プロセスで焦点となり あるいは重大な影響を及ぼす場所でのあらゆる産業と応用分野のためにプラットフォームとしての機能を果たします 伝熱モジュールには 正確な分析に必要な熱力学データなど多くの共通の流体とガスの物質特性を含む物資データベースが内部に蓄積されています ここには 伝熱率 熱容量 密度が含まれています また材料ライブラリは 2,500を超える固体材料のデータや代数関係の両方を持つ材料特性の源泉であり そこでは ヤング率や電気伝導率などの多くの特性に温度依存性があります 伝熱モジュールは Excel およびMATLAB から熱力学などその他の材料データのインポートを支援し また CAPE-OPENインターフェース接続標準を通じて 外部の熱力学データベースとの接続を支援しています 摩擦による加熱 および熱応力と変形を含む 固体の伝熱 気体と液体における伝導と対流 自然対流と非等温流れのサポート共役伝熱 細孔中の固相の伝熱 対流および伝熱を介した多孔質媒体における伝熱 多孔質媒体における熱分散 血液かん流速度や代謝の熱源用の集計データを含むベンチマーク用生体熱モデル 薄肉シェルや高伝導層の伝熱 非等温流れを含むk-εおよび低レイノルズk-ε 乱流モデル 表面から周囲 および表面間の放射による 不透明な表面との間の伝熱 関連している ( または半透明の ) 媒体中の放射 放出 吸収と散乱 抵抗加熱またはジュール加熱 潜熱を含む相変化のサポート 事例紹介 (1/2) 多管式熱交換器 異方性伝熱係数と曲線の座標システムにおけるそれらの計算 ポストプロセス変数へのフルアクセス 流線 横風 流体流れの等方性拡散安定化方法 対流伝熱と熱源 結露発見指標を含む湿った空気をモデル化するためのインターフェース 拘束コンダクタンス (Cooper - Mikic- YovanovichとMikic Elastic Correlation) 隙間コンダクタンスと放射性コンダクタンスを介した 表面間の熱接触モデリング レイノルズ プラントル ヌッセルト レイリーとグラショー数を計算するためのビルトイン変数 垂直や傾斜した壁 水平で平行したプレートとチューブの伝熱を記述ためのビルトイン関連付け Kays-Crawford 乱流モデルで計算される乱流熱伝導率 ディスクブレーキの発熱 用途 アーク溶接 生体加熱治療と温熱療法 鋳造加工と熱加工 ディスクブレーキ 電子冷却 食品加工 料理 滅菌 摩擦攪拌溶接 溶鉱炉とバーナーの設計 熱交換器と冷却フランジ レーザー溶接とレーザー加熱 回路基板の対流冷却 材料熱処理 共役伝熱 乾燥とフリーズドライ 多孔質媒体内での伝熱 抵抗加熱と誘導加熱 凝固 構造物の熱性能 パワーエレクトロニクスと電子冷却 太陽熱発電セル 熱負荷 多管式熱交換器は 一般的に製油所や大規模このモデルは自動車のディスクブレーキの 熱源として働く 基板上に装着した複数のな化学プロセスで使用されています 二つのブレーキ開放シーケンスでの過渡加熱および集積回路 (IC) 一式の空冷を調べます 二つの流体は それぞれ異なる温度の熱交換器を最終温度の例です 過渡加熱し 次に対流冷却シナリオが考えられます : 基板を垂直に配置通って流れます : 一つは管 ( チューブ側 ) で を決定するため最小間隔で一連のブレーキして自然対流を使用 あるいは水平に配置もう一つはチューブの周囲 ( シェル側 ) 複数係合をモデル化することが重要です 冷却がして強制対流 ( ファン冷却 ) この場合 誘導の設計パラメーターおよび動作条件は 多管式不十分の場合 ディスクは過熱し 結果としてした ( 強制 ) 流動により空気の流れが冷却を熱交換器の最適性能に影響を与えます ブレーキは故障します 支配します

105 ヒーター回路 アルミ押出成形の流体 - 構造連成 相変化 小型の加熱回路は多くのアプリケーション圧延や押出のような大規模な成形過程では この例は相変化をモデル化し 伝熱解析への で使用されます 例えば製造プロセスでは 理想的には塑性状態で材料を流しがなら 影響を予測する方法を示しています 相変化 反応性流体を加熱します 使用するデバイス高温の固体状態で金属合金を変形させます の潜熱の方程式は多くの文献に記述されて はガラス板上の堆積電気抵抗層からなります 材料が速度および温度に依存すると考えいますが それらの実装は標準ではありません 回路に電圧を印加すると レイヤーにジュールられている場合 効果的に計算流体力学をこのモデルは実装済みのインターフェースを 加熱が生じます レイヤーの特性により 熱量が使用してシミュレートすることができます 利用できます 決定します 日傘の下に置いたクーラーボックスの太陽放 非等温 MEMS 熱交換器 電源筐体のジオメトリ 射による影響 日傘と太陽放射アプリは 外部放射源としてステンレス製熱交換器に関する例は バイオコンピューターの電源ユニット (PSU) の熱挙動太陽の熱効果をモデル化する方法を示してテクノロジのラボオンチップデバイスやマイをシミュレートします このような筐体の多くいます アプリは 海辺で日傘の下に二つのクロ燃料電池のマイクロリアクターで見つけるは 高温による電子部品の故障を避けるためクーラーボックスを異なる場所において太陽ことができます モデルは3Dで熱交換器に生冷却装置を組み込んでいます このモデルで放射を調査します 一日の長さを変えることじる 対流および伝導よって伝熱を解析してはファンおよび穴あき格子で空気の流れをができ 世界中の海岸を設定することができいます モデルは温度 デバイスの熱流束を生み出し 筐体内の内部過熱を弱めます ます 解き 熱交換の対流期間を調べます 錫の融解電球内の自由対流放熱器 この例では ステファン問題に応じて移動電球内のアルゴンガスの自由対流を扱いまこのモデルは 流体流れおよび共役熱伝達境界インターフェースで相転移をモデル化す これは温度による密度差によって誘起さシミュレーションに踏み出す第一歩を目的とする方法を示しています 固体および液体れた運動量輸送 ( 非等温流れ ) への熱輸送 ( 伝しています 以下が操作手順です : 対流冷却の両方を含む方形の空洞は 左右の境界間導 放射および対流 ) の結びつきを示していまをモデル化するためデバイスの周囲に空気の温度差に従います 流体と固体部分は す COMSOL Multiphysicsモデルにより 電球の箱を描き 自動面積計算を使用して境界の移動する融解面を共有する別のドメインで外面の温度分布 ならびに電球内の温度お全熱流束を設定し データセットから有効な解決します 時系列で見た場合 境界の位置よび圧力分布を決定することができます 手段を選択して結果を表示します はステファンのエネルギー収支条件に応じて計算されます コップの自由対流事業用ボイラーにおける放射熱伝達 このモデルは 冷水の入ったコップを室温にこのモデルでは 離散座標 (DOM) を使用して加熱する 自由対流および熱伝達を扱います 内部邪魔板を備えた事業用ボイラーの放 最初は コップと水を 5 に保ち 25 の部射熱伝達を分析します DOMは 燃焼室の炉屋のテーブルに置きます 非等温流は 伝熱壁上の放射熱流束の予測に最も有用な放射モジュールを用いて熱伝達と結合します モデルの一つです このモデルでは 必要に応じて温度 炉内および点火ヒーターの熱流束の振る舞いを簡単に得ることができます 105 構造& 音響事例紹介 (2/2)

106 造& 音響106 構仕様表 Chemical - Physics Interfaces and Study Types - Moisture Transport - > Moisture Transport in Air > Moisture Transport in Building Material Boundary Conditions - Moist Surface Moisture Content Moisture Flux Thin Moisture Barrier Wet Surface Volumetric Domain Properties - Turbulent Mixing Diffusion-Models for Transport of Concentrated Species - Building Material Moisture Source > Moist Air Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Non-Isothermal Flow - > Laminar Flow > Turbulent Flow, Algebraic yplus > Turbulent Flow, k-epsilon > Turbulent Flow, L-VEL > Turbulent Flow, Low-Reynolds k-epsilon Single-Phase Flow - > Turbulent Flow, Algebraic yplus > Turbulent Flow, k-epsilon > Turbulent Flow, L-VEL > Turbulent Flow, Low-Reynolds k-epsilon Boundary Conditions - Fan Grille Interior Fan Marangoni effect (multiphysic coupling) Screen Vacuum Pump Inlet - Laminar Flow with Average Velocity, Volumetric Flow Rate or Pressure Mass Flow Rate and Mass Flux Turbulent Flow Outlet - Laminar Flow with Average Velocity, Flow Rate or Pressure Wall - > Interior Wall > Turbulent Flow Wall Functions Volumetric Domain Properties - Gravity in Single Phase Flow Pressure Work, Non-Isothermal Flow Viscous Heating, Non-Isothermal Flow Heat Transfer - Physics Interfaces and Study Types - Marangoni effect > Bioheat Transfer > Heat Transfer in Fractures > Heat Transfer in Porous Media > Heat Transfer in Thin Films > Heat Transfer in Thin Shells Radiation - > Heat Transfer with Radiation in Participating Media > Heat Transfer with Surface-to-Surface Radiation > Radiation in Participating Media > Surface-to-Surface Radiation Ambient Conditions - > Time-dependent climate data for stations (ASHRAE 2013) Boundary Conditions - Deposited Beam Power Inflow Heat Flux Marangoni effect (multiphysic coupling) Open Boundary Thermal Contact > Heat Transfer in Thin Shells > Fracture > Isothermal Domain Interface > Radiation in Participating Media > Surface-to-Surface Radiation > Thin Film > Thin Layer Edge and Point Conditions - Thin Rod > Heat Transfer in Thin Shells > Thin Layer, Thin Film and Fracture External Radiation Source - Directional Radiation Source Point Radiation Source Solar Position Predefined Multiphysics Interfaces - > Conjugate Heat Transfer > Heat and Moisture Transport > Local Thermal Non-Equilibrium > Thermoelectric Effect Symmetry for Surface-to-Surface Radiation - Perpendicular Planes of Symmetry Plane of Symmetry Sectors of Symmetry Volumetric Domain Properties - Building Material Infinite Domain Modeling with Infinite Elements Isothermal Domain Opacity Out-of-plane Heat Transfer Phase Change Material Pressure Work Thermoelastic Damping Viscous Dissipation > Biological Tissue > Fluid > Moist Air > Porous Medium > Radiation in Participating Media Thermodynamics for Heat Transfer in Fluids - Ideal Gas Moist Air Mathematics - Coordinate Systems - Scaling System Study Steps - Other - Wall Distance Initialization

107 II-4 化学 II-4-1 化学反応工学モジュール II-4-2 バッテリ & 燃料電池モジュール II-4-3 電気めっきモジュール II-4-4 腐食解析モジュール II-4-5 電気化学モジュール 107 化学

108 108 化II-4-1 化学反応工学モジュール ~ 物質とエネルギーバランスと化学反応 ~ を定義します 機能 希釈混合物や濃縮混合物内の質量移動 拡散 対流 イオン移動における質量移動 多成分質量輸送 ソレー効果を構成する多成分拡散性薄層における拡散 拡散バリアー 多孔質媒体における種輸送と伝熱学化学反応器 ろ過装置 ミキサや他のプロセスの最適化は 化学反応工学モジュールを使用して実現可能になります そのモジュールには 表面上や固相内の気体 流体 多孔質媒体もしくは全てのコンビネーションなどあらゆるタイプの環境における任意の化学速度が分析可能な材料輸送や伝熱のシミュレーションツールが含まれています 皆さんの周囲の環境に密接な プロセスユニット や 化学反応 などが関係している全ての化学的ファセット プロセス産業 そして環境工学にいたるまでを完璧にカバーすることができます 化学反応工学モジュールは 低濃度や濃縮液内における材料輸送を定義した直感的ユーザーインターフェースや化学種の任意数の対流 拡散 イオン移動を介した混合物を含んでいます これらは アレニウス方程式で容易に定義することが可能で 可逆 不可逆 平衡反応速度の定義との連成が可能です また動力学の速度濃度や温度の影響をうける任意の速度則とも連成が可能です 化学反応を定義するインターフェースは 化学式として分かりやすく また方程式に関しては まるで紙の上に書いているように入力することが出来ます COMSOLは 質量 作用の法則を使用して適切な反応式を設定します この反応式は ご自身の動力式に変更や訂正を行うことが可能です それらが均一 なのか不均一か 発生場所がバルク内もしくは表面なのかなどには関係なく 反応式中の化学量論は自動的に物質とエネルギーバランス 化学式ベースで反応式を生成する自動理想リアクターモデル Fickian Nernst-Planck Maxwell-Stefan および混合平均輸送 質量輸送パラメーターの多孔性補正モデル 薄層多孔質媒体流 Hagen-Poiseuille 方程式 ナビエ-ストークス ダルシーの法則 Brinkman 方程式 反応流 サーフェス拡散と反応 サーフェスにおける種の吸着 吸収 沈殿 マルチスケール輸送と反応機能 等温 / 非等温環境における化学反応速度論の任意定義で無制限の数の化学種を使用可能 アレニウスモデル サーフェスにおける吸着等温線 種の吸収 / 沈殿 自由 / 多孔質媒体反応流 速度論データ 熱力学 輸送特性のためのCHEMKIN ファイルインポート機能 CAPE-OPEN 形式による熱力学データベースのサポート 用途 バッチ式反応器と高圧反応器 生物反応器と発酵槽 生化学 生化学工学 食品科学 化学反応器の設計 サイズ設定 最適化 クロマトグラフィー 連続反応器と CSTR 分離器 洗浄機 晶析装置 浸出ユニットの操作 電気化学工学 浸透 電気泳動 電気浸透 排気後処理と放出抑制 濾過と沈殿 均一および不均一触媒反応 触媒による選択的還元と SCR 触媒 マイクロフルイディクスとラボオンチップ (lab-on-chip) 装置 モノリシック反応器と触媒コンバーター 多成分と薄膜輸動 充填床反応器 医薬品合成 栓流反応器設計と管型反応装置 重合反応速度論と製造 予熱バーナーと内燃エンジン 水素改質装置 半導体製造と CVD

109 NOx 反応速度の解析 チューブ型反応器によ分離作用 GaAs からの化学蒸着 この一連の事例は 選択的 NO 還元のモデル管状反応器は多くの場合 例えば石油産業化学蒸着 (CVD) は 分子および分子フラグ 化を示します それは電気自動車の排気装置で 連続的な大規模生産に使用されています メントが表面吸着または表面成長することに 中のモノリシック反応器の流路を通過し 主要な設計パラメーターの 1つには 所望のより 薄膜が表面に成長することを可能にし 排気ガスとして発生しています このシミュ生成物を生成する 変換率または反応物の量ます この事例では 以下の様なCVD 反応器 レーションは 生成過程で還元剤として反応が挙げられます 高い転化率を達成するためのモデル化を図示します : トリエチルガリウム している NH3の最適な配合量を見つけることに 生産エンジニアは反応器設計を最適化が最初に分解し アルシン (AsH3) 吸着と共に が目的です 以下の3つの異なる解析が行われます : 動態解析 : します : 長さ 幅それに加熱システムなどです 反応が生成したり 基板上でGaAs 層を形成正確な反応器モデルは 設計段階または既存する反応が起きます CVDシステムは 運動量反応器チューニングの両方の段階において 保存則 エネルギー保存則 それに質量保存 この事例では モノリシック反応器の単一非常に便利なツールです この事例では気相則をモデル化し 詳細な気相動力学と吸着動 チャネルにおける選択的還元について詳しの解離過程を取り扱い そこでは化学種 Aが力学を含みます 省略された反応スキームは く調査されます 反応速度は プラグフロー反応して化学種 Bを形成します このモデル反応工学インターフェースの完全なスキームと 反応型の反応工学インターフェースを用いて では 以下の様な化学反応工学モジュールの比較されます このモデルは可逆反応グループ 解析されます 詳細なプロセス モデリング : いくつかの魅力的な機能の使い方を示します 機能を使うことで 反応工学インターフェース - 多成分拡散を考慮した高濃度種輸送のと化学インターフェースの使いやすさを強調 この事例では 最適なNH3 投与量として 使い方 しますが これは0Dで空間依存の反応器で 開始時には上記事例での量を用います - 可変密度を層流インターフェースに連成反応 / 輸送システムをシミュレートします 反応 このモデルは3Dで構築され 投与レベル する方法 工学インターフェースでは 完全な混合系での のより良いチューニングを伴って 問題の - 温度依存かつ組成依存の反応動力学の反応の異なるセットの過渡的振る舞いを調査 完全な空間依存性を明らかにします 実装 することができます 化学インターフェースには 熱応力のモデリング : このモデルはモノリシック構造内の 化学 - 管状反応器で典型的に使用される 細長い反応動力学が揃っており 輸送パラメーター幾何形状を離散化するための マップ化と熱パラメーターを計算するので それをもって 反応によって引き起こされる熱による熱 メッシュの使用法 他のインターフェースとシームレスに連成する 勾配を算出します 上記の3Dモデルと共に - 熱収支を追加する方法と 熱収支 質量収支ことができます この調査のために構造力学モジュールが と速度場との連成方法 使用されます マルチスケール 3D 充填層反応器 注入針付き多孔質媒体反応器 透析による分離反応 化学工業における最も一般的な反応器の一つこのアプリケーションは 不均一触媒研究の透析は 広く使用される化学種の分離方法は 不均質触媒プロセスで使用するための ための実験炉内での 流れ場と化学種分布をです その一例が血液透析で 腎不全を持つ充填床反応器です このタイプの反応器は 取り扱います このモデルは固定床反応期中人々のための人工腎臓として用いられます 合成と排出物処理の両方および触媒燃焼での 自由流れおよび多孔質媒体流れの連成透析では特定の成分のみが 分子サイズ差使用されます このモデルは ペレット周囲を解析を例示します 反応器は 主軸方向におよび溶解度差に基づき 膜を通して拡散流れる原子炉ガス中の濃度密度を計算する垂直な注入管を有する直管構造で構成されてされます この膜透析アプリは 流体中の汚染ように設定されていますが それはまた そのいます 主管と注入管へ注入される化学種が 物質濃度を低下させる工程をシミュレートモデルの各多孔質触媒ペレット内部の濃度固定多孔質触媒床で化学反応を起こします します この装置は中空糸モジュールで構成分布のモデル化に 余分な次元をも使用してこのモデルは ナビエ ストークス方程式とされており その中空糸の壁面では汚染物質います 余分な次元は機能反応性ペレットダルシー則を拡張したブリンクマン則を用いを除去する膜として作用します このアプリのベッドに組み込まれ それはCOMSOL 5.0からて 自由流れと多孔質流れを連成します 3 化学結果によって 膜材料の選択や 繊維寸法の内蔵されています 反応器は 触媒粒子を充填種の質量輸送は 対流拡散方程式でモデル選択 および透析の操作条件の選択の助けした円筒状のシェルで構成されています これ化されています になります らの粒子は チューブまたはチャネルのような 支持構造内に収容することができ またはそれらは反応器内の一つの区画に充填することができます 109 化学事例紹介 (1/2)

110 110 化学得られた乱流火炎は バーナーヘッドに取りいるモデリングインターフェースを使用して容ることを約束しています 付けられます 易に設定することができます 事例紹介 (2/2) 生体センサー設計 不均一系触媒での炭素析出 熱分解 吸着 - 反応 - 脱着ステップを伴う表面反応は 固体触媒の表面上の炭素析出は 一般的にこのチュートリアルでは 平行平板反応器内の 例えば 光触媒やバイオセンサーなどで一般的炭化水素処理において観察されます 既知の発熱反応をモデル化するために 伝熱方程式 です バイオセンサー内のフローセルは 例えば問題は 炭素堆積物は触媒の活性を妨げると質量輸送方程式が層流解析と連成してい 水溶液中の抗原の吸着のために マイクロだけでなく 触媒床を通るガスの流れを遮断ます COMSOL Multiphysicsの組込み物理 ピラー配列構造が含まれています 表面被覆することができるということです この例では インターフェースを用いて どのようにして徐々 率に比例する信号は 例えば化学発光を介して 触媒上で水素と固体炭素へのメタンの熱分解に洗練されたモデルを体系的に構築し求解 センサーで検出することができます このデモを調査します 触媒活性の影響は 理想的なするかを例示します アプリケーションは 活性表面を有するフロー反応器モデルとして反応工学インターフェース セルを備えています ユーザーはアプリを用いを用いて まず最初に求められます これが て センサーの設計パラメーターを変更する炭素析出が考慮されたことにより多孔性が ことができます 例えばピラー直径 グリッド減衰するような 空間的あるいは時間依存 間隔 それに流入速度などです そして検出モデルとして拡張されます 結果にどのように影響するかを確認できます ラウンドジェットバーナーで合成ガスの燃焼 水蒸気改質装置 プレート反応器内でのファインケミカル製造 モデルは単純なラウンドジェットバーナー中の 水蒸気改質装置を燃料電池発電装置に使用合成ガスの非予混合乱流燃焼をシミュレートした場合 一般的な例では 電池スタックに必します 合成ガスは 主に水素 一酸化炭素要な水素を提供します この例は 水蒸気改質 連続条件で運転するプレート反応器は ファインケミカルおよび薬剤生産を中心とした回分式反応器に代わる候補として浮上しています および二酸化炭素からなるガス混合物です 装置のモデル化を説明します 改質の化学は プレート反応器設計の利点の一つは 反応流 合成ガスの名前は 合成天然ガス生成に使用吸熱反応系を駆動するために加熱管を通して体の効率的な温度制御を可能にすることです されることに由来します このモデルでは 合成エネルギーを供給する多孔質触媒床で起きま 例えば これは強い発熱反応からの放熱を容 ガスは ゆっくりとした空気の並行流と共に す 反応器は保温ジャケット内に封入します パイプから開放領域に供給されます パイプシステムを記述するために使用する密結合シ 易に消散させることができ より濃縮された反応混合物を系内に流すことができることを意 から流出すると 合成ガスは非予混合方式で ステムの質量 エネルギー および運動量方程味します プレート反応器は より小型のパッ 周囲の空気と混合し燃焼します 結果として式は 化学反応工学モジュールで定義されて ケージでエネルギー効率の高い生産を提供す

111 Chemical - Physics Interfaces and Study Types - Chemistry > Electrophoretic Transport > Nernst-Planck Equations > Nernst-Planck-Poisson Equations > Reaction Engineering > Surface Reactions > Transport of Concentrated Species > Transport of Diluted Species in Fractures > Transport of Diluted Species in Porous Media Reacting Flow - > Laminar Flow > Concentrated Species > Diluted Species Boundary Conditions - Current Density Current Discontinuity Electric Insulation Electric Potential Mass Fraction Open Boundary Reacting Boundary Surface Equilibrium Reaction Surface Properties Volatilization > Fracture > Inflow with Mixture Specification Edge and Point Conditions - Flux Line Mass Source Point Mass Source Thermodynamics and Kinetics Data Import - Mixture properties, CAPE-OPEN standard Parameter estimation [6] > CHEMKIN file import of thermo- transport- and kinetic data Volumetric Domain Properties - Equilibrium Reaction Free Flow Generate Space-Dependent Model Infinite Domain Modeling with Infinite Elements Mass Based Concentrations Migration in Electric Field Multiple-Species User Interface Reactive Pellet Bed Species Source Species, Chemical Reaction Engineering > Effective Mass Transport Parameters > Partially Saturated Porous Media > Porous Media Transport Properties > Reactions, extended for Chemical Reaction Engineering Diffusion-Models for Transport of Concentrated Species - Fick's Law Knudsen Diffusion Maxwell-Stefan Mixture-Averaged Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Porous Media and Subsurface Flow - > Brinkman Equations > Darcy's Law > Free and Porous Media Flow Single-Phase Flow - > Creeping Flow Boundary Conditions - Flux Discontinuity, Porous Media Inflow Boundary, Porous Media Mass Flux, Porous Media No Flow, Porous Media Pressure, Porous Media Inlet - Laminar Flow with Average Velocity, Volumetric Flow Rate or Pressure Edge and Point Conditions - Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - 1D Formulations for Porous Media Flow Forchheimer Drag Neglect Inertial Term (Stokes Flow) Porous Media - Fluid and Matrix Properties, Brinkman Equations Mass Source > Darcy's Law, Isotropic and Anisotropic Heat Transfer - Physics Interfaces and Study Types - > Heat Transfer in Porous Media Volumetric Domain Properties - > Porous Medium Thermodynamics for Heat Transfer in Fluids - Ideal Gas Mathematics - Coordinate Systems - Scaling System Study Steps - Stationary - Stationary Plug Flow 111 化学仕様表

112 112 化II-4-2 バッテリ & 燃料電池モジュール ~バッテリと燃料電池設計 ~ 機能インターフェース 希釈溶液と濃縮溶液におけるNernst-Planck 方程式方程式 電極におけるオームの法則と電流の保存 平衡電位および濃度過電圧に関するNernst 方程式学バッテリと燃料電池は 高濃度エネルギーや電力効率などを含め より厳しい環境で より長い年月の作業を要求されます これらの条件 は この産業界にさらなるプレッシャーをかけ 開発 設計 最適化 そして質と安全の確立のため バッテリ & 燃料電池のモデリングや シミュレーションは必要不可欠なツールの 1 つになっています システム の例として 鉛酸蓄電池 リチウムイオン電池 ニッケル水素電池 固体 電解質型燃料電池 (SOFCs) 直接メタノール型燃料電池 (DMFCs) そして プロトン交換膜燃料電池 (PEMFCs) が あげられます バッテリ & 燃料電池モジュールでは バッテリおよび燃料電池の 電極と電解液内の根本的な電気化学的挙動をモデリングします 様々 な操作状況 設計構造 数多くの老朽化メカニズムが原因で起こる 劣化に対する性能解析が可能になります このアドオンモジュール と共に 荷電種 - 中性種の輸送 電流電動 流量 伝熱 そして平面的 で多孔質な電極の電気化学反応の性質と駆動力をシミュレートでき ます これらの特性を理解することで 性能 熱管理 安全に関連する システム内の電極 セパレーター 膜組織 電解質 電流コレクタ 電流 フィーダーの設計およびジオメトリと材料選択の最適化を行うこと が可能になります 自由多孔質媒体の電解質と多孔質電解質における電流平衡の一次 二次および三次電流分布 電気的中性 支持電解質または荷電平衡方程式のポアソン方程式の定式化 電解質における移動度と拡散率の関連付けに関する Nernst-Einstein 方程式 ソースとシンクとしての均一系反応と電気化学反応など気体中の輸送に関する Maxwell-Stefan 電極反応に対する材料と電流平衡の自動連成のための化学量論とファラデーの法則 ニッケル水素バッテリ 活性化過電圧と濃度過電圧を説明する電極反応速度論 吸着と脱着などの電極触媒作用 定義済みの速度論に関するButler-Volmer 方程式とTafel 方程式 動作条件に応じてインターフェースの厚さを変更するためのモデル変数を含む 固体電解質インターフェース (SEI) 定義 電極粒子における種のインターカレーション 有効媒体のBruggeman 関係を使用する多孔性とねじれの効果など 多孔質電極とGDEの定義済みの定式化 多孔質電極とGDE 内の多孔質電解質における輸送を説明する凝集モデルと薄膜モデル 電荷移動反応に連成したモデル変数として多孔性を組み込んだことによる操作時の電極材料の分解による多孔性変化 二重層容量の影響など記述されたすべてのシステムに対応する電気化学的インピーダンス分光法 ( 交流インピーダンス ) スタディ 電流遮断スタディ 電気化学系に合わせたソルバー設定による定常シミュレーションと過渡シミュレーション電極と電解質における抵抗損失によるジュール加熱と活性化損失による加熱 非等温層流など 自由 / 多孔質媒体における伝熱 Brinkman 方程式による 燃料電池バイポーラー板と冷却チャネルなどの開放チャネルと接触した多孔質媒体における流体に関する定義済みの連成 セパレーターなどバッテリー材料の化学劣化による劣化のシミュレーションのための化学種輸送と反応 用途設計と運用の研究 : アルカリ形 FC 直接メタノール形 FC 融解炭酸塩形 FC 固体高分子形 (PEM)FC 固体酸化物形 FC 燃料電池スタック 鉛酸バッテリ リチウムイオンバッテリ バッテリパック 電流のコレクタとフィーダー 多孔質電極 ガス拡散電極 (GDE) 固体電解質モデリングとシミュレーション : 熱管理 熱暴走したバッテリ バッテリ内の短絡 構造 温度 化学影響による劣化

113 1D リチウムイオン電池 インピーダンスモデル 溶解性レドックス フロー鉛蓄電池 リチウムイオン電池インピーダンス解析アプリ 負 LTO 電極と正 NCA 電極を持つリチウムイオンレドックスフロー電池の内部では 電気化学このアプリケーションの目標は 実験で求めた電池セルのインピーダンスは 10mHzから的エネルギーが電解液中にレドックス対と電気化学インピーダンス分光法 (EIS) 測定を 100Hzまでの高調波摂動のためモデル化をして貯蔵されますが それらは電気化学セル説明することおよび リチウムイオン電池の行います このモデルは正極において 導電の外側タンクに貯蔵されます 動作期間中は特性を推定するための計測と共にシミュレー性材料での追加二重層電流を組み込みます 電解質がセルを介してポンピングされ 電気ションアプリが使用可能だと示すことです セパレーター中央に存在する基準電極と各化学反応によって 電解液中の活性化物質のリチウムイオン電池インピーダンスアプリは電極とのインピーダンスも 測定可能です 個々の濃度が変化します フロー電池の充電 EIS 実験から測定を行い 入力値として使用最適化インターフェースを用いることで この状態は電解質種の濃度 反応系 ( タンク + ポンプしています その後それらの測定を模擬し モデルは文献の実験データとフィッティング + ホース + セル ) 中の総流動電解質容積 そして実験データに基づいてパラメーターの推定されます 4つの制御変数を用いて最適化おそらく電極上の固体種濃度によってさえもを実行します 制御パラメーターは交換電流することで 結果が求まります ベストフィット決定されます 電池化学によると 電池セルは密度 粒子状の固体電解質界面の抵抗率 は 数値勾配法のSNOPT 法を用いています 陽極部分と陰極部分 それに電解質タンクに NCAの二重層容量 正極中の炭素支持体のこのアプリケーションは入力値として EIS 測定分離またはまとめられます このモデルは 二重層容量 それに正極中のリチウムイオンから実験データを取得し この計測をシミュ充放電負荷サイクル中の溶解鉛蓄流れ電池拡散係数です そして 10MHz~1kHzの周波数レートした後 実験データに基づくパラメーをシミュレートします 正極の表面化学は2つ範囲で測定された正極のインピーダンス値ター推定を実行します 制御パラメーターはの異なる鉛酸化物と それにモデル中の2つのに対して カーブフィッティングが行われます 交換電流密度 粒子上の抵抗層の抵抗率 異なる正の電極反応を用いてモデル化され NCAの二重層容量 それに正極におけるます カーボン担持体の二重層キャパシタンスです フィッティングは10mHz~1kHzの周波数範囲で測定された 正極のインピーダンスに対して行われます マイクロディスク電極のボルタンメトリー ボルタンメトリーは 半径 10μmの微小電極このモデルは 固体酸化物燃料電池 (SOFC) の電極 - 電解質界面において 拡散二重層にでモデル化されます この一般的な分析電気電流密度分布の研究を提示します このモデルおける空間電荷の薄い層があります この化学技術では 作用電極の電位がスイープは以下の完全連成を含みます : ことは電気化学キャパシターやナノ電極のアップまたはダウンして 電流が記録されます 陰極と陽極の質量収支 ガス流路内の運動量ようなデバイス設計に 関連があるかもしれ電流 - 電圧波形 (" ボルタモグラム ") は 分析物収支 多孔質電極内のガス流 酸化物イオンの反応および物質輸送特性に関する情報をにより運ばれるイオン電流の収支 それに提供します 少量の有効電極材料で高い電流電子電流の収支です 密度を得ることができるため 微小電極は電気分析で人気があります 微小電極への拡散を短時間計測したところ定常解析結果が正確であることが判明したため 定常スタディが使用できます 二次電流密度分布と希釈種輸送インターフェースが 電極反応への電荷および物質輸送との連成に使用されます SOFC の電流密度分布解析 このマルチフィジックスモデルには 多数の完全連成が存在します 結果には酸素欠乏が起きたことによりほとんどの電流が陰極入り口近くで生成されていて 電流密度分布が非常に乏しいことを示しています これは セルが最適に使用されていないことを意味します 拡散二重層 ません このチュートリアル事例では Gouy- Chapman-Stern モデルに従って拡散二重層を記述するために ネルンスト - プランク方程式をポアソン方程式と連成する方法を示しています 以下の条件で 静電場と希釈種輸送の物理インターフェースが連成されています : - ゼロ電流 - セルサイズがデバイ長よりもはるかに大きい場合 113 化学事例紹介 (1/2)

114 114 化サイクリックボルタンメトリー サイクリックボルタンメトリーは 電気化学システムを調査するための一般的な分析技術です この方法では 作用電極と参照電極との電位差が開始電位から頂点電位まで時間的に直線的に掃引され 開始電位 に戻ります ボルタモグラムと呼ばれる電流 - 電圧波形は 電解質の反応性および質量輸送特性に関する情報を提供します このアプリの目的は サイクリックボルタンメトリーの使用 を実証しシミュレートすることです ユーザーアプリの目的は EIS ナイキスト およびボードは両方の物質のバルク濃度 輸送特性 動態線図を理解することです アプリでは バルクパラメーター およびサイクリックボルタン濃度 拡散係数 交換電流密度 二重層容量 メトリーの設定を変更することが可能です 最大周波数と最小周波数を変更することができます 全固体リチウムイオン電池 学事例紹介 (2/2) 電気化学インピーダンス分光解析 オレンジ電池 電気化学インピーダンス分光法 (EIS) は 電気このチュートリアル事例では オレンジと 2 本分析で一般的な技術です 電気化学システムの金属棒でできた電池 ( 腐食セル ) の 溶解の高調波応答を研究するために使用されます した金属イオンの電流と濃度をモデル化して小さな正弦波的変化は作用電極の電位に印加います このタイプのバッテリーは 一般的にされ そして得られた電流は周波数ドメイン化学の授業で使用されています オレンジので解析されます インピーダンスの実部と虚部代わりに レモンまたはジャガイモを使用は セルの運動や物質輸送特性に関する情報することも可能です だけでなく 二重層容量を介して表面特性を与えます 電気化学インピーダンス分光分析 液冷リチウムイオン電池パック 3D 円筒リチウムイオン電池の熱解析 この例では 薄膜全固体リチウムイオン電池このモデルは 水冷式電池パック内のセルこの事例は 3Dで空冷円筒形電池内の熱プロの電流と電解質物質輸送をモデル化する数と冷却フィン数の温度プロファイルをシミュファイルをシミュレートしています 電池は ために三次電流分布のインターフェースをレートします このモデルは3Dで 負荷サイクル電池パック内にマトリクス状に配置されて使用する方法を示しています 独立した希釈中のある動作点での結果を求解します リチいます この熱モデルは1D 電池モデルと連成種輸送インターフェースが 化学反応と連成ウム電池用の完全な1D 電気化学モデルにされ 活性電池材料中の熱源の生成に用いし 正極におけるリチウムの物質輸送をモデルよって 平均熱源を算出します られます このモデルはバッテリー & 燃料電池化します 様々な放電電流が計算され 電圧モジュールと伝熱モジュールが必要です 損失の異なる要因が分析されます 2D リチウムイオン電池 リチウムイオン電池の内部短絡 リチウムイオン電池の2 次元チュートリアル電池の内部短絡の間 2つの電極材料は内部モデルです セルの幾何形状は 実際のアプリおよび電子的に相互接続され 高い局所電ケーションに基づいていません ; このモデル流密度を生じさせる 例えば リチウムデンドは単に2Dモデル設定を示しただけです ライト形成または圧縮衝撃のために リチウムイオン電池内で内部短絡が発生することがある 長時間の内部短絡は 局所的な温度 上昇と組み合わせて自己放電を引き起こす 後者の効果は 温度が特定の閾値を超えると 発熱反応によって電解質が分解し始める可 能性があり 潜在的な健康および安全上の危険を伴う熱暴走を引き起こす可能性があるため重要である 1D リチウムイオンバッテリドライブサイクル監視 ハイブリッド電気自動車の駆動サイクルにさらされたバッテリセルを COMSOLのリチウムイオンバッテリインタフェースで調べる方法を示しています このモデルは モニターされた特性を比較するためのバッテリーの挙 動を予測します モデルには測定可能なものよりも多くを計算できるため サイクル中のバッテリの動作をよりよく理解するために使用できます たとえば 次になります 電池セルの各部における内部抵抗および分極 正確なセル SOC 計算 各電極材料の SOC 局所温度

115 Chemical - Electrode Surface - Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Boundary Electrochemical Heat Source Physics Interfaces and Study Types - > Electrophoretic Transport Dissolving-Depositing Species Porous Media and Subsurface Flow - > Nernst-Planck-Poisson Equations Double Layer Capacitance > Brinkman Equations > Surface Reactions Film Resistance > Darcy's Law > Transport of Concentrated Species Non-Faradaic Reactions > Free and Porous Media Flow > Transport of Diluted Species in Fractures > Electrode Reaction Boundary Conditions - > Transport of Diluted Species in Porous Media Electrolyte - Electrode-Electrolyte Interface Coupling Reacting Flow - Concentration Flux Discontinuity, Porous Media > Laminar Flow Current Inflow Boundary, Porous Media > Concentrated Species Current Density Mass Flux, Porous Media > Diluted Species Electrode Surface No Flow, Porous Media Boundary Conditions - Flux Pressure, Porous Media Electrode Surface Coupling Inflow Inlet - Mass Fraction Ion-Exchange Membrane Boundary Laminar Flow with Average Velocity, Open Boundary No Flux Volumetric Flow Rate or Pressure Porous Electrode Coupling Open Boundary Outlet - Reacting Boundary Outflow Laminar Flow with Average Velocity, Flow Rate Surface Equilibrium Reaction Thin Electrolyte Layer or Pressure Surface Properties Pair Boundary Conditions on Interior Boundaries - Edge and Point Conditions - Volatilization Continuity Line Mass Source > Fracture Insulation Point Mass Source > Inflow with Mixture Specification Symmetry Volumetric Domain Properties - Edge and Point Conditions - Edge and Point Conditions - 1D Formulations for Porous Media Flow Flux Electric Reference Potential Forchheimer Drag Line Mass Source Electrode Potential at Edges and Points Neglect Inertial Term (Stokes Flow) Point Mass Source Electrolyte Potential at Edges and Points Porous Media - Volumetric Domain Properties - Line Current Source Fluid and Matrix Properties, Brinkman Electrochemical Reactions Point Current Source Equations Equilibrium Reaction Reference Electrode Mass Source Free Flow > Edge Electrode Porous Electrode Coupling Mass Based Concentrations Material Library - > Darcy's Law, Isotropic and Anisotropic Migration in Electric Field Battery Electrode Materials with Equilibrium Heat Transfer - Multiple-Species User Interface Potentials Physics Interfaces and Study Types - Species Source Battery Electrolytes > Heat Transfer in Porous Media > Effective Mass Transport Parameters Study Types - Volumetric Domain Properties - > Partially Saturated Porous Media AC Impedance Heat Sources, Electrochemical Reactions and > Porous Media Transport Properties Cyclic Voltammetry Joule Heating Diffusion-Models for Transport of Concentrated - Stationary with Initialization > Porous Medium Species Time Dependent with Initialization Mathematics - Fick's Law Volumetric Domain Properties - Coordinate Systems - Knudsen Diffusion 1D, 2D, Axisymmetric, and 3D Formulations Scaling System Maxwell-Stefan Current and Species Transport in Concentrated Study Steps - Mixture-Averaged Binary Electrolytes Other - Electrochemistry - Domain Deformations Coupled To Electrochemistry Time Dependent - Current Distribution Initialization Physics Interfaces - Battery with Binary Electrolyte Electrochemical Heat Source Cyclic Voltammetry Electroanalysis Electrolyte Time Dependent, Fixed Geometry Electrode, Shell Intercalating Species (Li, Hydrogen, or other) Lead-Acid Battery Reactions Lithium-Ion Battery Separator Primary Current Distribution Solid Electrolyte Interface (SEI) Secondary Current Distribution > Effective Transport Parameter Correction Single Particle Battery > Porous Electrode Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck Current Source - Boundary Conditions - Electronic Insulation Ionic Electrode - Infinite Domain Modeling with Infinite Elements - Charge-Discharge Cycling Electrode Current Electrolyte Current Density Lead-Acid Battery - Electrode Power Electrolyte - External Short Reservoir Ground Separator Potential Porous Electrode - Thin Electrode Layer Negative Porous Electrode Positive Porous Electrode Li-Ion Battery - Concentrated Binary Electrolyte Initial Cell Charge Distribution Porous Electrodes - Additional Porous Electrode Material Li Intercalation Negative Electrode Positive Electrode Solid Electrolyte Interface (SEI) 115 化学仕様表

116 116 化~ 電気めっきプロセスのモデリングとコントロール ~ II-4-3 電気めっきモジュール形 厚さの正確な評価を得ることができます 機能程式 電極におけるオームの法則と電流の保存 平衡電位と濃度過電圧に関するネルンスト方程式学モデリングとシミュレーションは 電気めっきプロセスを理解して最適化を図って コントロールするためのコスト効率の高い手法です 標準的なシミュレーションでは電極表面の電流分布を作り出し めっき層の厚さと成分を表します シミュレーションは セル構造 電解質構造 電極反応速度 作動電圧 電流 温度効果など重要なパラメーターを詳細に調査するために利用されます こうしたパラメーターに関する情報により 材料損失やエネルギー損失を最小限に抑えながら電気化学セルの作動条件やマスクの配列 設計を最適化し 表面の品質を確保することができます 電気めっきモジュールは幅広い分野で応用されており 電子機器や電子部品などの金属めっき 防食や摩耗の保護 装飾用めっき 薄く複雑な構造の部品の電鋳法 エッチング 電子加工 電解採取 電気製錬などに活用されています 電気めっきモジュールを利用して共有する全ての現象を検討し これらを同時にシミュレーションすることができます さらに具体的に言えば 電流輸送と保存 化学種輸送 電荷 平衡 電気化学反応速度を説明する式を連結することができます いくつかの関連する現象を構成する機能があり電極表面のめっきの質 ツールおよび物理特性インターフェースは処理プロセスでの物理的特性を定義するために 電気めっきモジュールの中で利用することが できます あらかじめ定義された公式により 一次 二次 三次電流分布効果のモデルを作成することができ これは処理プロセスにおける 表面仕上げや製品品質の優れた指標になる場合が多くあります 電解質の電流収支の一次 二次 三次電流分布インターフェース 電気的中性 支持電解質または荷電平衡方程式のポアソン方程式の定式化 希釈溶液と濃縮溶液におけるネルンスト プランク方程式 電解質における移動度と拡散率の関連付けに関するネルンスト アインシュタイン方 電極反応に対する材料と電流平衡の自動連成のための自動的に練成された化学量 論とファラデーの法則 活性化過電圧と濃度過電圧を説明する電極反応速度論 酸素発生など対電極の電極触媒作用 定義済みの速度論に関する Butler-Volmer 方程式と Tafel 方程式 蒸着時の電極ジオメトリにおける小さな変化による局所コンダクタンスに影響を与える電極表面における電極厚み変数 電極ジオメトリにおける大きな変化に対する電極と電気化学エッチングの蒸着層の移動境界 電極と電解質における抵抗損失によるジュール加熱 活性化損失による加熱 均一電着性の推定値 Wagner 数の推定値 用途 陽極処理 金属セルでのバイポーラー効果推定 クロムめっき クロム処理 イー コーティング 電着 電解着色 鉱業用途の電着 プリント基板製造の電着 電鋳 電気めっき 電解採取 エッチング フラッシュ層めっき 機能性電気めっき ハルセル 下地処理 表面仕上げ 耐摩耗性コーティング 電気化学製造業 電解研磨 電解加工 シールドとマスキング

117 亜鉛電解採取セル中の二次電流分布 装飾めっき 絶縁材近傍の電極成長 これは 亜鉛電解採取セルにおける二次電流電気めっきのチュートリアルモデルです このこの例では 移動ジオメトリを用いて二次分布のモデルです このモデルはパラメトリックモデルは 陽極と陰極両方のための完全な電流分布と電極成長をモデル化する方法スタディを用いて電極位置が変化する際の バトラー ボルマー動力学による二次電流を示しています 数値的な不安定性を回避電流分布への影響を調査します ジオメトリ分布を使用しています 陰極に堆積された層するために シード層が最初のジオメトリには2Dです の厚さは 陽極表面の溶解によって生じる導入されており 成長する電極と絶縁体とのパターンと同様に計算されます 間にエッジで直角を得られるようになっています マイクロディスク電極のボルタンメトリー トレンチ内の銅めっき サイクリックボルタンメトリー ボルタンメトリーは 半径 10μmの微小電極このモデルは回路基板上の銅電着アプリサイクリックボルタンメトリーは 電気化学でモデル化されます この一般的な分析電気ケーションで 移動メッシュの使用方法をシステムを調査するための一般的な分析化学技術では 作用電極の電位がスイープ示します このような環境では 空洞または技術です この方法では 作用電極と参照アップまたはダウンして 電流が記録されます トレンチ による影響が甚大です このモデル電極との電位差が開始電位から頂点電位電流 - 電圧波形 (" ボルタモグラム ") は 分析物ではメッシュ変形を追跡するために 電着まで時間的に直線的に掃引され 開始電位の反応および物質輸送特性に関する情報をのための三次ネルンスト プランク インターに戻ります ボルタモグラムと呼ばれる電流 - 提供します 少量の有効電極材料で高い電流フェースを使用しています さらに 境界上に電圧波形は 電解質の反応性および質量輸送密度を得ることができるため 微小電極は電気は銅電着での電気化学反応則としてバトラー 特性に関する情報を提供します このアプリの分析で人気があります 微小電極への拡散をフォルマー式が 自由に設定されます この目的は サイクリックボルタンメトリーの使用短時間計測したところ定常解析結果が正確モデルは本質的には時間依存解析で 銅のを実証しシミュレートすることです ユーザーであることが判明したため 定常スタディが不均一な電着によりトレンチ入り口が狭めは両方の物質のバルク濃度 輸送特性 動態使用できます 二次電流密度分布と希釈種られる という結果を明らかに示しています パラメーター およびサイクリックボルタン輸送インターフェースが 電極反応への電荷さらにこのシミュレーションは トレンチ長さメトリーの設定を変更することが可能です および物質輸送との連成に使用されます による銅イオン濃度の変化について示しています 回線円筒 ハルセル 回転円筒ハルセルは電気めっきおよび電着にこの事例は 自動車のドアへの電着塗装をこの事例ではインダクターコイルの電気めっきおける重要な実験的なツールであり 不均一時間依存シミュレーションでモデル化します を3Dでモデル化します 幾何形状は 分離な電流分布 質量輸送およびめっき浴の均一堆積した塗料は非常に高い抵抗値を示す用フォトレジストマスクへの付着パターン電着の測定のために使用されます このモデルため結果として コーティングされた部分の押し出し およびフォトレジストの上へのは 論文 [1] で公開されている市販のセルにへは遅い堆積速度となります 膜抵抗モデル拡散層を含みます 電解液中の銅イオンのついての結果 (RotaHull(R)) を再現します 特と組み合わせて 一次電流分布は 電解質中物質輸送は堆積速度に大きな影響を与え に電極に沿って 一次 二次および三次電流の電荷輸送を記述するために使用されます 沈着パターンの外側部分よりも高い体積率 分布と同様に陰極の周りの拡散層における銅の拡散を調査します 自動車ドアの電着塗装 このモデルが 3D で インポートされた CAD 幾何形状を使用しています インダクターコイルの電気めっき となります このモデルは 移動メッシュを使用して時間依存スタディで求解されます 117 化学事例紹介 (1/2)

118 118 化事例紹介 (2/2) 拡散二重層学マイクロボアの電解加工 電気化学インピーダンス分光解析 電極 - 電解質界面において 拡散二重層にいくつかの高精度の用途 特に油圧システム電気化学インピーダンス分光法 (EIS) は 電気おける空間電荷の薄い層があります このや燃料インジェクターの場合には 微小孔が分析で一般的な技術です 電気化学システムことは電気化学キャパシターやナノ電極の不可欠です ほとんどの場合 噴射孔の形状 の高調波応答を研究するために使用されます ようなデバイス設計に 関連があるかもしれ特にエッジ丸めは液体の霧化 ひいては燃焼小さな正弦波的変化は作用電極の電位に印加ません このチュートリアル事例では Gouy- プロセスに大きな影響を与えます 通常これされ そして得られた電流は周波数ドメイン Chapman-Sternモデルに従って拡散二重層らの微小孔は 放電加工 (EDM) によって機械で解析されます インピーダンスの実部と虚部を記述するために ネルンスト -プランク方程式加工されます EDM 製造工程の特徴によりは セルの運動や物質輸送特性に関する情報をポアソン方程式と連成する方法を示してシャープなエッジが発生するため エッジ形状だけでなく 二重層容量を介して表面特性をいます の影響の特定は不可能です この理由のため 与えます 電気化学インピーダンス分光分析以下の条件で 静電場と希釈種輸送の物理エッジ丸めに関して何らかの調整が必要です アプリの目的は EIS ナイキスト およびボードインターフェースが連成されています : このような経緯から電解加工 (ECM) プロセス線図を理解することです アプリでは バルク - ゼロ電流は COMSOL Multiphysicsの助けによって 濃度 拡散係数 交換電流密度 二重層容量 - セルサイズがデバイ長よりもはるかに大き開発され研究されてきました 最大周波数と最小周波数を変更することがい場合できます 2D マイクロコネクター隆起への電気めっき オレンジ電池 レベルセット法によるトレンチ内の銅電着 このモデルは 銅マイクロコネクターバンプこのチュートリアル事例では オレンジと 2 本このモデル例は 電着アプリケーションライ ( 金属ポスト ) の輸送が制限された電着上のの金属棒でできた電池 ( 腐食セル ) の 溶解ブラリで利用可能なトレンチモデルの銅蒸対流と拡散の影響を示しています マイクロした金属イオンの電流と濃度をモデル化して着に基づいています トレンチ表面に沿ったコネクターバンプは 例えば液晶ディスプレイいます このタイプのバッテリーは 一般的に不均一な堆積は キャビティ / ボイドの形成を (LCD) とドライバーチップ間の相互接続部品化学の授業で使用されています オレンジのもたらす 変形幾何学インターフェースはトなど 様々なタイプの電子用途に利用され代わりに レモン又はジャガイモを使用するポロジカルな変化を扱うことができないのます 電極表面上のバンプの位置は フォトことも可能です で 元のモデルを拡張して空洞形成後の堆積レジストマスクを用いて制御されます 均一をシミュレートすることはできない 現在の性および形状の観点から電流分布の制御は モデルでは 空洞が形成された後もデポジッインターコネクターバンプの形状保持性とトをシミュレートするために 変形済み幾何結果安定性のために重要です セルは高学インターフェースの代わりにレベルセット過電圧で起動しているので 溶着速度はインターフェースが使用されています 堆積電解液中の堆積イオンの輸送速度に支配境界における電極の動力学は レベルセットされます この動作条件の結果の一つとして 界面からのデルタ関数を利用する領域項と電解質と電極における電位はバンプ上のして定義される キャビティが形成される前電流分布を求める際にモデル化の必要がのレベルセット配合から得られたモデル結ありません このモデルは近藤らの論文に果は 元のモデルとよく一致します 基づいています

119 Chemical - Physics Interfaces and Study Types - > Electrophoretic Transport > Nernst-Planck-Poisson Equations > Surface Reactions > Transport of Diluted Species in Porous Media Boundary Conditions - Electrode Surface Coupling Open Boundary Porous Electrode Coupling Surface Equilibrium Reaction Surface Properties Volatilization Edge and Point Conditions - Flux Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - Electrochemical Reactions Equilibrium Reaction Free Flow Mass Based Concentrations Migration in Electric Field Multiple-Species User Interface Species Source > Partially Saturated Porous Media > Porous Media Transport Properties Electrochemistry - Physics Interfaces - Current Distribution, Boundary Elements Electroanalysis Electrode, Shell Electrodeposition, Primary Electrodeposition, Secondary Electrodeposition, Tertiary, Nernst-Planck Primary Current Distribution Secondary Current Distribution Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck Boundary Conditions - Insulation Non-Deforming Boundary Electrode - Current Current Density Electrode Power External Short Ground Potential Thin Electrode Layer Electrode Surface - Boundary Electrochemical Heat Source Deforming Electrode Surface Dissolving-Depositing Species Double Layer Capacitance Film Resistance Non-Faradaic Reactions > Electrode Reaction Electrolyte - Concentration Current Current Density Electrode Surface Flux Inflow Ion-Exchange Membrane Boundary No Flux Open Boundary Outflow Thin Electrolyte Layer Pair Boundary Conditions on Interior Boundaries - Continuity Insulation Symmetry Edge and Point Conditions - Electric Reference Potential Electrode Potential at Edges and Points Electrolyte Potential at Edges and Points Line Current Source Point Current Source Reference Electrode > Edge Electrode Study Types - AC Impedance Cyclic Voltammetry Stationary with Initialization Time Dependent with Initialization Volumetric Domain Properties - 1D, 2D, Axisymmetric, and 3D Formulations Domain Deformations Coupled To Electrochemistry Electrochemical Heat Source Electrolyte Reactions Separator > Effective Transport Parameter Correction > Porous Electrode Current Source - Electronic Ionic Infinite Domain Modeling with Infinite Elements - Electrode Electrolyte Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Porous Media and Subsurface Flow - > Brinkman Equations > Darcy's Law > Free and Porous Media Flow Boundary Conditions - Electrode-Electrolyte Interface Coupling Flux Discontinuity, Porous Media Inflow Boundary, Porous Media Mass Flux, Porous Media No Flow, Porous Media Pressure, Porous Media Inlet - Laminar Flow with Average Velocity, Volumetric Flow Rate or Pressure Outlet - Laminar Flow with Average Velocity, Flow Rate or Pressure Edge and Point Conditions - Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - 1D Formulations for Porous Media Flow Forchheimer Drag Porous Media - Fluid and Matrix Properties, Brinkman Equations Mass Source Porous Electrode Coupling > Darcy's Law, Isotropic and Anisotropic Heat Transfer - Physics Interfaces and Study Types - > Heat Transfer in Porous Media Volumetric Domain Properties - Heat Sources, Electrochemical Reactions and Joule Heating > Porous Medium Mathematics - Coordinate Systems - Scaling System Study Steps - Other - Current Distribution Initialization Time Dependent - Cyclic Voltammetry Time Dependent, Fixed Geometry 119 化学仕様表

120 120 化~ 電気化学の腐食過程と陰極保護設計 ~ II-4-4 腐食解析モジュール機能化学反応の任意定義で二次電流と三次電流の密度分布を生成量移動 ( ネルンスト プランク方程式 ) 多孔質媒体内の化学種輸送と流体流れ 電極反応における限界電流密度学腐食対策には 世界で毎年 1 兆ドル以上の費用が費やされています ほとんど の腐食は水面下 湿った もしくは 湿気のある環境で引き起こされる電気化学反応の過程によって生じます 腐食解析モジュールは 技術者と科学者が 構造物を保護するために腐食の過程を調査し 腐食が構造物の耐用年数の間引き起こす状況における理解を深めることも可能です そして 電食を抑制させて再発防止策を実用化させることをも可能にします 本モジュールは根本的なメカニズムを調査するために微少量における腐食をシミュレーションすることも 大規模で長い間構造を腐食から保護する方法を見出すために より大きな範囲で腐食をシミュレーションすることも可能にします 腐食解析モジュールは 特徴 インターフェース 全ての電食の過程のシミュレーションへの簡単なアプローチを可能にするためのモデル例 例えば 動電気や 穴ができるように およびすき間腐食等を含んでいます 腐食物や腐食された材料の透過は 腐食表面の変化の動的モデリングと そのような表面に接触した電解質から説明できます 腐食解析モジュールには ターフェル バトラー -ウォリメル または他のユーザーによって定義された方程式で電気化学反応動力学について説明できる腐食過程の腐食電位と現在の配分をモデル化するための標準インターフェースを含んでいます 電気化学反応は 電解質 金属組織 均質の化学反応 および腐食のため金属面の形の変化などの腐食過程に特有の現象を電位で完全に解決できます 濃度と腐食電位などの動力学パラメーターが温度依存になる電気 Butler-Volmer 方程式と Tafel 方程式のビルトインインターフェース 希釈電解質と濃縮電解質における拡散 対流 イオン移動による質 腐食反応を研究するためのサイクリックボルタメントリ ポテンショメトリ AC インピーダンス 電気化学反応 電流分布 腐食電位の腐食表面形状の影響 層流 伝熱 ジュール加熱 事例紹介 (1/2) 大気腐食 船体の防食 用途 陽極防食 陰極防食 二重層容量 防食 (CP) すきま腐食 ガルバニック腐食 加電流陰極防食 (ICCP) AC 軽減 不動態化 孔食 シグネチャ管理 水中電位 (UEP) 腐食関連磁界 (CRM) AC/DC(HVDC) 干渉解析 土壌抵抗率 陽極ベッドデザイン 表面防食 ICCPスレッド 電極変形を伴うガルバニック腐食解析 このモデルは 鋼と接触しているアルミニウム印加電流陰極防食は 外部電流が船体表面この2 次元モデルは陽極腐食の内部で幾何学合金の 大気中の電解腐食をシミュレートしに印加され低電位へ分極化させるため 船体的変形を引き起こすような ガルバニックます 電解質膜の厚さは 周囲の空気と金属の腐食を軽減するための一般的な戦略です 連成のモデル化を示しています 使用されて表面上 NaCl 結晶の塩負荷密度の相対湿度にこのモデルでは プロペラ周囲に設定されたいるパラメーターデータはマグネシウム合金依存します 限界酸素還元電流密度を導出す電流値によるプロペラへの影響が実証され (AE44) 軟鋼用であり ブライン溶液 ( 塩水 ) とるために 実験データから算出された酸素ます 関連付いています 拡散率と溶解率の表式がモデル中に含まれています

121 事例紹介 (2/2) 強化コンクリート中の鉄のカソード式防食 犠牲陽極を溶解したモノパイル 鉄鋼構造物を海中に埋没させる際 陰極防食この事例では コンクリート柱の鉄筋の陰極モノパイルファンデーションは オフショア風 を施すことで腐食を防ぐことができます この保護についてモデル化しています 鉄筋表面力タービンのような構造物を支持するため 防食は印加外部電流または犠牲陽極を使用において 三つの異なる電気化学反応が考慮に使用することができる大径の構造要素 こ することで達成できます 犠牲陽極の使用はされています コンクリートの領域に 電荷のモデルは 犠牲陽極が溶解するにつれてモ その単純さ故に 非常に好まれます この事例移動および酸素物質輸送がモデル化されてノパイルの陰極保護がどのように減少する では 石油プラットフォームのアルミニウム犠牲いて 電解質導電率と酸素拡散率が含水率かを例示している また 金属溶出および酸 電極による防食システムの一次電流密度分布に依存しています このモデルで 腐食電流素還元 ( 混合電位 ) をもたらす同時の電気化 についてモデル化されます の含水率による影響が調査されました 学反応を考慮に入れて 保護された鋼構造 上の二次電流分布電極反応速度を評価する ために使用することができる 拡散二重層 電気化学インピーダンス分光解析 電極変形を伴うニッケル隙間腐食 電極 - 電解質界面において 拡散二重層に電気化学インピーダンス分光法 (EIS) は 電気おける空間電荷の薄い層があります この分析で一般的な技術です 電気化学システムこのモデルはすきま腐食の基本的な原理と ことは電気化学キャパシターやナノ電極のようの高調波応答を研究するために使用されます 電極変形をシミュレートするためにどのようになデバイス設計に 関連があるかもしれま小さな正弦波的変化は作用電極の電位に印加して時間依存スタディが使用されるかを例示せん このチュートリアル事例では Gouy- され そして得られた電流は周波数ドメインします このモデルは2Dで作成され 腐食反応 Chapman-Sternモデルに従って拡散二重層で解析されます インピーダンスの実部と虚部のための分極データがAbsulsalamらの論文を記述するために ネルンスト -プランク方程式は セルの運動や物質輸送特性に関する情報から引用されています このモデルと結果にをポアソン方程式と連成する方法を示してだけでなく 二重層容量を介して表面特性をついては ブラックマンらの研究による1D います 与えます 電気化学インピーダンス分光分析モデルに似ています このモデルは 物質輸送以下の条件で 静電場と希釈種輸送の物理アプリの目的は EIS ナイキスト およびボードによる影響を考慮していません 隙間におけるインターフェースが連成されています : 線図を理解することです アプリでは バルクより詳細な物質輸送の扱いについては " 酢酸 / - ゼロ電流濃度 拡散係数 交換電流密度 二重層容量 酢酸ナトリウム溶液中の鉄の隙間腐食 " モデル - セルサイズがデバイ長よりもはるかに大き最大周波数と最小周波数を変更することが事例を参照してください い場合できます サイクリックボルタンメトリー サイクリックボルタンメトリーは 電気化学システムを調査するための一般的な分析技術です この方法では 作用電極と参照電極との電位差が開始電位から頂点電位まで時間的に直線的に掃引され 開始電位に戻ります ボルタモグラムと呼ばれる電流 - 電圧波形は 電解質の反応性および質量輸送特性に関する情報を提供します このアプリの目的は サイクリックボルタンメトリーの使用を実証しシミュレートすることです めっき釘の腐食解析 このチュートリアル事例は腐食解析モジュールのイントロダクションとして働き また金属酸化反応のモデル化や 電解質として機能 する湿った木片で囲まれためっき釘表面の酸素還元電流密度をモデル化します 釘表面の亜鉛保護層は完全にはカバーされておらず マイクロディスク電極のボルタンメトリー ボルタンメトリーは 半径 10μmの微小電極でモデル化されます この一般的な分析電気化学技術では 作用電極の電位がスイープアップまたはダウンして 電流が記録されます 電流 - 電圧波形 (" ボルタモグラム ") は 分析物の反応および物質輸送特性に関する情報を そのため釘の先端部は基礎となる鉄表面が提供します 少量の有効電極材料で高い電流露出しています 最初の計算部分で電解質密度を得ることができるため 微小電極は電気電導度および電極反応速度が 二次電流密度分析で人気があります 微小電極への拡散を分布を求めるためにモデル化されます ( しかし短時間計測したところ定常解析結果が正確ユーザーは両方の物質のバルク濃度 輸送セル内の濃度変化は考慮されません ) 2 番目であることが判明したため 定常スタディが特性 動態パラメーター およびサイクリックの部分では 酸素輸送が三次電流密度分布使用できます 二次電流密度分布と希釈種ボルタンメトリーの設定を変更することがを求めるためにモデル化されています 輸送インターフェースが 電極反応への電荷可能です および物質輸送との連成に使用されます 121 化学犠牲陽極を用いた石油採掘装置の防食

122 122 化学仕様表 Chemical - Physics Interfaces and Study Types - > Electrophoretic Transport > Nernst-Planck-Poisson Equations > Surface Reactions > Transport of Diluted Species in Fractures > Transport of Diluted Species in Porous Media Boundary Conditions - Electrode Surface Coupling Open Boundary Porous Electrode Coupling Surface Equilibrium Reaction Surface Properties Volatilization > Fracture Edge and Point Conditions - Flux Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - Electrochemical Reactions Equilibrium Reaction Free Flow Mass Based Concentrations Migration in Electric Field Multiple-Species User Interface Species Source > Partially Saturated Porous Media > Porous Media Transport Properties Electrochemistry - Physics Interfaces - Corrosion, Primary Corrosion, Secondary Corrosion, Tertiary Current Distribution, Boundary Elements Current Distribution, Shell Electroanalysis Electrode, Shell Primary Current Distribution Secondary Current Distribution Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck Boundary Conditions - Insulation Non-Deforming Boundary Electrode - Current Current Density Electrode Power External Short Ground Potential Thin Electrode Layer Electrode Surface - Boundary Electrochemical Heat Source Deforming Electrode Surface Dissolving-Depositing Species Double Layer Capacitance Film Resistance Non-Faradaic Reactions > Electrode Reaction Electrolyte - Concentration Current Current Density Electrode Surface Flux Infinite Electrolyte Inflow Ion-Exchange Membrane Boundary No Flux Open Boundary Outflow Thin Electrolyte Layer Pair Boundary Conditions on Interior Boundaries - Continuity Insulation Symmetry Edge and Point Conditions - Electric Reference Potential Electrode Potential at Edges and Points Electrolyte Potential at Edges and Points Line Current Source Point Current Source Reference Electrode > Edge Electrode > Sacrificial Edge Anode Study Types - AC Impedance Cyclic Voltammetry Stationary with Initialization Time Dependent with Initialization Volumetric Domain Properties - 1D, 2D, Axisymmetric, and 3D Formulations Domain Deformations Coupled To Electrochemistry Electrochemical Heat Source Electrolyte Reactions Separator > Effective Transport Parameter Correction > Porous Electrode Current Source - Electronic Ionic Infinite Domain Modeling with Infinite Elements - Electrode Electrolyte Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Porous Media and Subsurface Flow - > Brinkman Equations > Darcy's Law > Free and Porous Media Flow Boundary Conditions - Electrode-Electrolyte Interface Coupling Flux Discontinuity, Porous Media Inflow Boundary, Porous Media Mass Flux, Porous Media No Flow, Porous Media Pressure, Porous Media Inlet - Laminar Flow with Average Velocity, Volumetric Flow Rate or Pressure Outlet - Laminar Flow with Average Velocity, Flow Rate or Pressure Edge and Point Conditions - Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - 1D Formulations for Porous Media Flow Forchheimer Drag Porous Media - Fluid and Matrix Properties, Brinkman Equations Mass Source Porous Electrode Coupling > Darcy's Law, Isotropic and Anisotropic Heat Transfer - Physics Interfaces and Study Types - > Heat Transfer in Porous Media Volumetric Domain Properties - Heat Sources, Electrochemical Reactions and Joule Heating > Porous Medium Mathematics - Coordinate Systems - Scaling System Study Steps - Other - Current Distribution Initialization Time Dependent - Cyclic Voltammetry Time Dependent, Fixed Geometry

123 II-4-5 電気化学モジュール ~ 電気分析 電気分解 電気透析用途の設計 ~ 電気化学モジュールは 正確なシミュレーションを通じて 電気化学システムを設計 理解 最適化する可能性を広げます この製品は 研究者や電気化学工業のエンジニアに大きな利益をもたらします 電気化学反応メカニズム 物質輸送 電流密度分布などをモデル化する機能は 電気分解 電気透析 電気分析電気化学センサー 生体に関する電気化学などの分野で活用され 効率的なシミュレーションができるようになります 電気化学モジュールは電気化学反応に関する幅広い分野で適用できます これは 電気分析 自由流れと多孔質媒体中流れ 伝熱 不均一化学反応 均一化学反応 物質輸送などが 一次 二次 三次の電流分布のインターフェースを通じて実現されます 応用分野には 塩素 -アルカリおよび塩素酸の電気分解 水素と酸素の生産のための水の電気分解 廃水処理 海水の脱塩 ( 淡水化 ) の研究および設計 電気透析や電気分析の基礎電気化学研究 ブドウ糖 ph 値 水素 その他の気体の検出器などが含まれます 機能 用途 電解質の状態が一定であるとの仮説のもとでの一次電流 二次電流の密度分布の解析 Tafel 方程式 Butler-Volmer 方程式に基づく電気化学反応のモデル化 電気的中性を仮定し Nernst-Plank 方程式による三次電流の密度分布の解析 ネルンスト アインシュタイン方程式による 温度依存のイオン泳動の取り扱いが可能 有効導電率への補正因子による多孔質電極の電気化学の解析 電解質体積分率を用いた Bruggeman 導電率補正 限界電流密度に加えて 電極反応における二重層容量の取り扱い 薄膜抵抗による電極 - 電解質界面での電位降下 ACインピーダンスのための調和摂動と他の電気分析への応用のための参照電位 電気分析のための支持電解質の取り扱いが可能 サイクリックボルタメントリの既定インターフェース 自由流れと多孔質媒体中の種輸送 伝熱 流体流れ 表面を横切る化学種があるような表面触媒反応の取り扱い ACインピーダンスの結果のNyquistおよびBode 表示 電気分析 電気分解 電気透析 電気化学センサ 生物電気化学 グルコースセンサ ガスセンサ 塩素 -アルカリ電解 水素 - 酸素生成 海水の脱塩 超純水製造 質廃棄物電解処理 流動食のpHコントロール 生物医学インプラントの電気化学反応コントロール 123 化学

124 124 化事例紹介 (1/2) グルコースセンサー電荷移動を伴う拡散二重層電気透析セル中の脱塩解析電気化学的グルコースセンサーは 試料中の拡散二重層では電極表面の最初の数ナノ電気透析は 電場とイオン選択性膜の使用にグルコースの濃度を測定するために 電流メートル以内は 電気的中立性仮説は電荷基づいた電解質の分離プロセスです 電気測定方法を使用します この事例では グル分離が起きるため有効ではありません 微小透析プロセスのいくつかの一般的な用途はコースの拡散反応と 櫛形電極の上部にある薄膜電解質のモデリングにおいて 電気化学以下の通りです : 単位セル内のフェリ / フェロシアン化酸化還元キャパシターと微小電極を含んでいる場合に - プロセス流の脱塩 排水 飲料水 ストリーム反応をモデル化します センサーはある一定は 通常 拡散二重層は計算上考慮されます - 例えば フルーツジュース ワインから酸を濃度範囲内にわたって 線形的に応答します この事例は 電気的中立性からのずれを考慮除去するためのpH 調節電気分解インターフェースは 作用電極およびするための ネルンストプランク方程式とポ - 貴金属の電解採取対電極において化学種輸送と電気分解のアソン方程式の連成について示しています このチュートリアルでは 脱塩セル中の 希薄連成に使われ グルコースはミカエリス メン一定容量のシュテルン層はポアソン方程式水溶液から塩化ナトリウムを除去し さらにテン動力学に従って 溶液中のグルコースの表面電荷の境界条件を導出するために使用高濃度な溶液に変えるという 電気透析法のオキシダーゼ酵素により酸化されます されます この 1 次元モデルは 文献に掲載基本を示しています された結果を再現しています マイクロディスク電極のボルタンメトリーワイヤー電極塩素アルカリ薄膜電池中の電流密度ボルタンメトリーは 半径 10μmの微小電極このモデルに示す電気化学セルは 多くの塩素アルカリ膜プロセスの生産高は 塩素とでモデル化されます この一般的な分析電気工業プロセスでは一般的であるより大きな苛性ソーダ両方合わせて年間約 40 万トンで化学技術では 作用電極の電位がスイープワイヤーメッシュ電極の単位セルとみなすあり 工業電解で最大の産業の一つです 塩素アップまたはダウンして 電流が記録されます ことができます 電気化学セルの設計におけるはポリ塩化ビニル (PVC) 原料の 塩化ビニル電流 - 電圧波形 (" ボルタモグラム ") は 分析物最も重要な特性の一つは 電解質と電極のモノマーの製造のために主に使用されます の反応および物質輸送特性に関する情報を電流密度分布です 不均一な電流密度分布膜セル技術における電流密度は 膜セルの提供します 少量の有効電極材料で高い電流は 電気化学プロセスの動作に有害であり得改善と共に 過去 10 年間で劇的に増加して密度を得ることができるため 微小電極は電気ます 多くの場合 高い電流密度にさらされるいます これによって 生産拡大のための投資分析で人気があります 微小電極への拡散を電極の部分は より速い反応速度で下げるコストが抑えられます しかし電流密度が増加学短時間計測したところ定常解析結果が正確ことができます 電流密度分布の知識は 典型するということは もし電圧上昇の減衰策がであることが判明したため 定常スタディが的には高価な貴金属で構成されている電極とられていない場合 消費電力が増加します 使用できます 二次電流密度分布と希釈種触媒の利用率を最適化する際に不可欠です 内部対流の増加 内部抵抗の減少 より良い輸送インターフェースが 電極反応への電荷不均一な堆積および消費 不必要に高い過膜構造などを含むセル設計の進歩によって および物質輸送との連成に使用されます 電圧 エネルギー損失および望んでない副セル電圧をほんの少し増加させるだけで電流反応は副作用をもたらすため 最小化される密度を大幅に増加できるようになりました べきです この例では ワイヤー電極と任意この事例によって 膜セルにおける現実的なの電気化学セルとの1 次 2 次 3 次電流密度アノードおよびカソード構造における電流分布をシミュレートします この電流密度分布密度分布を図解します は 電気化学セルをモデル化する際に徐々に複雑さが増すように 連続的に計算しています

125 事例紹介 (2/2) 腫瘍の電気化学的治療 薄膜クロノアンペロメトリー このチュートリアル事例では オレンジと 2 本このモデルは 腫瘍組織の治療において輸送微視的薄層における徹底的なアンペロメトの金属棒でできた電池 ( 腐食セル ) の 溶解および電解反応を組み込みます 陽極でのリック検出の一般的な電気分析法は 1D- した金属イオンの電流と濃度をモデル化して酸素発生によって陽子を生成し phを低下させ 対称拡散問題としてモデル化されます シミュいます このタイプのバッテリーは 一般的に塩素生成によって塩素加水分解が起きてさらレーション結果は短時間では分析コットレル化学の授業で使用されています オレンジのにpH 低下が起こります 低 phによって腫瘍方程式と一致しますが 長時間で拡散層が代わりに レモン又はジャガイモを使用する組織中のヘモグロビンの恒久的破壊が起こ薄膜セルにまたがる場合は 予想通り方程式ことも可能です り その結果として腫瘍組織の根絶へと繋がりからずれが生じます ます このモデルはネルンストプランク方程式インターフェースを用いて 肝臓内腫瘍組織の電気分解療法の輸送と反応を予測します 拡散二重層 サイクリックボルタンメトリー ゾーン電気泳動 電極 - 電解質界面において 拡散二重層にサイクリックボルタンメトリーは 電気化学ゾーン電気泳動 (ZE) は タンパク質 核酸 おおける空間電荷の薄い層があります このシステムを調査するための一般的な分析よび生体高分子の分析に一般的に使用されことは電気化学キャパシターやナノ電極の技術です この方法では 作用電極と参照る電気泳動分離技術です このプロセス中 ようなデバイス設計に 関連があるかもしれ電極との電位差が開始電位から頂点電位試料中の異なる種は 潜在的な勾配を受けません このチュートリアル事例では Gouy- まで時間的に直線的に掃引され 開始電位て 連続的な電解質緩衝液系で輸送される Chapman-Sternモデルに従って拡散二重層に戻ります ボルタモグラムと呼ばれる電流 - 移動度の違いにより 試料中の種は 最終的を記述するために ネルンスト -プランク方程式電圧波形は 電解質の反応性および質量輸送に 異なる よく解決されたピークに分離すをポアソン方程式と連成する方法を示して特性に関する情報を提供します このアプリのる このチュートリアルでは Electrophoretic います 目的は サイクリックボルタンメトリーの使用 Transportインターフェイスについて説明し以下の条件で 静電場と希釈種輸送の物理を実証しシミュレートすることです ユーザーます 酢酸とトリス ( トリス ( ヒドロキシメチルインターフェースが連成されています : は両方の物質のバルク濃度 輸送特性 動態 ) アミノメタン ) からなる緩衝系を使用して - ゼロ電流パラメーター およびサイクリックボルタンピリジンとアニリンからなる試料を2つのよく - セルサイズがデバイ長よりもはるかに大きメトリーの設定を変更することが可能です 分離されたピークに分離する い場合 125 化学オレンジ電池

126 126 化学仕様表 Chemical - Physics Interfaces and Study Types - > Electrophoretic Transport > Nernst-Planck-Poisson Equations > Surface Reactions > Transport of Diluted Species in Porous Media Boundary Conditions - Electrode Surface Coupling Open Boundary Porous Electrode Coupling Surface Equilibrium Reaction Surface Properties Volatilization Edge and Point Conditions - Flux Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - Electrochemical Reactions Equilibrium Reaction Free Flow Mass Based Concentrations Migration in Electric Field Multiple-Species User Interface Species Source > Partially Saturated Porous Media > Porous Media Transport Properties Electrochemistry - Physics Interfaces - Electroanalysis Electrode, Shell Primary Current Distribution Secondary Current Distribution Tertiary Current Distribution, Nernst-Planck Boundary Conditions - Insulation Electrode - Current Current Density Electrode Power External Short Ground Potential Thin Electrode Layer Electrode Surface - Boundary Electrochemical Heat Source Double Layer Capacitance Film Resistance > Electrode Reaction Electrolyte - Concentration Current Current Density Electrode Surface Flux Inflow Ion-Exchange Membrane Boundary No Flux Open Boundary Outflow Thin Electrolyte Layer Pair Boundary Conditions on Interior Boundaries - Continuity Insulation Symmetry Edge and Point Conditions - Electric Reference Potential Electrode Potential at Edges and Points Electrolyte Potential at Edges and Points Line Current Source Point Current Source Reference Electrode > Edge Electrode Study Types - AC Impedance Cyclic Voltammetry Stationary with Initialization Time Dependent with Initialization Volumetric Domain Properties - 1D, 2D, Axisymmetric, and 3D Formulations Domain Deformations Coupled To Electrochemistry Electrochemical Heat Source Electrolyte Reactions Separator > Effective Transport Parameter Correction > Porous Electrode Current Source - Electronic Ionic Infinite Domain Modeling with Infinite Elements - Electrode Electrolyte Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - Porous Media and Subsurface Flow - > Brinkman Equations > Darcy's Law > Free and Porous Media Flow Boundary Conditions - Electrode-Electrolyte Interface Coupling Flux Discontinuity, Porous Media Inflow Boundary, Porous Media Mass Flux, Porous Media No Flow, Porous Media Pressure, Porous Media Inlet - Laminar Flow with Average Velocity, Volumetric Flow Rate or Pressure Outlet - Laminar Flow with Average Velocity, Flow Rate or Pressure Edge and Point Conditions - Line Mass Source Point Mass Source Volumetric Domain Properties - 1D Formulations for Porous Media Flow Forchheimer Drag Porous Media - Fluid and Matrix Properties, Brinkman Equations Mass Source Porous Electrode Coupling > Darcy's Law, Isotropic and Anisotropic Heat Transfer - Physics Interfaces and Study Types - > Heat Transfer in Porous Media Volumetric Domain Properties - Heat Sources, Electrochemical Reactions and Joule Heating > Porous Medium Mathematics - Coordinate Systems - Scaling System Study Steps - Other - Current Distribution Initialization Time Dependent - Cyclic Voltammetry

127 II-5 多目的 II-5-1 最適化モジュール II-5-2 材料ライブラリー II-5-3 粒子追跡モジュール 127 多目的

128 128 多目II-5-1 最適化モジュール ~ 工学設計の最適化と改善 ~ 機能 曲線のあてはめ 導関数を使用しない最適化 寸法と形状の最適化 勾配ベースの随伴法最適化 Levenberg-Marquardt ソルバー パラメーター推定 SNOPTソルバー トポロジー最適化的 Nelder-Mead 法 座標検索法 モンテカルロ法 電気的モデル 機械的モデル 流体モデル 化学モデルの最適化 最適化モジュールは 既存のCOMSOL Multiphysics 製品と組み合わせて利用できるアドオンパッケージです 製品やプロセスのCOMSOL Multiphysicsモデルを作成しても 設計に手をいれたくなるのが常です これは 次の4つのステップで行います まず 目的関数 すなわちシステムを記述する性能指数を定義します 次に 設計変数セットを定義します これは変更しようとするモデルに対する入力です 3 番目は 制約セットを定義します 設計変数の限界や 満足すべき動作条件が該当します 最後に 最適化モジュールを利用して制約範囲内で設計変数を変更して設計を改善します 最適化モジュールは 目的関数を定義し 設計変数を指定し これらの制約をセットアップするための汎用インターフェースです モデル入力はどれも それが幾何学的寸法 部品形状 材料特性 あるいは材料分布のいずれであれ 設計変数として処理でき モデル出力はすべて目的関数の定義に使用できます 目的関数は COMSOL Multiphysics 製品ファミリのどれでも使用でき さらに LiveLinkアドオン製品と組み合わせてサードパーティ CADプログラムで幾何学的寸法を最適化できます

129 音響のサブコンポーネント ランピング インピーダンス境界条件つき ツイーター音響導波路の形状最適化 荷重間接構造のトポロジー最適化 このアプリケーションは 音響モジュールをこのアプリケーションは 重要な設計上の制約軽量マウンテンバイクのフレーム設計をして用いて物理的に一貫性のある簡略化したを満たす斬新なデザインを自動的に開発するいると想像してみてください ある大きさのモデルを導出するためのモデリングアプローチために COMSOLの最適化機能を使用する箱に納める必要があり また 8kg 以下の重量を示しています このアプローチは 複雑な方法を示します このモデルは シンプルなにしなければならないとします バイクのサブコンポーネントをインピーダンス境界スピーカー形状を最適化します 制約条件の例負荷が与えられたとすると フレーム剛性の条件に変換し それ以外の場所ではCOMSOL として スピーカー半径または最小音圧レベル最大化を目的関数として材料分布を求めるモデル全体にシンプルな音響モデルを使用を設定することもできます 最適化の可能性ことで この課題は達成できます このようにするによって構成されています その結果 を例示するために このアプリケーションはして 材料分布問題としてフレームのトポロジーかなりの計算の高速化を図ることができます ツイーターユニット ( スピーカー ) の正面に固定最適化を策定できました このモデルではここで取り扱った例は メインダクトとヘルムされた単純な音響導波路の形状最適化を実行 COMSOL Multiphysicsを用いて 構造トポロジーホルツ共鳴器 ( サブコンポーネント ) からなるします 音響導波路の形状は 共振器を用いて最適化にSIMPモデル (Solid Isotropic Material 簡素化されたマフラーのようなシステムで構成 2500Hz 近辺で共鳴するように 意図的に誇張 with Penalization) を適用する方法を示してされています されています 共振器には 共振を減衰させるいます この特定のモデルによって L 字型ために幾らか遮音するような軽量の多孔性フレームでの材料分布問題が解決できます 材が充填されています フライホイールの形状最適化 2D 部屋の音響モード トポロジー最適化 コイル最適化 均一な厚みで 軸対称 かつ均一なフライこのチュートリアルでは トポロジ最適化を 10ターンの軸対称コイルを最適化するためホイール内の半径方向応力は 内半径近く音響に使用する方法を紹介します 最適化のいくつかの異なるアプローチが提示されに鋭いピークを示します ピークの場所からの目的は 2Dルームの客観的領域におけるている まず 各ターンの電流は 中心線に沿フライホールの外縁でゼロに達するまで 平均音圧レベルを最小にする与えられた設って均一な磁束密度を有するという目的で応力は単調に減少します 応力分布が不均一計領域内の材料分布 ( 固体または空気 ) を見調整される 第 2に 電流は 一点における電なことから 材料の最適な使用がされていないつけることです 最適化は 単一の周波数に界の最小値に対する制約を有する電力散逸設計である ということが明らかです フライ対して実行されます を最小にするように調整される 第 3に 電流ホイールの質量と慣性モーメントを入力は 磁場値の制約と共に 中心線に沿った磁すれば このモデルは均等な半径方向応力束密度の勾配を最小にするように調整され分布を求めることを目的関数として 最適る 最後に コイルの位置および電流を調整な厚さプロファイルの探索問題を解きます して 中心線で特定の磁束密度を達成する これらのモデルは 磁場モデリングのための形状とパラメータの最適化を示しています (1/2) 多目的事例紹介 129

130 多目的130 事例紹介 (2/2) ブラケットの様々な最適化 時間依存最適化 MBB ビームのトポロジー最適化 この形状最適化の例では ジオメトリオブジェこのチュートリアルでは 最適化ソルバーを構造力学モジュールと最適化モジュールをクト数や位置を変更することによりブラケット用いた非線形モデル問題の周期的な定常使用した トポロジー最適化のデモンストレー質量を最小化します また求解要件として最低状態の解を計算する方法を示しています ションです 固有周波数と 静的荷重条件における最大このソルバーは 計算開始時の初期条件を 古典的モデルとして ここではMBBビームの応力の両方に制限を与えます このことは 終了時の解と一致するように変更します この例を示しています この最適化手法ではSIMP 制約条件として 2つの異なるスタディによるモデルは最適化ソルバーと時間依存ソルバー法を基にして 元の組み合わせ最適化問題を計算結果を最適化問題で使用しなければを組み合わせることで 時間依存ソルバー連続最適化問題として再計算します ならないということを意味します 応力の制約単体を使うよりもはるかに高速に求解します 条件では ドメイン全体中で最大応力値をその理由は この解法では定常状態に達するとる位置が不明なため 計算しなければなりまでに膨大な期間で計算する必要がないからません さらに ジオメトリの実現可能性をです 維持するために いくつかの幾何学的な制約条件の追加が必要です 熱生成の最適化 マイクロチャネルの流速最小化 Mooney-Rivlin モデルのカーブフィッティング 2つのヒーターが流路に沿って吹き出しているナビエ ストークス方程式のトポロジー最適化このプレゼンテーションでは 実験データに気体の温度を上昇させるという 熱生成のは 例えば自動車の換気システム設計など 材料モデル曲線をフィッティングさせるためシナリオがモデル化されています 最適化様々な分野や用途に用いられます このようなの最適化モジュールの使い方を示しています モジュールを使って 流出温度の最大化を問題に適用できる一般的なテクニックとして これは構造力学ユーザーガイドに掲載されて目的関数に ヒーター自体のピーク温度の多孔質材料分布を連続的に変化させる手法いる 超弾性 Mooney-Rivlin 材料モデルの事例維持を制約条件とした場合の ヒーター出力があります このモデルでは 流路中心部のをベースとしています 値を求めています 水平速度成分の最小化を目的関数として マイクロ流路中の多孔質材料の最適分布解を見つけています 仕様表 Chemical - Thermodynamics and Kinetics Data Import - Parameter estimation [6] Mathematics - Optimization and Sensitivity - Optimization Interface and Study Step Parameter Estimation Time-Dependent Forward and Adjoint Sensitivity > Constraints Study Steps - Control Steps - Optimization Parameter Estimation

131 II-5-2 材料ライブラリ ~ モデル補強のための正確な材料特性 ~ 2,500 種を超える材料と 材料ごとに最大 24 件の主要特性 COMSOL Multiphysicsは モデルビルダーと材料ブラウザーを用いて 材料特性を完全に制御できます 材料ブラウザーは 解析モデルで使用する材料特性を一括管理し 材料ライブラリーによって補完されます 材料ライブラリーには 元素 鉱物 金属合金 熱絶縁体 半導体 圧電材料を含む2,500の材料データが含まれています 各材料は 24 個ものキーとなる 温度依存性も含めた物性に関する物性関数を参照することで表現されています これらの関数はグラフで表示でき定義内容の確認ができます 変更や追加も可能です 操作を済ませた定義は マルチフィジックスモデル化の特性関数変数に依存する その他の物理特性シミュレーション連成でも使用できます 利用できる材料 要素 Fe&Ni 合金 Al&Cu 合金 Mg&Ti 合金 酸化物 炭化物 サーメット 工具鋼 炭素と断熱 金属間化合物 TBC( 遮熱コーティング ) 耐熱金属 ポリアミドとポリエステル アセタール PVDF( ポリフッ化ビニリデン ) EVA( エチレン酢酸ビニル ) エラストマとエポキシ樹脂 その他ポリマーとポリマー複合材料 鉱物 岩 土壌 木材 ポリプロピレンと PET( テレフタル酸ポリエチレン ) 膨張制御合金と熱電対合金 半導体 光学材料 その他材料 はんだ 歯科用合金 コバルト合金 抵抗合金 磁性合金 金属基質複合材料 セラミック基質複合材料 塩 燃料電池 蓄電池 エレクトロセラミックス シリサイド ホウ化物 ガラス ガラス状合金 窒化物 ベリリド 鋳鉄 型剤 131 多目的

132 132 多目II-5-3 粒子追跡モジュール ~ 粒子と場の間の連成を調査する~ 機能フェース用のParticle Tracing( 粒子追跡 ) インターフェース モデルのセットアップを助ける定義済みの力 ユーザー定義の力 粒子場の相互作用 粒子対粒子の相互作用汎用モンテカルロモデリングが可能 粒子放出機構 境界条件的粒子追跡モジュールは 粒子 - 粒子 流体 - 粒子 粒子 - 場の連成など 流体内や電磁場の粒子の軌道を計算する COMSOL 環境の機能 を拡張します 粒子の運動を駆動する場の計算のために 用途固有 のモジュールは 粒子追跡モジュールとシームレスに組み合わせることができます 粒子には質量を設定してもしなくてかまいません 動きは 古典力学のニュートン ラグランジュ またはハミルトンの定式化で定義できます ジオメトリの壁の粒子に境界条件を適用すると 粒子を停止 固着 跳ね返り 消去 または散在的に反射させることができます ユーザー定義の壁条件も指定できます ここでは 衝突後の粒子速度が通常 飛来粒子の速度の関数になり 壁は法線ベクトルになります 飛来粒子が壁に衝突したときに放たれた二次粒子も取り込むことができます 二次粒子の数とその速度分布関数は 一次粒子の速度と壁ジオメトリの関数になります 粒子は 任意の式または付着確率に従って壁に付着することもあります 追加の依存変数をモデルに追加すると 粒子質量 温度 あるいは回転などの数量を計算できます 粒子は 格子の定義または任意の式のとおり 基本メッシュに従って境界と領域で一様に放出できます 粒子と場との相互作用の具体的な内容は さまざまな定義済みの力で記述できます 適切な式で定義した任意の力を追加できます 双方向連成を粒子と場の間の双方向連成をモデル化できます ( 粒子 - 場連成 ) 同じく 粒子同士の粒子連成もモデル化できます ( 粒子 - 粒子連成 ) 背景ガスをともなう弾性衝突など 電界と磁場におけるイオン軌道と電子軌道をモデリングするCharged Particle Tracing( 荷電粒子追跡 ) インターフェース 流体における微視的粒子と巨視的粒子の動きをモデリングするFluid Flow( 流量 ) インター 解決した方程式に完全な自由度を提供する Mathematical Particle Tracing( 数学的粒子追跡 ) 質量ゼロ ニュートン ラグランジュ ハミルトン公式 電気 磁気 衝突 抗力 ブラウン運動 熱泳動 重力 音響泳動 誘導泳動 磁気泳動 論理式に基づいた粒子速度ベクトルの再初期設定では メッシュ要素ごとに特定の数の粒子が放出されるメッシュベース 所与の境界における 粒子の均一な分布 特定の場所で大きい粒子密度を許容する式ベース 格子 フリーズ スティック バウンス 消失 一般的な反射 拡散面散乱 二次放出 付着確率 後処理 粒子軌道のプロット ( 線 管 点 彗星の尾 ) 任意の方程式による色軌道 プロットする粒子 を濾過 動画 ポアンカレ断面とマップ 相図 すべての粒子の最大 最小 平均 積分を計算 粒子データを表に書き込み 粒子データをエクスポート 1Dヒストグラムと 2Dヒストグラム 透過可能性 粒子質量 回転などの計算のために補助従属変数を追加 移動メッシュと完全に互換性あり 用途 質量分析 ビーム物理 ブラウン運動 イオン光学 イオン移動度による分光学 流体流れの可視化 スプレー エアロゾルダイナミックス ミキサー 二次放出 分離と濾過 イオンエネルギー分布関数の可視化 音響泳動 古典力学

133 赤血球から血小板の誘電泳動分離 電荷交換セルシミュレーター 回転する銀河 誘電泳動 (DEP) は 不均一な電界にさらされる電荷交換セルは 真空チャンバー内の高圧でこのチュートリアルモデルは 粒子 - 粒子相互ような誘電体粒子に対して力が作用するような気体の領域から構成されます イオンビーム作用を手動で追加する方法を示します この場合に発生します DEPは バイオセンサー が高密度ガスと相互作用すると イオンはその例では 銀河中の2500 個の星同士の重力診断 粒子操作および濾過 ( 並べ替え ) 粒子ガスとの電荷交換反応を受け 高エネルギーがモデル化されています 銀河は最初剛体アセンブリー および多くのために使用生物の中性粒子を生成します ビームイオンのとして回転しますが その後重力によって形状医学装置の分野で多くの用途があります 一部のみが 電荷交換反応を受ける可能性が変化します 誘電泳動力は大きさ 形状 および粒子の誘電があります 従ってそのビームを中和する目的理想的クローク特性によって大きく変化します このことにのために 2つの帯電する偏向板はセルのよりDEPを用いることで 例えば混合物から外側に配置されています このようにして 高様々な種類の細胞を得るというように 異なるエネルギーの中性源を製造することができ種類の粒子を分離するために使えます 赤血球ます 荷電交換セルシミュレーターアプリは 分離アプリケーションは 血小板から赤血球を中性アルゴンを含む電荷交換セルで陽子分離するために 赤血球を血液試料から選択ビームの相互作用をシミュレートします このモデルは 異方性光学特性を有する光学的に濾過する方法を示します DEPフィルターユーザー入力は 気体セルや真空チャンバー的に大きな屈折率分布構造を研究するため装置では 赤血球は血小板よりも大きいため のいくつかの形状パラメーター ビーム特性 の光学追跡の使用方法を示しています さら大きな力を受けその結果 より偏向されます および残りのイオンを偏向させるために使用にこのモデルは 典型的には例えばレンズなど装置には2つの出口が配置されていて 上方される荷電板の特性を含みます シミュレーの従来の光学デバイス中における 曲面上の出口からは偏向されていない粒子が出て行き ションアプリは中和されたイオン比を計測屈折率の不連続性を処理するための平滑化偏向されていない粒子のみが下方出口からし またどのような種類の衝突が何回発生技術の使い方を紹介しています 出ることができるようになっています したかの統計を記録して 電荷交換セルの効率を計算します 層流スタティックミキサー中の粒子軌道ブラウン運動イオンサイクロトロン運動 スタティックミキサーの中では 流体は静翼自然界の純粋な拡散輸送は ブラウン力をこのモデルは均一な磁場中でのイオンの軌道を持つパイプを通してポンピングされます 用いてモデル化できます このモデルは を計算します 磁場の影響を受けたイオンこの撹拌技術は特に層流ミキサーに適して流体流れ物理インターフェースの粒子追跡の軌道は数学的粒子追跡インターフェース中います その理由は この流動領域中に殆どにブラウン力を追加する方法を示します に ニュートニアン ラグランジアン ハミル圧力損失を生じないからです この事例はツ流体中の粒子拡散は拡散方程式を直接トニアン方程式で定義されます イスト ブレード付き定常ミキサーの流れを解いた結果と流体流れインターフェースの研究します また撹拌槽中を浮遊する粒子の粒子追跡で計算された結果が比較されます 軌跡を調査することで 撹拌性能を算出します このモデルでは 層流インターフェースと流体流れの粒子追跡インターフェースを使用します 磁気レンズ音響浮揚高感度高分解能イオン マイクロプローブ 走査電子顕微鏡は 高エネルギーの電子ビームでターゲットを走査することによって画像をサンプリングする その後の電子相互作用は 試料表面のトポグラフィに関する情報を含む二次および後方散乱電子などの信号を生成する この電子ビームを試料表面上の約 10nm のスポットに集束させるために 電磁レンズが使用される 音響浮上装置とも呼ばれる超音波定在波浮上装置は 音響場における流体および固体粒子を浮揚させるために使用される装置である 定在音波は 粒子に音響放射力を及ぼす 力は二次的効果であり 時間平均圧力と粒子と音響場との間の慣性相互作用の組み合わせに起因する 粒子を浮上させることによって 例えば 温度および湿度とは異なる外部条件下でのその乾燥動力学を研究することが可能である このチュートリアルでは パーティクルビーム機能を使用して 高精度分光器の性能を調べます イオンビームは電気的および磁気的な力を受け 入射ビームのほんの一部だけが検出器に伝達される パーティクルカウンタ機能は 送信確率を計算し 送信ビームの公称軌道を視覚化するために使用されます 多目的事例紹介 133

134 多目的134 仕様表 AC/DC - Physics Interfaces and Study Types - > Charged Particle Tracing Particle Tracing - > Boundary Conditions > Formulation > Particle Properties and Forces > Particle Release Predefined Multiphysics Interfaces - > Particle Field Interaction, Non-Relativistic > Particle Field Interaction, Relativistic [3] Results and Visualization - 2D Histogram Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Particle (data set) Particle (plot) Particle Evaluation Particle Trajectories Phase Portrait Poincaré Map Acoustics - Results and Visualization - 2D Histogram Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Phase Portrait Poincaré Map Fluid Flow - Physics Interfaces and Study Types - > Particle Tracing for Fluid Flow Particle Tracing - > Boundary Conditions > Formulation > Particle Properties and Forces > Particle Release Predefined Multiphysics Interfaces - > Fluid-Particle Interaction Results and Visualization - 2D Histogram Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Particle (data set) Particle (plot) Particle Evaluation Particle Trajectories Phase Portrait Poincaré Map Mathematics - Particle Tracing - > Boundary Conditions > Formulation > Particle Properties and Forces > Particle Release Results and Visualization - 2D Histogram Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Particle (data set) Particle (plot) Particle Evaluation Particle Trajectories Phase Portrait Poincaré Map Study Steps - Time Dependent - Particle Trajectories RF and Optics - Results and Visualization - 2D Histogram Intersection Point 2D (data set) Intersection Point 3D (data set) Phase Portrait Poincaré Map [3] Requires all indicated products

135 II-6 インターフェース II-6-1 LiveLink for MATLAB II-6-2 LiveLink for Excel II-6-3 CADインポートモジュール II-6-4 デザインモジュール II-6-5 ECADインポートモジュール II-6-6 LiveLink for SOLIDWORKS II-6-7 LiveLink for Inventor II-6-8 LiveLink for AutoCAD II-6-9 LiveLink for Revit II-6-10 LiveLink for PTC Creo Parametric II-6-11 LiveLink for PTC Pro/ENGINEER II-6-12 LiveLink for Solid Edge II-6-13 File Import for CATIA V5 II-6-14 各モジュールの動作環境 COMSOL, COMSOL Multiphysics, Capture the Concept, COMSOL Desktop, COMSOL Server, LiveLinkはCOMSOL ABの商標または登録商標です MATLABはThe MathWorks, Incの登録商標です Microsoft Excelおよび Windowsは アメリカおよびその他の国々のマイクロソフト社の登録商標です SolidWorksはDassault Systèmes SolidWorks Corpの登録商標です AutoCAD Inventor および Revitは アメリカおよびその他の国々におけるAutodesk, Inc. 子会社 系列会社のすべてまたはいずれかの登録商標です PTC Creo Parametricおよび Pro/ENGINEERはPTC 社または アメリカおよびその他の国々の子会社の登録商標です Solid Edgeは アメリカおよびその他の国々におけるSiemens Product Lifecycle Management Software Inc. またはその子会社の商標または登録商標です CATIAは ダッソー システムズ (DassaultSystèmes) もしくはダッソー システムズの子会社のアメリカおよびその他の国における登録商標です それ以外の全ての商標は それぞれの所有者の資産です 135 インターフェース

136 インターフェー136 ~ 柔軟性に富んだスクリプト記述でマルチフィジックス解析を拡張 ~ COMSOL Multiphysics を MATLAB とシームレスに統合して MATLAB II-6-1 LiveLink for MATLAB 機能 使いやすい専用関数スイート用途を作成する MATLAB 関数でモデル設定を定義するス環境におけるスクリプト記述プログラミングによるモデル化を拡張 します LiveLink for MATLAB では 前処理 モデル操作 後処理で MATLAB ツールボックスのフルパワーを活かします 強力なマルチフィジックスシミュレーションでインハウス MATLAB コードを強化 確率的データまたは画像データに基づいたジオメトリモデル化 シミュレーション結果に対する任意の統計解析の実施 マルチフィジックスモデルをモンテカルロシミュレーションおよび 遺伝的アルゴリズムと併用 制御システムを組み込むために 状態空間マトリクス形式で COMSOL モデルをエクスポート スクリプト記述ツールとして MATLAB を使用し COMSOL モデルをセットアップし 解決する MATLAB ワークスペースに対してデータをインポート / エクスポート COMSOL Desktop から MATLAB 関数を呼び出し COMSOL Desktop 環境のインターフェースにより モデリングの際に MATLAB 関数を利用可能 サポート対象バージョン : MATLAB 2016b と MATLAB 2017a 画像や実験などのデータを前処理してモデルに組み込む カスタマイズした後処理と可視化のためにモデルからデータを抽出 コマンド行またはスクリプトからモデルを操作してジオメトリ 物理特性 ソリューションスキームをパラメーター化する 所属組織のユーザー間で活用してもらうため MATLAB の GUI 建物ツールで モデルにカスタムメイドのグラフィカルユーザーインターフェース ループにソリューションプロセスをラップするソリューションプロセスでさまざまな事例を処理 指定したソリューションをベースに ソリューションを停止 再開 カスタム初期条件を作成する MATLAB は The MathWorks,Inc の登録商標です それ以外の全ての商標は それぞれの所有者の資産です

137 化学反応器中の均質化 近似周期境界による対流熱伝達 ドメインの有効化 / 無効化 このモデルは 空間依存化学反応モデルにこのモデルは 水で満たされた流路内の対流加熱の際に対象ドメインを色々と変更する周期的な均質化プロセスをシミュレートする熱伝達をシミュレートします 使用メモリー量ために ドメインの有効化 / 無効化を切り替え方法を示しています この均質化は 設定時間を低減するために このモデルは擬似的な周期ることで物理の適用ドメインを変更するテク間隔で反応器内の濃度勾配を消失させます 構造をもつ流路を繰り返し求解します 各解ニックの一例です このモデルでは LiveLink このモデルではまず最初に 時間依存ソルバーは別のセクションに対応します また各求解 for MATLAB を使用する方法を示しています を停止する方法を示します その次に 求めステップの前には 直前解の流出口境界条件られた解を初期値にして計算をリスタートする温度が 流入口境界にマッピングされます 方法を示します 魔法瓶中の温度分布 バスバー形状のパラメーター化 この例では 熱いコーヒーを保温する真空これは 物理インターフェースとパラメーターフラスコ内の温度分布を求解します 主な化されたジオメトリを含むLiveLink for MATLAB 目的は 材料特性および境界条件の定義をモデルのテンプレート MPH-ファイルです するのに MATLAB 関数を使用する方法を示すことです インターフェース事例紹介 137

138 インターフェー138 ~Excel であなたのモデリングを簡素化 拡張 ~ II-6-2 LiveLink for Excel なっています 機能 Excelの環境からパラメトリックスイーブの実行 COMSOLモデルウインドウで解析の進捗を確認スターターはサポートされていません 事例紹介 LiveLink for Excelを使ったバスバー中の電気発熱このチュートリアルモデルは Excel 上でCOMSOL モデルを操作する方法を示しています 以下の方法が含まれています : ファイルのロード ファイルの保存 モデルパラメーターの更新 求解 結果の取得 スExcel のシミュレーション機能は COMSOL Multiphysics とシームレスにつながることによって拡張されます あなたが その作業工程を記述したExcelデータの経験を積んだエンジニアで COMSOL Multiphysics シミュレーションに これを利用しようとしているか あるいは あなたが材料特性の価値を見出し 最適化するためにシミュレーションを活用したいと考えている科学者であるかにかかわらず LiveLink for Excel は あなたが必要とする柔軟性を備えています LiveLink for Excelは Excelが提供する機能と構造的な簡易性の利便性を活用するので あなたのCOMSOL Multiphysicsモデリング能力を拡張することができます COMSOL Multiphysicsにおいて定義 モデル化されるパラメーターおよび変数はMicrosoft Excelで直ぐに利用でき 自動的にあなたの物理特性モデルと同期します さらに LiveLink には ワークシートに保存されたデータから LiveLink 材料ライブラリーを作り COMSOL Multiphysicsに取り込む機能が追加されています また パラメーターや変数リストのために COMSOL DesktopにExcel ファイルをローディングする支援機能も備えています Excel の COMSOL Multiphysics タブによって モデルの読み込み 保存 パラメーター 変数 関数のインポートと再定義 メッシュ ソルバー ルーティンの実行 データの抽出 処理 結果の表示など COMSOL Multiphysics で利用できる多くの特性や機能にアクセスできるように Excel の環境から COMSOL Multiphysics のモデリングを実行 制御 COMSOL Multiphysics のモデルを Excel のワークブックから開く Excel のワークシートに記述されたパラメーター 変数 関数と COMSOL モデルデータの同期 Excel のワークシートに記述されたパラメーター 変数 関数を変更した場合 モデルを更新して解析 解析結果をモデルから抽出して Excel のワークシートに反映 COMSOL Desktop でのモデル作成中に Excel のワークブックから定義情報を読み込み / 書き出し Excel のワークシートに記載されたデータから COMSOL の材料ライブラリーを作成 LiveLink for Excel は Windows 版 Excel に対応 Microsoft Excel および Windows は 米国およびその他の国々のマイクロソフト社の登録商標です それ以外の全ての商標は それぞれの所有者の資産です

139 II-6-3 CAD インポートモジュール ~ 効率的なシミュレーションと CAD インテグレーション ~ CAD インポートモジュールは STEP や IGES のような汎用ファイル形式 から Parasolid および ACIS 形式など 多種多様なファイル形式の インポートをサポートしています そのプロセスで重要なことは CAD インポートモジュールでは Inventor PTC Creo Parametric および SOLIDWORKS のような CADシステム独自形式ファイルをインポートすることが可能ということです CATIA V5 用のファイルインポートでは このシステムの独自ファイル形式のインポートをサポートします CADインポートモジュールがすでにインストールされている場合 全てのCADファイルは モジュールに含まれる Parasolid ジオメトリエンジンを使用して 自動的にParasolid ジオメトリにコンバートされます 続いて これらのジオメトリは COMSOL Multiphysicsおよび CADインポートモジュール内で 多様なツールを使用して変更を行うことが可能です このケースの一例として CADで設計された周囲のモデルドメインの構築が挙げられます CADモデルの大半は製造用オブジェクトで シミュレーションは たとえば空気の流れのような オブジェクト周囲の現象をモデリングするために使われます これらの変更が実行されると CADインポートモジュールでは この変更をParasolid にエクスポートし もしくは 他のツールでインポートするために ACIS ファイル形式でへエクスポートします 製品開発の最初のステップは CADの作成もしくは シミュレーションモデリングを行うことです このシミュレーションモデリングにより 私たちは さらに理解を深めることができ また必要部分の構成やデバイスの最適化を図ることが可能です その一方で CADモデリングでは 正確で適切 かつ製造上必要となる詳細情報を提供してくれます 完全にな理解を得るためには 両方のモデリング作成が必要になります 一方のモデリングからの情報とデータは もう一方のモデリングにも影響を及ぼし また時としてその情報とデータは 直接行き来する可能性もあるため シミュレーションと CADの両方のモデリングプロセスのインテグレーションは必要不可欠になります このインテグレーションを実現するために COMSOLでは ロバストなツール : CADインポートモジュールを提供いたします Parasolid ACIS STEP IGES Inventor PTC Creo Parametric SolidWorks ファイル形式のファイルインポート 周囲領域での現象をモデル化するためにジオメトリをカプセル化 Parasolid 形式とACIS ファイル形式にジオメトリファイルをエクスポート サードパーティファイル形式をCOMSOLジオメトリカーネルに変換 幾何学的不一致の特定と 面接合によるソリッドの作成を通じたジオメトリの修復 フィレット 微小エッジ スライバー 微小面 スパイクの検出と削除によるフィーチャーの削除 面を手動で削除し その結果生じたギャップを 埋める ( 新しい面の作成 ) または塞ぐ ( 隣接した面の縮小または拡大 ) ことで修復 ソリッドオブジェクトから面を除去して新しいソリッドオブジェクトを作成 孔や空洞をキャッピングして空間を埋め モデリング領域を作成 周囲のサーフェスを拡大または縮小して削除した面を塞ぐ ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL ABおよびその子会社とCOMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません インターフェース機能 139

140 インターフェース140 対応する形式 ファイル形式 拡張子 バージョン インポート エクスポート ACIS.sat,.sab,.asat,.asab up to はい はい AutoCAD.dwg はい いいえ AutoCAD DXF.dxf はい いいえ IGES.igs,.iges up to 5.3 はい いいえ Inventor assemblies.iam 11, はい いいえ Inventor parts.ipt 6 11, はい いいえ NX.prt up to 11 はい いいえ Parasolid.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin up to V29.1 はい はい PTC Creo Parametric.prt,.asm はい いいえ PTC Pro/ENGINEER.prt,.asm 16 to Wildifire 5.0 はい いいえ SOLIDWORKS.sldprt,.sldasm はい いいえ STEP.step AP203, AP214 はい いいえ CAD インポートモジュールおよびデザインモジュール動作環境 Windows Windows 7 Windows 8.1およびWindows 10 macos macos 10.10, および NX ファイル形式 (version11まで ) のインポートは サポートされた Linux 各 OS 固有の動作環境のみサポート Windows オペレーションシステムのみ利用できます NX ファイル形式 (version10まで ) のインポートは サポートされた Windows およびLinux オペレーションシステムのみ利用できます AutoCAD Inventor SOLIDWORKS ファイル形式のインポートは サポートされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは サポートされた Windows またはmacOSオペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは 全てのサポートされたオペレーションシステムで利用できます 詳細は 参照 事例紹介 セダン内の音響 このモデルは典型的なファミリーカーであるセダン内の音響モデルです モデルは音源のスピーカー位置および 吸収面 ( 座席およびカーペット ) の柔軟体モデルインピーダンス条件を設定します モデルは車内の圧力 音圧レベルおよび音の強さをプロットします 車内のいくつかの位置での周波数応答も示します ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL ABおよびその子会社とCOMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません

141 CAD File Formats - Read from File, CAD - ACIS (.sat,.sab,.asat,.asab) up to [1] AutoCAD (.dwg) versions [2] AutoCAD DXF (.dxf, 3D) versions [2] CATIA V5 (.CATPart,.CATProduct) R8-R25, 2016 [3] IGES (.igs,.iges) up to version 5.3 Inventor assemblies (.iam) versions 11, [2] Inventor parts (.ipt) versions 6-11, [2] NX (.prt) up to version 11 [4] Parasolid (.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin) up to V29.1 PTC Creo Parametric (.prt,.asm) versions PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) versions 16 to Wildfire 5.0 SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) versions [2] STEP (.step, 3D geometry only) AP203, AP214 Read from File, Geographic Information System (GIS) - ACIS (.sat,.sab) R4, R7, and Parasolid (.x_t, x_b) V29.1 Geometric Modeling - Booleans and Partitions - Boolean Operations using the Parasolid Kernel CAD Defeaturing, 3D - Delete Faces Delete Fillets Delete Short Edges Delete Sliver Faces Delete Small Faces Delete Spikes Detach Faces CAD Repair, 3D - Knit to Solid Repair Conversions - Convert to COMSOL Native Geometry Representation from Parasolid Representation, 3D Geometric Primitives, 3D - Parasolid Based Geometric Primitives, 3D Geometry Operations, 3D - Cap Faces Geometric Modeling Kernel - Parasolid Kernel (CAD Kernel) [1] File import of the ACIS file format up to version is available only on a supported Windows operating system or macos. File import of the ACIS file format up to version is available on all supported operating systems. [2] File import of the AutoCAD, Inventor, and SOLIDWORKS file formats is available only on a supported Windows operating system. [3] Requires all indicated products. The File Import for CATIA V5 add-on to the CAD Import Module, Design Module, and LiveLink products for CAD is only available for Windows 7, Windows 8.1, and Windows 10. [4] File import of the NX file format up to version 11 is available only on a supported Windows operating system. File import of the NX file format up to version 10 is available only on a supported Windows or Linux operating system. ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません インターフェース仕様表 141

142 インターフェー142 ~ シミュレーションのためのパラメトリックジオメトリの作成と操作 ~ デザインモジュールは ジオメトリの作成とさまざまな CAD ファイル II-6-4 デザインモジュール機能 断面プロファイルからロフトオブジェクトを作成対応する形式ス形式のインポートのための追加ツールを提供して COMSOL Multiphysics ソフトウェアの幾何学的モデル化機能を拡張します ジオメトリの 準備はシミュレーションプロセスの重要部分であり 解析の CAD 設計で最適な方法は何かを探すことに重点を置きます ここでは 一定の幾何学的詳細情報が解析に関係があるか あるいは代わりにシェルの近似化をシミュレーションに使用できるかの判断を行う場合もあります あるいは インポートした CAD 設計の一定のフィーチャーを変更してパラメーター化し直さなければならないこともあります 場合によっては 新しくよりシンプルなパラメーター化ジオメトリをゼロから作成しないと 適切な解析のための関連設計フィーチャーをキャプチャーできないこともあります デザインモジュールは Parasolid ソフトウェア形式 ACIS ソフトウェア形式 STEP 形式 IGES 形式などさまざまなファイル形式のインポートをサポートしています さらに Autodesk AutoCAD ソフトウェア Autodesk Inventor ソフトウェア NX ソフトウェア PTC Creo Parametric ソフトウェア SOLIDWORKS ソフトウェアなど さまざまな CADツールのネイティブファイル形式をインポートできます デザインモジュールには シミュレーションと CAD 設計の両方を本製品の開発プロセスに統合する助けになるロバストなツールがあります すべてのジオメトリを作成したら デザインモジュールでそれらを Parasolid ソフトウェアファイル形式またはACISソフトウェアファイル形式にエクスポートして他のツールへのインポートに備えます ソリッドオブジェクトとサーフェスオブジェクトに 3Dフィレットとチャンファーを適用 ミッドサーフェス操作と肥大化操作でソリッドをサーフェスに あるいはサーフェスをソリッドに変換 最も一般的なCADファイル形式のファイルインポート 対応する形式を参照のこと 周囲領域での現象をモデル化するためにジオメトリをカプセル化 Parasolid 形式とACIS ファイル形式にジオメトリファイルをエクスポート 幾何学的不一致の特定と 面接合によるソリッドの作成を通じたジオメトリの修復 フィレット 微小エッジ スライバー 微小面 スパイクの検出と削除によるフィーチャーの削除 面を手動で削除し その結果生じたギャップを 埋める ( 新しい面の作成 ) または塞ぐ ( 隣接した面の縮小または拡大 ) ことで修復 ソリッドオブジェクトから面を除去して新しいソリッドオブジェクトを作成 孔や空洞をキャッピングして空間を埋め モデリング領域を作成 周囲のサーフェスを拡大または縮小して削除した面を塞ぐ ファイル形式 拡張子 バージョン インポート エクスポート ACIS.sat,.sab,.asat,.asab up to はい はい AutoCAD.dwg はい いいえ AutoCAD DXF.dxf はい いいえ IGES.igs,.iges up to 5.3 はい いいえ Inventor assemblies.iam 11, はい いいえ Inventor parts.ipt 6 11, はい いいえ NX.prt up to 11 はい いいえ Parasolid.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin up to V29.1 はい はい PTC Creo Parametric.prt,.asm はい いいえ PTC Pro/ENGINEER.prt,.asm 16 to Wildifire 5.0 はい いいえ SOLIDWORKS.sldprt,.sldasm はい いいえ STEP.step AP203, AP214 はい いいえ

143 Windows Windows 7 Windows 8.1およびWindows 10 macos Linux macos 10.10, および 各 OS 固有の動作環境のみサポート NX ファイル形式 (version11まで ) のインポートは サポートされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます NX ファイル形式 (version10まで ) のインポートは サポートされた Windows およびLinux オペレーションシステムのみ利用できます AutoCAD Inventor SOLIDWORKS ファイル形式のインポートは サポー 事例紹介 スライバーを取り除くと 必要なメッシュ化フェイスまたはホールに対するキャップまたを大幅に削減できる一方で フィーチャーのはフィルは 設計モジュールで実行します 削除アクションにより 周囲のジオメトリが平滑化されて隙間が埋まります サーフェスと設計モジュールの肥大化フィーチャーで作成したフランジのモデル 仕様表 ベース ソケット 軸受けスタッドの交点にフィレットとチャンファーがある球面継ぎ手のモデル ヘリコプタスウォッシュプレートのベースには 多くのフィレットエッジとチャンファーエッジ最終的にインペラーを構成するブレードのが必要です 作成にはロフティングコマンドを使用しました ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません トされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは サポートされた Windows またはmacOSオペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは 全てのサポートされたオペレーションシステムで利用できます 詳細は 参照 CAD File Formats - Geometric Modeling - Read from File, CAD - Booleans and Partitions - ACIS (.sat,.sab,.asat,.asab) up to [1] Boolean Operations using the Parasolid Kernel AutoCAD (.dwg) versions [2] CAD Defeaturing, 3D - AutoCAD DXF (.dxf, 3D) versions [2] Delete Faces IGES (.igs,.iges) up to version 5.3 Delete Fillets Inventor assemblies (.iam) versions 11, [2] Delete Short Edges Inventor parts (.ipt) versions 6-11, [2] Delete Sliver Faces NX (.prt) up to version 11 [4] Delete Small Faces Parasolid (.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin) up to V29.1 Delete Spikes PTC Creo Parametric (.prt,.asm) versions Detach Faces PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) versions 16 to Wildfire 5.0 CAD Repair, 3D - SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) versions [2] Knit to Solid STEP (.step, 3D geometry only) AP203, AP214 Repair Read from File, Geographic Information System (GIS) - Conversions - ACIS (.sat,.sab) R4, R7, and Convert to COMSOL Native Geometry Representation from Parasolid Parasolid (.x_t, x_b) V29.1 Representation, 3D Midsurface [1] File import of the ACIS file format up to version is available only on a Thicken Geometric Primitives, 3D - supported Windows operating system or macos. File import of the ACIS file format Parasolid Based Geometric Primitives, 3D up to version is available on all supported operating systems. Geometry Operations, 3D - [2] File import of the AutoCAD, Inventor, and SOLIDWORKS file formats is available Cap Faces only on a supported Windows operating system. Chamfer [4] File import of the NX file format up to version 11 is available only on a supported Fillet Windows operating system. File import of the NX file format up to version 10 is Loft available only on a supported Windows or Linux operating system. Geometric Modeling Kernel - Parasolid Kernel (CAD Kernel) CADインポートモジュールおよびデザインモジュール動作環境インターフェース143

144 インターフェー144 ~ECAD ファイルのインポートおよび電子部品の解析 ~ MEME デバイス IC またはチップ PCB( プリント回路基板 ) は プロト II-6-5 ECADインポートモジュール機能 選択レイヤーのインポート解除 GDSファイルからのインポートに対するセル選択 インポート中の内部エッジの自動除去 モデル設定における後続ジオメトリ使用のレイヤー選択作成対応する形式スタイプの製造前の段階でも 素子特性および性能を正確に予測する ことがますます求められています 部品サイズはさらに小さくなり 物理現象の作用を組み込むシミュレーションが必要になっています ECADインポートモジュールを利用して 自分のECADファイルを COMSOL Multiphysicsにインポートし 2Dレイアウトをシミュレーションに対応した3Dジオメトリに変換することができます このことは 他のアプリケーションと共同で これらの部品や装置の電磁気 熱 構造などのシミュレーションの世界を開くものです ECADデータのフォーマットには このデバイスがチップまたは PCB ( プリント回路基板 ) のいずれかにかかわらず これを構成する各レイヤーのレイアウトを含みます ECADインポートモジュールは これらのレイアウトの幾何形状を認識し ファイルに含まれているか もしくはインポート中に提供されるレイヤーの積み重ね情報に従って 押出形成の平面ジオメトリオブジェクトを作成します MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) およびIC( 集積回路 ) のシミュレーションニーズに対して ECADインポートモジュールはGDSII フォーマットを用意しています PCBの開発用にODB++(X) および NETEX-Gファイルフォーマットがインポートできます この NETEX-G フォーマットは同名のプログラム固有のフォーマットで これはGerberレイアウトとドリルファイルから 特定のネットのために 関連する金属配線を抽出する手段であり 製造のためにPCBの設計図を送る際に広く利用されています COMSOL Multiphysics による解析のための集積回路 (IC) とプリント基板 (PCB) デザインのインポート インポート中のレイヤーの自動引出しのためのレイヤー厚みのファイルまたは指定の場所からの読み込み インポートされたGDSレイアウトにおけるアークと直線の自動認識 ODB++ か ODB++(X) ファイルからのテキストオブジェクトのインポート解除 ファイル形式 拡張子 インポート エクスポート GDSII.gds はい いいえ NETEX-G.asc はい いいえ ODB++.zip,.tar,.tgz,.tar.gz はい いいえ ODB++(X).xml はい いいえ ODB++ は Mentor Graphics Corporationの商標です それ以外の全ての商標は それぞれの所有者の資産です

145 事例紹介 ODB++ アーカイブから PCB ジオメトリのインポートおよびメッシュ作成 プレーナートランスのレイアウトは ECAD ファイルからインポートされており 3Dのジオメトリに変換されます これは その表面の電位を示しています このチュートリアル モデルでは ODB ++ アーカイブからデータをインポートしてプリント回路基板 (PCB) のジオメトリを生成する方法を示します 指示に従って ジオメトリから小さな細部を削除し メッシュを作成し 自動的に生成された選択を使用してフィジックスとメッシュ設定を定義する方法を学習します ODB ++ ファイルは 米国ニュージャージー州ハノーバーの Hypertherm Inc. の提供により提供されています 仕様表 CAD File Formats - Read from File, ECAD - GDSII (.gds) NETEX-G (.asc) ODB++(X) (.xml) ODB++ (.zip,.tar,.tgz,.tar.gz) それ以外の全ての商標は それぞれの所有者の資産です インターフェースODB++ は Mentor Graphics Corporationの商標です 145

146 インターフェー146 II-6-6 LiveLink for SOLIDWORKS ~ 解析における SOLIDWORKS 設計を強化 ~ 機能 LiveLink インターフェースオフに設定可能 を同期させてCOMSOL Multiphysics ジオメトリを変更を変更 孔や空洞をキャッピングして空間を埋め モデリング領域を作成 周囲のサーフェスを拡大または縮小して削除した面を塞ぐスCOMSOL Multiphysics と LiveLink for SOLIDWORKS は すぐれた 接続性を備えており シミュレーションを効率的に設計ワークフロー に統合できます SOLIDWORKS は 3 次元設計と製品データ管理向け の優れた CAD ソリューションです マルチフィジックスシミュレーション と併用すると 製品の設計 評価 最適化用の強力なツールになります LiveLink for SOLIDWORKS を利用すれば COMSOLMultiphysics の機能を活かして SolidWorks 設計が 目的の動作環境でどのような 働きをするかよく理解でき あらゆる物理的効果とその連成による インパクトを正確に評価できます LiveLink for SOLIDWORKS には COMSOL Desktop と SOLIDWORKS 間の双方向インターフェースがあります このインターフェースで CAD 設計を COMSOL モデルと同期させることができるだけでなく 作成した シミュレーションで SolidWorks ファイルの設計パラメーターを制御 できます これにより 自動パラメトリックスイープのシミュレーション で CAD 設計を最適化できます より密接度の高いインテグレーション により OneWindow( ワンウィンドウ ) インターフェースは COMSOL Multiphysics で使い慣れたウィンドウ ツール アイコン メニュー項目 を提供し SolidWorks ユーザーインターフェースからシミュレーションのセットアップと実行を可能にしました SOLIDWORKS 2016 または 2017 バージョンの CAD ソフトウェアと COMSOL Multiphysics が同時実行しているときに両者間で同期する SOLIDWORKS GUI 内の埋め込み COMSOL Desktop と連携 または同時に実行する 2 つの独立したプログラムとして機能 SOLIDWORKS ジオメトリと COMSOL Multiphysics 間で 3D 幾何学的オブジェクト ( ソリッド サーフェス 曲線 点 ) を同期 同期したジオメトリは連携性が高く 大型アセンブリーを短時間で同期させるため 面 エッジ または頂点の結合性機能は不要時には SOLIDWORKS 設計と COMSOL モデル間で選択した材料とその他ユーザー定義の選択結果を同期 手動により またはパラメトリックソルバーまたは最適化ソルバーで SOLIDWORKS 設計と COMSOL Multiphysics モデル間でパラメーター 最も一般的な CAD ファイル形式のファイルインポート 対応する形式を参照のこと 周囲領域での現象をモデル化するためにジオメトリをカプセル化 Parasolid 形式と ACIS ファイル形式にジオメトリファイルをエクスポート 幾何学的不一致の特定と 面接合によるソリッドの作成を通じたジオメトリの修復 フィレット 微小エッジ スライバー 微小面 スパイクの検出と削除によるフィーチャーの削除 面を手動で削除し その結果生じたギャップを 埋める ( 新しい面の作成 ) または塞ぐ ( 隣接した面の縮小または拡大 ) ことで修復 ソリッドオブジェクトから面を除去して新しいソリッドオブジェクトを作成 SolidWorksはDassault Systèmes SolidWorks Corpの登録商標です それ以外の全ての商標は それぞれの所有者の資産です

147 ファイル形式 拡張子 バージョン インポート エクスポート ACIS.sat,.sab,.asat,.asab up to はい はい AutoCAD.dwg はい いいえ AutoCAD DXF.dxf はい いいえ IGES.igs,.iges up to 5.3 はい いいえ Inventor assemblies.iam 11, はい いいえ Inventor parts.ipt 6 11, はい いいえ NX.prt up to 11 はい いいえ Parasolid.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin up to V29.1 はい はい PTC Creo Parametric.prt,.asm はい いいえ PTC Pro/ENGINEER.prt,.asm 16 to Wildifire 5.0 はい いいえ SOLIDWORKS.sldprt,.sldasm はい いいえ STEP.step AP203, AP214 はい いいえ CAD インポートモジュールおよびデザインモジュール動作環境 Windows Windows 7 Windows 8.1およびWindows 10 macos Linux macos 10.10, および 各 OS 固有の動作環境のみサポート NX ファイル形式 (version11まで ) のインポートは サポートされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます NX ファイル形式 (version10まで ) のインポートは サポートされた Windows およびLinux オペレーションシステムのみ利用できます AutoCAD Inventor SOLIDWORKS ファイル形式のインポートは サポー 事例紹介 飛行制御入力をローターブレードの回転に伝えるヘリコプタのスウォッシュプレート機構 ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません 自転車フレーム アナライザー トされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは サポートされた Windows またはmacOSオペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは 全てのサポートされたオペレーションシステムで利用できます 詳細は 参照 自転車フレームの信頼性は 異なる負荷ケースに掛けられた構造応力を分析することによって推定することができる このアプリは SOLIDWORKS のLiveLink を活用して ストレス解析の計算中に対話的にジオメトリを更新します このアプリを使用すると さまざまな寸法 材質 および荷重のケースについて 自転車フレームのさまざまな構成を簡単にテストできます インターフェース対応する形式 147

148 インターフェース148 仕様表 CAD File Formats - Associative Read via Linked CAD System - SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) 2016, 2017 Modify via Linked CAD System - SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) 2016, 2017 Read from File, CAD - ACIS (.sat,.sab,.asat,.asab) up to [1] AutoCAD (.dwg) versions [2] AutoCAD DXF (.dxf, 3D) versions [2] IGES (.igs,.iges) up to version 5.3 Inventor assemblies (.iam) versions 11, [2] Inventor parts (.ipt) versions 6-11, [2] NX (.prt) up to version 11 [4] Parasolid (.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin) up to V29.1 PTC Creo Parametric (.prt,.asm) versions PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) versions 16 to Wildfire 5.0 SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) versions [2] STEP (.step, 3D geometry only) AP203, AP214 Read from File, Geographic Information System (GIS) - ACIS (.sat,.sab) R4, R7, and Parasolid (.x_t, x_b) V29.1 Geometric Modeling - Booleans and Partitions - Boolean Operations using the Parasolid Kernel CAD Defeaturing, 3D - Delete Faces Delete Fillets Delete Short Edges Delete Sliver Faces Delete Small Faces Delete Spikes Detach Faces CAD Repair, 3D - Knit to Solid Repair Conversions - Convert to COMSOL Native Geometry Representation from Parasolid Representation, 3D Geometric Primitives, 3D - Parasolid Based Geometric Primitives, 3D Geometry Operations, 3D - Cap Faces Geometric Modeling Kernel - Parasolid Kernel (CAD Kernel) LiveLink Interface - General Functionality - Associative Read of 3D Geometry via Linked CAD System Automatically Keep Track of Synchronized File Generate Selections in Model Based on Material Settings in CAD File Generate Selections in Model Based on User Defined Selections in CAD File Modify Geometry via Linked CAD System Synchronization of Curve and Point Geometric Objects Turn on/off Associativity for Faces/Edges/Vertices Turn on/off Synchronization of Object Types Link CAD Parameters to COMSOL Model GUI for Parameter Selection in CAD Software One Window Interface - Create COMSOL Models in CAD System's User Interface Open Native COMSOL (.mph) Files (3D only) in CAD System Save COMSOL (.mph) files from CAD System Embed CAD File into Linked COMSOL File Embed Link to COMSOL File into CAD File Supported CAD Systems - SOLIDWORKS 2016, 2017 [1] File import of the ACIS file format up to version is available only on a supported Windows operating system or macos. File import of the ACIS file format up to version is available on all supported operating systems. [2] File import of the AutoCAD, Inventor, and SOLIDWORKS file formats is available only on a supported Windows operating system. [4] File import of the NX file format up to version 11 is available only on a supported Windows operating system. File import of the NX file format up to version 10 is available only on a supported Windows or Linux operating system. ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL ABおよびその子会社とCOMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません

149 II-6-7 LiveLink for Inventor ~Inventor 機械的設計の解析用 ~ LiveLink for Inventor では COMSOL Multiphysics 解析を有数の CADソフトウェア - Autodesk Inventor と組み合わせて 3 次元機械設計ができます Inventor モデル化環境内でCOMSOL Multiphysics の機能と統合でき ジオメトリ設計機能を利用できます LiveLink for Inventor により シミュレーションを設計ワークフローに統合できます シミュレーション前のジオメトリの修復とフィーチャー削除のための機能 シミュレーションプロセス時の設計変更機能 自動化パラメトリックスイープまたは調査の最適化による設計の最適化機能を備えています COMSOL MultiphysicsとLiveLink for Inventor は 設計の目的である環境におけるプロセスや物理的現象の働きを理解するにに役立ちます また さまざまな物理特性が設計内でどのように相互作用するかをシミュレートできます LiveLink for Inventor にはCOMSOL Desktop が埋め込みツールとして Inventorグラフィカルユーザーインターフェース (GUI) 内にあり 2つの環境間の切り替えはシームレスに行われます One Window( ワンウィンドウ ) インターフェースとして知られるこの環境には Model Builder 設定ウィンドウ COMSOL Multiphysicsにおけるモデル化で使い慣れたツール アイコン メニュー項目があります さらに結果は Inventorのグラフィックツールとレンダリングで調査できます 機能 Inventor 2016, 2017またはInventor Professional 2016, 2017バージョンの CADソフトウェアと COMSOL Multiphysics が同時実行しているときに両者間で同期する LiveLink インターフェース Inventor GUI 内の埋め込みCOMSOL Desktop と連携 または同時に実行する 2 つの独立したプログラムとして機能 Inventor ジオメトリと COMSOL Multiphysics 間で3D 幾何学的オブジェクト ( ソリッドとサーフェス ) を同期 同期したジオメトリは連携性が高く 再同期後にCOMSOL Multiphysicsでモデル設定を再適用しなくても COMSOL Multiphysics 内で CADモデルを変更可能 選択した材料と その他ユーザーが定義した選択結果を Inventor 設計とCOMSOL モデル間で同期 手動により またはパラメトリックソルバーまたは最適化ソルバーで Inventor 設計とCOMSOL Multiphysics モデル間でパラメーターを同期させてCOMSOL Multiphysics ジオメトリを変更を変更 最も一般的なCADファイル形式のファイルインポート 対応する形式を参照のこと 周囲領域での現象をモデル化するためにジオメトリをカプセル化 Parasolid 形式とACIS ファイル形式にジオメトリファイルをエクスポート 幾何学的不一致の特定と 面接合によるソリッドの作成を通じたジオメトリの修復 フィレット 微小エッジ スライバー 微小面 スパイクの検出と削除によるフィーチャーの削除 面を手動で削除し その結果生じたギャップを 埋める ( 新しい面の作成 ) または塞ぐ ( 隣接した面の縮小または拡大 ) ことで修復 ソリッドオブジェクトから面を除去して新しいソリッドオブジェクトを作成 孔や空洞をキャッピングして空間を埋め モデリング領域を作成 周囲のサーフェスを拡大または縮小して削除した面を塞ぐ Inventorは アメリカおよびその他の国々におけるAutodesk, Inc. 子会社 系列会社のすべてまたはいずれかの登録商標です それ以外の全ての商標は それぞれの所有者の資産です 149 インターフェース

150 インターフェース150 対応する形式 ファイル形式 拡張子 バージョン インポート エクスポート ACIS.sat,.sab,.asat,.asab up to はい はい AutoCAD.dwg はい いいえ AutoCAD DXF.dxf はい いいえ IGES.igs,.iges up to 5.3 はい いいえ Inventor assemblies.iam 11, はい いいえ Inventor parts.ipt 6 11, はい いいえ NX.prt up to 11 はい いいえ Parasolid.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin up to V29.1 はい はい PTC Creo Parametric.prt,.asm はい いいえ PTC Pro/ENGINEER.prt,.asm 16 to Wildifire 5.0 はい いいえ SOLIDWORKS.sldprt,.sldasm はい いいえ STEP.step AP203, AP214 はい いいえ CAD インポートモジュールおよびデザインモジュール動作環境 Windows Windows 7 Windows 8.1およびWindows 10 macos macos 10.10, および NX ファイル形式 (version11まで ) のインポートは サポートされた Linux 各 OS 固有の動作環境のみサポート Windows オペレーションシステムのみ利用できます NX ファイル形式 (version10まで ) のインポートは サポートされた Windows およびLinux オペレーションシステムのみ利用できます AutoCAD Inventor SOLIDWORKS ファイル形式のインポートは サポートされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは サポートされた Windows またはmacOSオペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは 全てのサポートされたオペレーションシステムで利用できます 詳細は 参照 事例紹介 音叉の形状パラメータ最適化 このモデルは セダン内部の音響をシミュレートします スピーカーの代表的な位置の音源が組み込まれています 結果では 全体このモデルは InventorからLiveLinkインタの音響圧力場と キャビン内部の各点におけるーフェイスを介して同期される音叉の基本固周波数応答が表示されます 有周波数と固有モードを計算します フォークの長さは 音叉が音符 A 440Hzを鳴らすように最適化されます ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません

151 CAD File Formats - Associative Read via Linked CAD System - Inventor (.ipt,.iam) 2016, 2017 Modify via Linked CAD System - Inventor (.ipt,.iam) 2016, 2017 Read from File, CAD - ACIS (.sat,.sab,.asat,.asab) up to [1] AutoCAD (.dwg) versions [2] AutoCAD DXF (.dxf, 3D) versions [2] IGES (.igs,.iges) up to version 5.3 Inventor assemblies (.iam) versions 11, [2] Inventor parts (.ipt) versions 6-11, [2] NX (.prt) up to version 11 [4] Parasolid (.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin) up to V29.1 PTC Creo Parametric (.prt,.asm) versions PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) versions 16 to Wildfire 5.0 SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) versions [2] STEP (.step, 3D geometry only) AP203, AP214 Read from File, Geographic Information System (GIS) - ACIS (.sat,.sab) R4, R7, and Parasolid (.x_t, x_b) V29.1 Geometric Modeling - Booleans and Partitions - Boolean Operations using the Parasolid Kernel CAD Defeaturing, 3D - Delete Faces Delete Fillets Delete Short Edges Delete Sliver Faces Delete Small Faces Delete Spikes Detach Faces CAD Repair, 3D - Knit to Solid Repair Conversions - Convert to COMSOL Native Geometry Representation from Parasolid Representation, 3D Geometric Primitives, 3D - Parasolid Based Geometric Primitives, 3D Geometry Operations, 3D - Cap Faces Geometric Modeling Kernel - Parasolid Kernel (CAD Kernel) LiveLink Interface - General Functionality - Associative Read of 3D Geometry via Linked CAD System Automatically Keep Track of Synchronized File Generate Selections in Model Based on Material Settings in CAD File Generate Selections in Model Based on User Defined Selections in CAD File Modify Geometry via Linked CAD System Turn on/off Synchronization of Object Types Link CAD Parameters to COMSOL Model GUI for Parameter Selection in CAD Software One Window Interface - Create COMSOL Models in CAD System's User Interface Open Native COMSOL (.mph) Files (3D only) in CAD System Save COMSOL (.mph) files from CAD System Embed CAD File into Linked COMSOL File Embed Link to COMSOL File into CAD File Supported CAD Systems - Inventor and Inventor Professional 2016, 2017 [1] File import of the ACIS file format up to version is available only on a supported Windows operating system or macos. File import of the ACIS file format up to version is available on all supported operating systems. [2] File import of the AutoCAD, Inventor, and SOLIDWORKS file formats is available only on a supported Windows operating system. [4] File import of the NX file format up to version 11 is available only on a supported Windows operating system. File import of the NX file format up to version 10 is available only on a supported Windows or Linux operating system. ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません インターフェース仕様表 151

152 インターフェー152 II-6-8 LiveLink for AutoCAD ~AutoCAD 設計をさらに活用 ~ と境界で関連した状態を維持します 機能インターフェーススLiveLink for AutoCAD は マルチフィジックスシミュレーションの設計ワークフローを拡張するために最も重要な機能を備えており 対象となる操作環境で 対象製品やプロセスがどのように機能するか評価することができます AutoCAD のCADシステムの強力なツールにより 効率的に 3D 製品設計を行えます LiveLink for AutoCAD を利用することで あなたのCADモデルをCOMSOL Multiphysics と同期させることが可能となり 基本的にどんな物理的効果や反応でも分析するシミュレーション用のモデルを作成することができるようになり あなたの設計データを理解し 最適化することができます LiveLink for AutoCAD には マルチフィジックスシミュレーションの設計プロセスへの統合を容易にする多くのツールがあります ジオメトリの補修や不要な部分の削除 CAD 設計の自動更新支援 設計パラメーターの最適化 COMSOL Multiphysics における自動パラメータースイープなどの機能があります LiveLink for AutoCAD は あなたの AutoCAD 設計ファイルと COMSOL Multiphysics モデルの間でのジオメトリの更新と同期しています ファイルインポートおよびエキスポートのプロセスの繰り返しを避ける ために 同時に AutoCAD と COMSOL Multiphysics を開いておけば 更新は自動的に行われます AutoCAD で定義される CAD モデル のパラメーターは COMSOL Multiphysics でパラメトリックスウィープを可能にするために 繰り返しアクセスすることができます 最適化 の調査やパラメトリックスウィープにより 部品形状やサイジングのような微調整設計パラメーターが可能になります LiveLink for AutoCAD の重要な特性は 設計変更が行われていても CAD の設計データと COMSOL Multiphysics モデルの間で ジオメトリ の結合性が同期していることです この機能の結果として 物理的定義もまた 設計とシミュレーション工程を通して それぞれのモデル領域 AutoCAD 2016 または 2017 バージョンの CAD ソフトウェアと COMSOL Multiphysics が同時実行しているときに両者間で同期する LiveLink AutoCAD ジオメトリと COMSOL Multiphysics 間で3D 幾何学的オブジェクト ( ソリッドとサーフェス ) を同期 同期したジオメトリは連携性が高く 手動により またはパラメトリックソルバーまたは最適化ソルバーでAutoCAD 設計とCOMSOL Multiphysics モデル間でパラメーターを同期させてCOMSOL Multiphysics ジオメトリを変更を変更 最も一般的なCADファイル形式のファイルインポート 対応する形式を参照のこと 周囲領域での現象をモデル化するためにジオメトリをカプセル化 Parasolid 形式とACIS ファイル形式にジオメトリファイルをエクスポート 幾何学的不一致の特定と 面接合によるソリッドの作成を通じたジオメトリの修復 フィレット 微小エッジ スライバー 微小面 スパイクの検出と削除によるフィーチャーの削除 面を手動で削除し その結果生じたギャップを 埋める ( 新しい面の作成 ) または塞ぐ ( 隣接した面の縮小または拡大 ) ことで修復 ソリッドオブジェクトから面を除去して新しいソリッドオブジェクトを作成 孔や空洞をキャッピングして空間を埋め モデリング領域を作成 周囲のサーフェスを拡大または縮小して削除した面を塞ぐ ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL ABおよびその子会社とCOMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません

153 ファイル形式 拡張子 バージョン インポート エクスポート ACIS.sat,.sab,.asat,.asab up to はい はい AutoCAD.dwg はい いいえ AutoCAD DXF.dxf はい いいえ IGES.igs,.iges up to 5.3 はい いいえ Inventor assemblies.iam 11, はい いいえ Inventor parts.ipt 6 11, はい いいえ NX.prt up to 11 はい いいえ Parasolid.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin up to V29.1 はい はい PTC Creo Parametric.prt,.asm はい いいえ PTC Pro/ENGINEER.prt,.asm 16 to Wildifire 5.0 はい いいえ SOLIDWORKS.sldprt,.sldasm はい いいえ STEP.step AP203, AP214 はい いいえ CAD インポートモジュールおよびデザインモジュール動作環境 Windows Windows 7 Windows 8.1およびWindows 10 macos Linux macos 10.10, および 各 OS 固有の動作環境のみサポート NX ファイル形式 (version11まで ) のインポートは サポートされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます NX ファイル形式 (version10まで ) のインポートは サポートされた Windows およびLinux オペレーションシステムのみ利用できます AutoCAD Inventor SOLIDWORKS ファイル形式のインポートは サポー 事例紹介 AutoCAD での表面図形に基づく 太陽熱収集器からの金属箔電線の電流シミュレーションバスバーのジュール加熱効果のこのチュートリアルモデルは AutoCADとCOMSOL 間のジオメトリの同期方法 COMSOLからのジオメトリの変更方法 および幾何学的パラメトリックスイープの実行方法を示しています ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません バスバーの電磁加熱 トされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは サポートされた Windows またはmacOSオペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは 全てのサポートされたオペレーションシステムで利用できます 詳細は 参照 インターフェース対応する形式 153

154 インターフェース154 仕様表 CAD File Formats - Associative Read via Linked CAD System - AutoCAD (.dwg, 3D only) 2016, 2017 Modify via Linked CAD System - AutoCAD (.dwg, 3D only) 2016, 2017 Read from File, CAD - ACIS (.sat,.sab,.asat,.asab) up to [1] AutoCAD (.dwg) versions [2] AutoCAD DXF (.dxf, 3D) versions [2] IGES (.igs,.iges) up to version 5.3 Inventor assemblies (.iam) versions 11, [2] Inventor parts (.ipt) versions 6-11, [2] NX (.prt) up to version 11 [4] Parasolid (.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin) up to V29.1 PTC Creo Parametric (.prt,.asm) versions PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) versions 16 to Wildfire 5.0 SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) versions [2] STEP (.step, 3D geometry only) AP203, AP214 Read from File, Geographic Information System (GIS) - ACIS (.sat,.sab) R4, R7, and Parasolid (.x_t, x_b) V29.1 Geometric Modeling - Booleans and Partitions - Boolean Operations using the Parasolid Kernel CAD Defeaturing, 3D - Delete Faces Delete Fillets Delete Short Edges Delete Sliver Faces Delete Small Faces Delete Spikes Detach Faces CAD Repair, 3D - Knit to Solid Repair Conversions - Convert to COMSOL Native Geometry Representation from Parasolid Representation, 3D Geometric Primitives, 3D - Parasolid Based Geometric Primitives, 3D Geometry Operations, 3D - Cap Faces Geometric Modeling Kernel - Parasolid Kernel (CAD Kernel) LiveLink Interface - General Functionality - Associative Read of 3D Geometry via Linked CAD System Automatically Keep Track of Synchronized File Generate Selections in Model Based on Material Settings in CAD File Modify Geometry via Linked CAD System Synchronization of Curve and Point Geometric Objects Turn on/off Synchronization of Object Types Link CAD Parameters to COMSOL Model GUI for Parameter Selection in CAD Software Supported CAD Systems - AutoCAD 2016, 2017 [1] File import of the ACIS file format up to version is available only on a supported Windows operating system or macos. File import of the ACIS file format up to version is available on all supported operating systems. [2] File import of the AutoCAD, Inventor, and SOLIDWORKS file formats is available only on a supported Windows operating system. [4] File import of the NX file format up to version 11 is available only on a supported Windows operating system. File import of the NX file format up to version 10 is available only on a supported Windows or Linux operating system. ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません

155 II-6-9 LiveLink for Revit ~ マルチフィジックス解析をお手元の Revit に統合 ~ LiveLink for Revit は 要素のジオメトリを Autodesk Revit ソフトウェアから COMSOL Multiphysics ソフトウェアに伝えるインテグレーションツールでありインターフェースです Autodesk Revit は CAD 設計と建物の情報モデル化 (BIM) ワークフローをサポートする建築設計用のすぐれたソフトウェアです LiveLink インターフェースでは 選択した部屋と建物の組み込んだ建築要素のジオメトリを生成できます 選択した部屋と要素はCOMSOL Multiphysics モデルに同期され ここで正確なシミュレーションに必要な物理的効果を組み込みます 効率的モデルセットアップのため LiveLink for Revit は各種要素の選択肢を生成します モデル化条件や機能を特定の要素に適用するときはインターフェースでそれを選択するだけです この選択結果により ウォールを移動するなど Autodesk Revit 設計を変更するときに モデル領域と境界のすべての設定をCOMSOL Multiphysics に保存できます 機能 本ソフトウェアの Revit 2016および 2017バージョンと COMSOL Multiphysics が同時に実行しているときに その両者を同期する LiveLink インターフェース 同期時に自動的に作成される部屋容積のジオメトリオブジェクト Revit ジオメトリと COMSOL Multiphysics 間で3Dアーキテクチャー要素を同期 ( ソリッドとサーフェス ) 同期したジオメトリは連携性が高く 再同期後にCOMSOL Multiphysicsでモデル設定を再適用しなくても Revit 内でアーキテクチャーモデルを変更可能 Revit プロジェクトと COMSOLモデル間でアーキテクチャー要素の選択結果を同期 最も一般的なCADファイル形式のファイルインポート 対応する形式を参照のこと 周囲領域での現象をモデル化するためにジオメトリをカプセル化 Parasolid 形式とACIS ファイル形式にジオメトリファイルをエクスポート 幾何学的不一致の特定と 面接合によるソリッドの作成を通じたジオメトリの修復 フィレット 微小エッジ スライバー 微小面 スパイクの検出と削除によるフィーチャーの削除 面を手動で削除し その結果生じたギャップを 埋める ( 新しい面の作成 ) または塞ぐ ( 隣接した面の縮小または拡大 ) ことで修復 ソリッドオブジェクトから面を除去して新しいソリッドオブジェクトを作成 孔や空洞をキャッピングして空間を埋め モデリング領域を作成 周囲のサーフェスを拡大または縮小して削除した面を塞ぐ 対応する形式 ファイル形式 拡張子 バージョン インポート エクスポート ACIS.sat,.sab,.asat,.asab up to はい はい AutoCAD.dwg はい いいえ AutoCAD DXF.dxf はい いいえ IGES.igs,.iges up to 5.3 はい いいえ Inventor assemblies.iam 11, はい いいえ Inventor parts.ipt 6 11, はい いいえ NX.prt up to 11 はい いいえ Parasolid.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin up to V29.1 はい はい PTC Creo Parametric.prt,.asm はい いいえ PTC Pro/ENGINEER.prt,.asm 16 to Wildifire 5.0 はい いいえ SOLIDWORKS.sldprt,.sldasm はい いいえ STEP.step AP203, AP214 はい いいえ 155 インターフェース

156 インターフェース156 CADインポートモジュールおよびデザインモジュール動作環境 Windows Windows 7 Windows 8.1およびWindows 10 macos macos 10.10, および NX ファイル形式 (version11まで ) のインポートは サポートされた Linux 各 OS 固有の動作環境のみサポート Windows オペレーションシステムのみ利用できます NX ファイル形式 (version10まで ) のインポートは サポートされた Windows およびLinux オペレーションシステムのみ利用できます AutoCAD Inventor SOLIDWORKS ファイル形式のインポートは サポー トされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは サポートされた Windows またはmacOSオペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは 全てのサポートされた オペレーションシステムで利用できます 詳細は 参照 事例紹介 スピーカーシステムによる室内の音圧レベルを示すシミュレーション モデルジオメトリは Autodesk Revit で作成し LiveLink for Revit で同期します 仕様表 CAD File Formats - Geometric Modeling Kernel - Associative Read via Linked CAD System - Parasolid Kernel (CAD Kernel) Revit and Revit Architecture (.rvt) 2016, 2017 LiveLink Interface - Modify via Linked CAD System - General Functionality - Revit and Revit Architecture (.rvt) 2016, 2017 Associative Read of 3D Geometry via Linked CAD System Read from File, CAD - Automatically Keep Track of Synchronized File ACIS (.sat,.sab,.asat,.asab) up to [1] Generate Selections in Model Based on Architectural Elements in CAD File AutoCAD (.dwg) versions [2] Modify Geometry via Linked CAD System AutoCAD DXF (.dxf, 3D) versions [2] Synchronization of Mass Elements IGES (.igs,.iges) up to version 5.3 Link CAD Parameters to COMSOL Model Inventor assemblies (.iam) versions 11, [2] GUI for Parameter Selection in CAD Software Inventor parts (.ipt) versions 6-11, [2] Supported CAD Systems - NX (.prt) up to version 11 [4] Revit 2016, 2017 Parasolid (.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin) up to V29.1 PTC Creo Parametric (.prt,.asm) versions PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) versions 16 to Wildfire 5.0 SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) versions [2] STEP (.step, 3D geometry only) AP203, AP214 Read from File, Geographic Information System (GIS) - [1] File import of the ACIS file format up to version is available only on a supported Windows operating system or macos. File import of the ACIS file format up to version is available on all supported operating systems. ACIS (.sat,.sab) R4, R7, and [2] File import of the AutoCAD, Inventor, and SOLIDWORKS file formats is available Parasolid (.x_t, x_b) V29.1 only on a supported Windows operating system. Geometric Modeling - Booleans and Partitions Boolean Operations using the Parasolid Kernel CAD Defeaturing, 3D - - [4] File import of the NX file format up to version 11 is available only on a supported Windows operating system. File import of the NX file format up to version 10 is available only on a supported Windows or Linux operating system. Delete Faces Delete Fillets Delete Short Edges Delete Sliver Faces Delete Small Faces Delete Spikes Detach Faces CAD Repair, 3D - Knit to Solid Repair Conversions - Convert to COMSOL Native Geometry Representation from Parasolid Representation, 3D Geometric Primitives, 3D - Parasolid Based Geometric Primitives, 3D Geometry Operations, 3D - Cap Faces ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません

157 II-6-10 LiveLink for PTC Creo Parametric ~ 解析から Creo の柔軟な CAD 機能を利用 ~ LiveLink for PTC Creo Parametric は PTC Creo Parametric CADシステムにおける3D 設計を シミュレーションのためにCOMSOL Multiphysicsモデル図形にシームレスに接続する COMSOL Multiphysics の付属装置です Creo Parametricは 3D CADの業界標準であり 柔軟性と生産性を最大限に実現できる総合的ツールを備えています LiveLink for PTC Creo Parametric を備えた COMSOL Multiphysicsにより 最先端の設計をおこなうためにCreo Parametricの先進機能からのメリットを受けることが可能で その結果 分析と最適化のために この設計をCOMSOL Multiphysicsモデルに統合することができます LiveLink for PTC Creo Parametric は あなたの設計ワークフローを更新し あなたの製品や設計が 対象となる操作環境の中でどのように機能するかを十分理解できるようするマルチフィジックスシミュレーション機能を備えています COMSOL Multiphysicsのモデルには あなたの設計を正確にシミュレーションするための関連のある物理効果やその相互作用があります LiveLink for PTC Creo Parametric には CAD 図形を準備する機能があり 自動パラメトリックスウィープと最適化研究とを同時におこなうために シミュレーションプロセス中に設計を更新するこができます LiveLink for PTC Creo Parametric は Creo Parametric における設計を COMSOL Multiphysics モデルと同調させ このプログラムを並行して実行している間に自動的に設計の更新情報を伝えます CADモデルは それぞれの変更に際して 手動でCOMSOL Multiphysics にインポートあるいはエクスポートする必要はありません Creo Parametricで定義された部品の大きさや配置などのパラメーターは COMSOL Multiphysicsから繰り返しアクセスされており パラメトリックスウィープや最適化の調査ができるようになっています 直接的な同調を通して LiveLink for PTC Creo Parametric は たとえ特性が変更され 設計に追加された時でも モデル領域や境界に関連した物理特性の定義を保存します 機能 PTC Creo Parametric 2.0, 3.0または4.0バージョンの CADソフトウェアと COMSOL Multiphysics が同時実行しているときに両者間で同期するLiveLink インターフェース PTC Creo Parametric ジオメトリと COMSOL Multiphysics 間で3D 幾何学的オブジェクト ( ソリッドとサーフェス ) を同期 同期したジオメトリは連携性が高く 手動により またはパラメトリックソルバーまたは最適化ソルバーで PTC Creo Parametric 設計と COMSOL Multiphysics モデル間でパラメーターを同期させてCOMSOL Multiphysics ジオメトリを変更を変更 最も一般的なCADファイル形式のファイルインポート 対応する形式を参照のこと 周囲領域での現象をモデル化するためにジオメトリをカプセル化 Parasolid 形式とACIS ファイル形式にジオメトリファイルをエクスポート 幾何学的不一致の特定と 面接合によるソリッドの作成を通じたジオメトリの修復 フィレット 微小エッジ スライバー 微小面 スパイクの検出と削除によるフィーチャーの削除 面を手動で削除し その結果生じたギャップを 埋める ( 新しい面の作成 ) または塞ぐ ( 隣接した面の縮小または拡大 ) ことで修復 ソリッドオブジェクトから面を除去して新しいソリッドオブジェクトを作成 孔や空洞をキャッピングして空間を埋め モデリング領域を作成 周囲のサーフェスを拡大または縮小して削除した面を塞ぐ PTC および Creo Parametric は PTC 社または その米国や他の国々の子会社の登録商標です その他全ての商標は それぞれの所有者の財産です 157 インターフェース

158 インターフェース158 対応する形式 ファイル形式 拡張子 バージョン インポート エクスポート ACIS.sat,.sab,.asat,.asab up to はい はい AutoCAD.dwg はい いいえ AutoCAD DXF.dxf はい いいえ IGES.igs,.iges up to 5.3 はい いいえ Inventor assemblies.iam 11, はい いいえ Inventor parts.ipt 6 11, はい いいえ NX.prt up to 11 はい いいえ Parasolid.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin up to V29.1 はい はい PTC Creo Parametric.prt,.asm はい いいえ PTC Pro/ENGINEER.prt,.asm 16 to Wildifire 5.0 はい いいえ SOLIDWORKS.sldprt,.sldasm はい いいえ STEP.step AP203, AP214 はい いいえ CAD インポートモジュールおよびデザインモジュール動作環境 Windows Windows 7 Windows 8.1およびWindows 10 macos macos 10.10, および NX ファイル形式 (version11まで ) のインポートは サポートされた Linux 各 OS 固有の動作環境のみサポート Windows オペレーションシステムのみ利用できます NX ファイル形式 (version10まで ) のインポートは サポートされた Windows およびLinux オペレーションシステムのみ利用できます AutoCAD Inventor SOLIDWORKS ファイル形式のインポートは サポートされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは サポートされた Windows またはmacOSオペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは 全てのサポートされたオペレーションシステムで利用できます 詳細は 参照 事例紹介 音叉の形状パラメータ最適化 バーナーの換気ファン翼の位置と大きさは LiveLink for Creo Parametric で提供される結合特性を利用して決定することが可能です このモデルは Creo ParametricからLiveLink モデルはRiello S.p.A 社のGianluca Argentini インターフェイスを介して同期される音叉の氏のご厚意により転載を許可していただいた基本固有周波数と固有モードを計算します ものです フォークの長さは 音叉が音符 A 440Hzを鳴らすように最適化されます ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません

159 CAD File Formats - Associative Read via Linked CAD System - PTC Creo Parametric (.prt,.asm) Modify via Linked CAD System - PTC Creo Parametric (.prt,.asm) Read from File, CAD - ACIS (.sat,.sab,.asat,.asab) up to [1] AutoCAD (.dwg) versions [2] AutoCAD DXF (.dxf, 3D) versions [2] IGES (.igs,.iges) up to version 5.3 Inventor assemblies (.iam) versions 11, [2] Inventor parts (.ipt) versions 6-11, [2] NX (.prt) up to version 11 [4] Parasolid (.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin) up to V29.1 PTC Creo Parametric (.prt,.asm) versions PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) versions 16 to Wildfire 5.0 SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) versions [2] STEP (.step, 3D geometry only) AP203, AP214 Read from File, Geographic Information System (GIS) - ACIS (.sat,.sab) R4, R7, and Parasolid (.x_t, x_b) V29.1 Geometric Modeling - Booleans and Partitions - Boolean Operations using the Parasolid Kernel CAD Defeaturing, 3D - Delete Faces Delete Fillets Delete Short Edges Delete Sliver Faces Delete Small Faces Delete Spikes Detach Faces CAD Repair, 3D - Knit to Solid Repair Conversions - Convert to COMSOL Native Geometry Representation from Parasolid Representation, 3D Geometric Primitives, 3D - Parasolid Based Geometric Primitives, 3D Geometry Operations, 3D - Cap Faces Geometric Modeling Kernel - Parasolid Kernel (CAD Kernel) LiveLink Interface - General Functionality - Associative Read of 3D Geometry via Linked CAD System Automatically Keep Track of Synchronized File Generate Selections in Model Based on Material Settings in CAD File Modify Geometry via Linked CAD System Turn on/off Synchronization of Object Types Link CAD Parameters to COMSOL Model GUI for Parameter Selection in CAD Software Supported CAD Systems - PTC Creo Parametric [1] File import of the ACIS file format up to version is available only on a supported Windows operating system or macos. File import of the ACIS file format up to version is available on all supported operating systems. [2] File import of the AutoCAD, Inventor, and SOLIDWORKS file formats is available only on a supported Windows operating system. [4] File import of the NX file format up to version 11 is available only on a supported Windows operating system. File import of the NX file format up to version 10 is available only on a supported Windows or Linux operating system. ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません インターフェース仕様表 159

160 インターフェー160 II-6-11 LiveLink for PTC Pro/ENGINEER ~PTC Pro/ENGINEER 設計解析に~ 機能同時実行しているときに両者間で同期するLiveLink インターフェース 周囲領域での現象をモデル化するためにジオメトリをカプセル化 Parasolid 形式とACIS ファイル形式にジオメトリファイルをエクスポートメーターを同期させてCOMSOL Multiphysics ジオメトリを変更を変更 ソリッドオブジェクトから面を除去して新しいソリッドオブジェクトを作成 孔や空洞をキャッピングして空間を埋め モデリング領域を作成 周囲のサーフェスを拡大または縮小して削除した面を塞ぐスLiveLink for PTC Pro/ENGINEER は 3D CAD 設計をマルチフィジッ クスシミュレーションと統合して ワークフローを最新の状態にアップ デートし 生産性を後押しします PTC Pro/ENGINEER は 用途の広い CAD ソリューションであり 技術者は製品設計時にこれでパラメトリック ソリッドモデルを作成できます COMSOL Multiphysics と組み合わ せると Pro/ENGINEER で設計を作成し 設計を COMSOL 環境でシミュ レートできます CAD 設計から COMSOL モデルジオメトリを作成するのは簡単であり 目的の動作環境における製品設計の性能を評価できます 基本的に いかなる関連物理的効果とその連成も COMSOL モデルに組み込ん で設計の正確なシミュレーションを実行することができます LiveLink for PTC Pro/ENGINEER には マルチフィジックスシミュレーションを 設計プロセスに統合するために COMSOL 環境 CAD ジオメトリ修復 双方向モデル更新 直接 CAD パラメーターアクセス用の機能があります 3 次元 CAD ファイルのインポートは 設計から COMSOL モデルジオメトリを作成するもうひとつの方法です LiveLink for PTC Pro/ENGINEER で組み込むファイルインポート機能は CAD インポートモジュールから派生したものであり SOLIDWORKS 形式 Inventor 形式 PTC Pro/ ENGINEER 形式 PTC Creo Parametric 形式以外に 広く使用されている ACIS 形式 Parasolid 形式 STEP 形式 IGES 形式をサポートして います CATIA V5 ファイル形式のオプションサポートも利用できます デフォルトで インポートした CAD 設計は COMSOL Multiphysics では さらに変更や更新ができる Parasolid ジオメトリになります たとえば インポートしたジオメトリを COMSOL 環境で描画したジオメトリ と組み合わせて そのジオメトリオブジェクトを分割して追加の計算領域を作成することができます これは CAD 設計のインポートした ソリッドオブジェクトの周辺領域までシミュレーションを延長するときに 便利な機能です COMSOL Multiphysics から ACIS 形式と Parasolid 形式でファイルをエクスポートすると 他の CAD プログラムやビューアとジオメトリを共有し データを交換できます PTC Pro/ENGINEER Wildfire 4.0, 5.0 または PTC Creo Elements Pro 5.0 バージョンの CAD ソフトウェアと COMSOL Multiphysics が PTC Pro/ENGINEER ジオメトリと COMSOL Multiphysics 間で 3D 幾何学的オブジェクト ( ソリッドとサーフェス ) を同期 同期したジオメトリは連携性が高く 最も一般的な CAD ファイル形式のファイルインポート 対応する形式を参照のこと 幾何学的不一致の特定と 面接合によるソリッドの作成を通じたジオメトリの修復 手動により またはパラメトリックソルバーまたは最適化ソルバーで PTC Pro/ENGINEER 設計と COMSOL Multiphysics モデル間でパラ フィレット 微小エッジ スライバー 微小面 スパイクの検出と削除によるフィーチャーの削除 面を手動で削除し その結果生じたギャップを 埋める ( 新しい面の作成 ) または塞ぐ ( 隣接した面の縮小または拡大 ) ことで修復 PTCおよび Pro/ENGINEERはPTC 社または アメリカおよびその他の国々の子会社の登録商標です それ以外の全ての商標は それぞれの所有者の資産です

161 ファイル形式 拡張子 バージョン インポート エクスポート ACIS.sat,.sab,.asat,.asab up to はい はい AutoCAD.dwg はい いいえ AutoCAD DXF.dxf はい いいえ IGES.igs,.iges up to 5.3 はい いいえ Inventor assemblies.iam 11, はい いいえ Inventor parts.ipt 6 11, はい いいえ NX.prt up to 11 はい いいえ Parasolid.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin up to V29.1 はい はい PTC Creo Parametric.prt,.asm はい いいえ PTC Pro/ENGINEER.prt,.asm 16 to Wildifire 5.0 はい いいえ SOLIDWORKS.sldprt,.sldasm はい いいえ STEP.step AP203, AP214 はい いいえ CAD インポートモジュールおよびデザインモジュール動作環境 Windows Windows 7 Windows 8.1およびWindows 10 macos Linux macos 10.10, および 各 OS 固有の動作環境のみサポート NX ファイル形式 (version11まで ) のインポートは サポートされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます NX ファイル形式 (version10まで ) のインポートは サポートされた Windows およびLinux オペレーションシステムのみ利用できます AutoCAD Inventor SOLIDWORKS ファイル形式のインポートは サポー 事例紹介 腐食軽減 ハル ( 船体 ) の印可電流カソード防食のシミュレーション 結果としてプロペラを被覆したハこのモデルは Pro / ENGINEERからLiveLink ルの電解質の電位を示します インターフェイスを介して同期される音叉の基本固有周波数と固有モードを計算します フォークの長さは 音叉が音符 A 440Hzを鳴らすように最適化されます ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません 音叉の形状パラメータ最適化 トされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは サポートされた Windows またはmacOSオペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは 全てのサポートされたオペレーションシステムで利用できます 詳細は 参照 インターフェース対応する形式 161

162 インターフェース162 仕様表 CAD File Formats - Associative Read via Linked CAD System - PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) Wildfire 4.0, 5.0; PTC Creo Elements/Pro 5.0 Modify via Linked CAD System - PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) Wildfire 4.0, 5.0; PTC Creo Elements/Pro 5.0 Read from File, CAD - ACIS (.sat,.sab,.asat,.asab) up to [1] AutoCAD (.dwg) versions [2] AutoCAD DXF (.dxf, 3D) versions [2] IGES (.igs,.iges) up to version 5.3 Inventor assemblies (.iam) versions 11, [2] Inventor parts (.ipt) versions 6-11, [2] NX (.prt) up to version 11 [4] Parasolid (.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin) up to V29.1 PTC Creo Parametric (.prt,.asm) versions PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) versions 16 to Wildfire 5.0 SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) versions [2] STEP (.step, 3D geometry only) AP203, AP214 Read from File, Geographic Information System (GIS) - ACIS (.sat,.sab) R4, R7, and Parasolid (.x_t, x_b) V29.1 Geometric Modeling - Booleans and Partitions - Boolean Operations using the Parasolid Kernel CAD Defeaturing, 3D - Delete Faces Delete Fillets Delete Short Edges Delete Sliver Faces Delete Small Faces Delete Spikes Detach Faces CAD Repair, 3D - Knit to Solid Repair Conversions - Convert to COMSOL Native Geometry Representation from Parasolid Representation, 3D Geometric Primitives, 3D - Parasolid Based Geometric Primitives, 3D Geometry Operations, 3D - Cap Faces Geometric Modeling Kernel - Parasolid Kernel (CAD Kernel) LiveLink Interface - General Functionality - Associative Read of 3D Geometry via Linked CAD System Automatically Keep Track of Synchronized File Generate Selections in Model Based on Material Settings in CAD File Modify Geometry via Linked CAD System Turn on/off Synchronization of Object Types Link CAD Parameters to COMSOL Model GUI for Parameter Selection in CAD Software Supported CAD Systems - PTC Pro/ENGINEER Wildfire 4.0, 5.0; PTC Creo Elements/Pro 5.0 [1] File import of the ACIS file format up to version is available only on a supported Windows operating system or macos. File import of the ACIS file format up to version is available on all supported operating systems. [2] File import of the AutoCAD, Inventor, and SOLIDWORKS file formats is available only on a supported Windows operating system. [4] File import of the NX file format up to version 11 is available only on a supported Windows operating system. File import of the NX file format up to version 10 is available only on a supported Windows or Linux operating system. ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません

163 II-6-12 LiveLink for Solid Edge ~ 解析を通じ Solid Edge 設計を加速 ~ LiveLink for Solid Edge は マルチフィジックスシミュレーションを3 次元製品の設計ワークフローに統合できるロバストなプラットフォームの一部です Solid Edge は 設計を強化し 設計プロセスの効率を向上させる3 次元設計システムです Solid Edgeの3 次元設計をCOMSOL Multiphysicsのシミュレーション機能と組み合わせると 物理的設計と 実際の動作環境でどのように機能するかその両方を視覚化して最適化できます ユーザーの設計から作成したCOMSOL モデルには 関連物理的効果とその連成をどれでも組み込むことができ シミュレーションの正確さを保証することができます COMSOL MultiphysicsとLiveLink for Solid Edge の組み合わせは インテグレーションを支え 設計評価の可能性を広げるツールとその機能で最大限の生産性を実現します 最適化スタディ 自動化パラメトリックスイープ ジオメトリ微調整技術 シミュレーションプロセス時の設計の同時更新などの機能があります COMSOLモデルジオメトリは LiveLink for Solid Edge の機能を利用して対応するCAD 設計で直接同期します ジオメトリ同期は連想的です すなわち 設計更新プロセスでモデル領域と境界の物理特性の定義が維持されます 両方のプログラムを同時に開いて 最適化スタディやパラメトリックスイープを実行しているとき 双方向更新が自動的に実行されます このプロセスの間 Solid Edgeに定義した CADモデルパラメーターは 最適化基準の評価またはそのスイープに指定したパラメーター値に従って COMSOL Multiphysicsが繰り返しアクセスして変更します 最適化スタディのおかげで 本来は複数のCADファイルの追跡に基づいて多くのシミュレーションをセットアップしなければならない重要なフィーチャーの配置などの設計パラメーターも簡単に検証できます 機能 Solid Edge ST8またはST9バージョンの CADソフトウェアと COMSOL Multiphysics が同時実行しているときに両者間で同期する LiveLink インターフェース Solid Edge ジオメトリと COMSOL Multiphysics 間で3D 幾何学的オブジェクト ( ソリッドとサーフェス ) を同期 同期したジオメトリは連携性が高く 大型アセンブリーを短時間で同期させるため 面 エッジ または頂点の結合性機能は不要時にはオフに設定可能 手動により またはパラメトリックソルバーまたは最適化ソルバーで Solid Edge 設計とCOMSOL Multiphysics モデル間でパラメーター を同期させて COMSOL Multiphysics ジオメトリを変更を変更 最も一般的なCADファイル形式のファイルインポート 対応する形式を参照のこと 周囲領域での現象をモデル化するためにジオメトリをカプセル化 Parasolid 形式とACIS ファイル形式にジオメトリファイルをエクスポート 幾何学的不一致の特定と 面接合によるソリッドの作成を通じたジオメトリの修復 フィレット 微小エッジ スライバー 微小面 スパイクの検出と削除によるフィーチャーの削除 面を手動で削除し その結果生じたギャップを 埋める ( 新しい面の作成 ) または塞ぐ ( 隣接した面の縮小または拡大 ) ことで修復 ソリッドオブジェクトから面を除去して新しいソリッドオブジェクトを作成 孔や空洞をキャッピングして空間を埋め モデリング領域を作成 周囲のサーフェスを拡大または縮小して削除した面を塞ぐ Solid EdgeおよびParasolidは アメリカおよびその他の国々におけるSiemens Product Lifecycle Management Software Inc. またはその子会社の商標または登録商標です その他の商標は すべてそれぞれの所有者の財産です 163 インターフェース

164 インターフェース164 対応する形式 ファイル形式 拡張子 バージョン インポート エクスポート ACIS.sat,.sab,.asat,.asab up to はい はい AutoCAD.dwg はい いいえ AutoCAD DXF.dxf はい いいえ IGES.igs,.iges up to 5.3 はい いいえ Inventor assemblies.iam 11, はい いいえ Inventor parts.ipt 6 11, はい いいえ NX.prt up to 11 はい いいえ Parasolid.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin up to V29.1 はい はい PTC Creo Parametric.prt,.asm はい いいえ PTC Pro/ENGINEER.prt,.asm 16 to Wildifire 5.0 はい いいえ SOLIDWORKS.sldprt,.sldasm はい いいえ STEP.step AP203, AP214 はい いいえ CAD インポートモジュールおよびデザインモジュール動作環境 Windows Windows 7 Windows 8.1およびWindows 10 macos macos 10.10, および NX ファイル形式 (version11まで ) のインポートは サポートされた Linux 各 OS 固有の動作環境のみサポート Windows オペレーションシステムのみ利用できます NX ファイル形式 (version10まで ) のインポートは サポートされた Windows およびLinux オペレーションシステムのみ利用できます AutoCAD Inventor SOLIDWORKS ファイル形式のインポートは サポートされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは サポートされた Windows またはmacOSオペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは 全てのサポートされたオペレーションシステムで利用できます 詳細は 参照 事例紹介 アルミニウム押し出しプロセスの鋳造成形における流体 - 構造連成 (FSI) アイソサーフェスは 非ニュートンアルミニウム流の動的粘性を示したものです ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません

165 CAD File Formats - Associative Read via Linked CAD System - Solid Edge (.par,.asm) ST8, ST9 Modify via Linked CAD System - Solid Edge (.par,.asm) ST8, ST9 Read from File, CAD - ACIS (.sat,.sab,.asat,.asab) up to [1] AutoCAD (.dwg) versions [2] AutoCAD DXF (.dxf, 3D) versions [2] IGES (.igs,.iges) up to version 5.3 Inventor assemblies (.iam) versions 11, [2] Inventor parts (.ipt) versions 6-11, [2] NX (.prt) up to version 11 [4] Parasolid (.x_t,.xmt_txt,.x_b,.xmt_bin) up to V29.1 PTC Creo Parametric (.prt,.asm) versions PTC Pro/ENGINEER (.prt,.asm) versions 16 to Wildfire 5.0 SOLIDWORKS (.sldprt,.sldasm) versions [2] STEP (.step, 3D geometry only) AP203, AP214 Read from File, Geographic Information System (GIS) - ACIS (.sat,.sab) R4, R7, and Parasolid (.x_t, x_b) V29.1 Geometric Modeling - Booleans and Partitions - Boolean Operations using the Parasolid Kernel CAD Defeaturing, 3D - Delete Faces Delete Fillets Delete Short Edges Delete Sliver Faces Delete Small Faces Delete Spikes Detach Faces CAD Repair, 3D - Knit to Solid Repair Conversions - Convert to COMSOL Native Geometry Representation from Parasolid Representation, 3D Geometric Primitives, 3D - Parasolid Based Geometric Primitives, 3D Geometry Operations, 3D - Cap Faces Geometric Modeling Kernel - Parasolid Kernel (CAD Kernel) LiveLink Interface - General Functionality - Associative Read of 3D Geometry via Linked CAD System Automatically Keep Track of Synchronized File Generate Selections in Model Based on Material Settings in CAD File Modify Geometry via Linked CAD System Synchronization of Curve and Point Geometric Objects Turn on/off Associativity for Faces/Edges/Vertices Turn on/off Synchronization of Object Types Link CAD Parameters to COMSOL Model GUI for Parameter Selection in CAD Software Supported CAD Systems - Solid Edge ST8, ST9 [1] File import of the ACIS file format up to version is available only on a supported Windows operating system or macos. File import of the ACIS file format up to version is available on all supported operating systems. [2] File import of the AutoCAD, Inventor, and SOLIDWORKS file formats is available only on a supported Windows operating system. [4] File import of the NX file format up to version 11 is available only on a supported Windows operating system. File import of the NX file format up to version 10 is available only on a supported Windows or Linux operating system. ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL AB およびその子会社と COMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません インターフェース仕様表 165

166 インターフェー166 II-6-13 File Import for CATIA V5 ~CATIA V5 設計をCOMSOL Multiphysics へ~ 機能対応する形式 Windows 10 のみです 事例紹介自動車ドアの CATIA V5ジオメトリは COMSOL Desktop にインポートされます 仕様表スCAD インポートモジュールまたはデザインモジュールと併用 CAD インポートモジュール デザインモジュールへのアドオンとして File Import for CATIA V5を使用すると CATIA V5ファイルへの最高品質データトランスレーションを提供可能です このアドオンは CATIA V5 内の信用度の高いライブラリーを使用して (.CATProduct) ファイルを組み立てたり CATIA V5part(.CATPart) をトランスレートします トポロジーを定義する境界表現 (Boundary REPresentation=BREP) 情報や 設計ジオメトリは 読み取られ CADインポートモジュールで使用される Parasolid フォーマットに変換されます CATProductファイルの構成を基に 選択構成の自動的実装が可能となる 選択作成 /Create Selections プションを使用し シミュレーション設定の貴重な時間を削減することができます これを使用して 材料プロパティをドメインに指定することが可能です インポートファイル内のコンポーネントの名前から自動的にそれらの名前を導き出すことができます COMSOL Multiphysics で解析するためのCATIA V5からのパーツおよびアセンブリーファイルのインポート ジオメトリサブ操作やモデル設定で利用するための アセンブリー構造をベースとした選択作成 ファイル形式 拡張子 バージョン インポート エクスポート CATIA V5.CATPart,.CATProduct R8-R25 はい いいえ CAD インポートモジュールに File Import for CATIA V5 アドオンを利用できるのは Windows 7, Windows 8, Windows 8.1, CAD File Formats - Read from File, CAD - CATIA V5 (.CATPart,.CATProduct) R8-R25, 2016 [3] [3] Requires all indicated products. The File Import for CATIA V5 add-on to the CAD Import Module, Design Module, and LiveLink products for CAD is only available for Windows 7, Windows 8.1, and Windows 10. CATIAは ダッソー システムズ (DassaultSystèmes) もしくはダッソー システムズの子会社のアメリカおよびその他の国における登録商標です Parasolidは アメリカおよびその他の国々におけるSiemens Product Lifecycle Management Software Inc. またはその子会社の商標または登録商標です それ以外の全ての商標は それぞれの所有者の資産です

167 II-6-14 各モジュールの動作環境 CADインポートモジュールおよびデザインモジュール動作環境 Windows Windows 7 Windows 8.1およびWindows 10 macos macos 10.10, および NX ファイル形式 (version11まで ) のインポートは サポートされた Linux 各 OS 固有の動作環境のみサポート Windows オペレーションシステムのみ利用できます NX ファイル形式 (version10まで ) のインポートは サポートされた Windows およびLinux オペレーションシステムのみ利用できます AutoCAD Inventor SOLIDWORKS ファイル形式のインポートは サポー トされた Windows オペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは サポートされた Windows またはmacOSオペレーションシステムのみ利用できます ACIS ファイル形式 (version まで ) のインポートは 全てのサポートされた オペレーションシステムで利用できます 詳細は 参照 LiveLink Products for CAD Software 下記の表に詳細記述されている LiveLink 製品の双方向インターフェース機能は Windows 7 Windows 8.1それにWindows 10 のみ対応です 例えばファイルインポートやジオメトリ操作などのその他の機能については 上記の CADインポートモジュールおよび デザインモジュール動作環境 項目を参照ください LiveLink 製品名 対応バージョン LiveLink for AutoCAD AutoCAD 2016 and 2017 LiveLink for Inventor Inventor 2016 and 2017; and Inventor Professional 2016 and 2017 LiveLink for PTC Creo Parametric PTC Creo Parametric 2.0 to 4.0 LiveLink for PTC Pro/ENGINEER PTC Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 and 5.0, and PTC Creo Elements Pro 5.0 LiveLink for Revit Revit 2016, 2017 LiveLink for Solid Edge Solid Edge ST8 and ST9 LiveLink for SOLIDWORKS SOLIDWORKS 2016 and 2017 File Import for CATIA V5 File Import for CATIA V5はCADインポートモジュールとの併用が必要で Windows 7 Windows 8 Windows 8.1 および Windows 10のみ対応しています LiveLink for Excel LiveLink for Excel はWindows 上のExcel および 2016のみ対応しています Excel 2010 Starterはサポートしておりません 全てのプラットフォーム (Windows Linux それにmacOS) でExcelワークブック形式ファイルを保存し 開ける可能性があります LiveLink for MATLAB LiveLink for MATLAB は全てのOSのMATLAB R2016bおよびR2017aに対応しています Linux 系 OSでは xtermおよびcshプログラムが必要です ここで掲載されている商標はすべてそれぞれの所有者に帰属します また COMSOL ABおよびその子会社とCOMSOL 製品は これらの商標の所有者による提携 承認 スポンサー もしくは サポートする関係ではありません 167 インターフェース

168

169 III. COMSOL Server COMSOL Server III-1 概要紹介 III-2 動作環境 (COMSOL Server) III-3 動作環境 (COMSOL アプリケーションの実行 ) III-4 ライセンス形態 169

170 COMSOL Server III COMSOL Server III-1 概要紹介 はじめに ~ シミュレーションアプリを配布 管理 実行するためのプラットフォーム ~ Applicaon Builder によって作られたアプリケーションの実行と配布のために特別につくられました あなたの設計チーム 製造部署 テストラボ そして全世界の顧客 クライアントのためのシミュレーシ ョンの専門家によってつくられたアプリケーションを実行するプラッ トフォームを COMSOL Server が提供します ウェブブラウザーか もしくはデスクトップにインストールされた COMSOL Client を通し てCOMSOL Server 上のアプリをあなたの同僚がアクセスして実行することができます COMSOL Server ウェブインターフェースによってあなたがつくった様々なアプリにあなたの同僚はアクセスすることができ アプリを実行するためのハードのセッティングやプレファレンスを管理することもできます 1. モデルビルダーで計算モデルを作成 2. アプリケーションビルダーでカスタムアプリを構築 3. COMSOL Server でカスタムアプリを管理 4. アプリをあなたの組織に配信 システム構成 / 必要なライセンス 1 台のサーバーで運用したり 複数台のサーバーで運用したりすることが可能です またクラスター環境 Rescaleなどクラウド環境での利用も可能です 計算実行は全てサーバー側で行われ クライアントには計算負荷がかかりません カスタムアプリ作成に必要 Windows 端末用 FNLライセンスまたは CPUライセンス COMSOL サーバー運用に必要 CSL ライセンス または ASLライセンス 170

171 導入効果 より大きな労働力を活用するほとんどのシミュレーションソフトウェアパッケージは少数の有資格ユーザーによって制限されています アプリケーションビルダを使用すると この制限を克服し 最終的にはより大きな人員を活用できます 計算モデリングの専門家は 同僚 ( 技術者 サポートスタッフ デザイナー カスタマーサービス担当者など ) 用のカスタムアプリケーションを構築できます COMSOL Server チームと部署の間でプロジェクトを分割する製品とプロセスの設計は しばしば数学的モデルから始まります 設計を完了する前に シミュレーションエキスパートがサポートチームからのフィードバックを要求する必要があります COMSOL Server を使用すると COMSOLMultiphysics ソフトウェアライセンスにアクセスできない場合でも 自社の誰もがアプリケーションを実行できるように招待することができます レガシーコードのユーザーインターフェイスを作成する COMSOLMultiphysics は Java FORTRAN および Cで書かれたレガシープログラムにリンクすることができます したがって アプリケーションビルダでは 社内で独自に作成したレガシーコードとライブラリを組み込んだ独自の特殊なユーザーインターフェイスを作成できますモデリングアプリケーション これらの COMSOLアプリケーションを使用すると 従来のプログラムをより多くのエンジニアやデザイナーのグループで使用することができ COMSOL Multiphysicsが提供する機能でプログラムを拡張することもできます 新しい従業員を迅速に教育するシミュレーションアプリケーションは 複雑な概念に簡単な方法で導入することで 新入社員のトレーニングや入社に利用できます これらのアプリケーションの動的な性質 ( シミュレーションを制御および実行する機能 ) は アプリの基礎となる物理学の関与を促進します 同じことが学問の中でも起こります 教授は 数値的方法や計算ソフトで微分方程式を解くことに固有の学習曲線を迂回して 短期間で基本的なモデリング技能を学生に教えるためのアプリを作成することができます 事例紹介 - P.4: 英国 Warwick Audio Technologies Ltd. 静電型ヘッドフォンの素材開発に貢献 高級ヘッドフォン Sonoma Acoustics "Model One" に採用 - P.14: 印度マヒンドラオートバイ 心地よいエンジン音を残したマフラー開発に貢献 - P.20: 米国 GrafTech, 営業販促用アプリによって 顧客との強固なリレーションシップを構築 また熱マネージメントアプリなど 主要業務分野でも利用 - P.4: スイス ABB 世界中の支社からCOMSOL Serverを利用 継続的な試みにより全社隅々まで CAEが浸透 開発スピードが加速 - P.14: ALTASIMによる HEATSINKSIM AweSim( クラスタサービス ) を使った課金サービスを展開している事例 - P.32: ニューヨーク州立大学バッファロー校 工学教育への利用 学内の情報基盤センターへ導入され 教育用途として利用 171