COMSOL多物理場仿真從入門到工程實戰

第1章 COMSOL概述 1
1.1 有限元仿真簡介 1
1.1.1 有限元分析的優越性 1
1.1.2 有限元仿真的基礎依據 2
1.1.3 有限元分析法的特點 2
1.1.4 有限元常用術語 3
1.2 常見的有限元分析軟件 4
1.3 COMSOL概述 5
1.3.1 COMSOL發展的歷史背景 5
1.3.2 COMSOL的特點 5
1.4 COMSOL基本分析步驟 11
1.4.1 問題研究 12
1.4.2 前處理 12
1.4.3 後處理 16

第2章 COMSOL的啟動及工作界面 17
2.1 COMSOL的啟動 17
2.1.1 通過“模型向導”建模 17
2.1.2 通過“空模型”建模 20
2.1.3 主界面 20
2.2 快速訪問工具欄 20
2.3 功能區 22
2.3.1 “文件”下拉菜單 22
2.3.2 “主屏幕”選項卡 23
2.3.3 “定義”選項卡 26
2.3.4 “幾何”選項卡 30
2.3.5 “材料”選項卡 30
2.3.6 “物理場”選項卡 31
2.3.7 “網格”選項卡 34
2.3.8 “研究”選項卡 34
2.3.9 “結果”選項卡 37

第3章 COMSOL創建模型 40
3.1 COMSOL創建平面模型 40
3.1.1 平面“幾何”設置窗口 41
3.1.2 平面“幾何”選項卡 43
3.1.3 “草圖”選項卡 59
3.2 COMSOL創建三維模型 63
3.2.1 三維“幾何”設置窗口 64
3.2.2 三維“幾何”選項卡 64
3.3 實例—創建平面幾何 75
3.4 實例—創建三維幾何 79
3.5 動手練一練 87

第4章 COMSOL劃分網格 89
4.1 網格劃分概述 89
4.1.1 為什麼要劃分網格 89
4.1.2 網格的分類 89
4.2 COMSOL的網格劃分 90
4.2.1 “網格”設置窗口 90
4.2.2 “網格”選項卡 91
4.3 實例—通過網格零件來創建模型並劃分網格 110
4.4 實例—對球體劃分六面體網格 113
4.5 動手練一練 119

第5章 結構力學分析 120
5.1 “結構力學”模塊 120
5.2 線性靜力分析 121
5.2.1 線性靜力分析的依據 121
5.2.2 線性靜力分析的載荷 121
5.2.3 實例—晾衣桿線性靜力分析 121
5.3 特征頻率（模態）分析 127
5.3.1 特征頻率（模態）分析概述 127
5.3.2 有預應力的特征頻率分析 127
5.3.3 特征頻率分析的作用 128
5.3.4 實例—聲子晶體周期性預應力能帶結構計算 128
5.4 頻域分析 139
5.4.1 頻域分析概述 139
5.4.2 頻域分析的方法 140
5.4.3 實例—固定梁頻域分析 140
5.5 隨機振動分析 151
5.5.1 隨機振動分析概述 151
5.5.2 實例—車架隨機振動分析 152
5.6 顯示動力學分析 163
5.6.1 顯示動力學分析概述 163
5.6.2 顯示動力學分析常用的方法 164
5.6.3 實例—臺球撞擊分析 164
5.7 疲勞分析 170
5.7.1 疲勞分析的定義 170
5.7.2 疲勞的特點 170
5.7.3 疲勞的類型 172
5.7.4 疲勞壽命的估算方法 172
5.7.5 實例—電動自行車車筐支架疲勞分析 173
5.8 動手練一練 180

第6章 電磁學分析 181
6.1 電磁學概述 181
6.2 靜電分析 182
6.2.1 靜電分析中的基本概念 182
6.2.2 靜電學的基礎理論 183
6.2.3 靜電學常見的現象及應用 184
6.2.4 實例—摩擦發電機 184
6.3 電流分析 196
6.3.1 電流分析中的概念 196
6.3.2 實例—電屏蔽比較 197
6.4 靜磁分析 207
6.4.1 靜磁分析中的概念 207
6.4.2 實例—小鐵球靠近永磁體的受力變化 208
6.5 電磁感應分析 216
6.5.1 電磁感應中常用的定則及定律 216
6.5.2 電磁感應常見的現象及應用 217
6.5.3 電磁感應的意義 218
6.5.4 實例—渦流分析 218
6.6 動手練一練 226

第7章 熱力學分析 229
7.1 熱力學概述 229
7.1.1 熱力學第一定律 229
7.1.2 傳熱的基本方式 229
7.2 熱傳導分析 230
7.2.1 熱傳導理論分析 230
7.2.2 實例—加熱鐵板熱傳導分析 231
7.3 熱對流分析 239
7.3.1 熱對流的影響因素 239
7.3.2 熱對流的理論分析 240
7.3.3 實例—散熱器熱對流分析 240
7.4 熱輻射分析 246
7.4.1 熱輻射特性 246
7.4.2 熱輻射基本術語 246
7.4.3 實例—兩平板間的輻射分析 249
7.5 相變分析 253
7.5.1 相和相變 253
7.5.2 潛在熱量和焓 254
7.5.3 實例—冬季池塘結冰 254
7.6 動手練一練 262

第8章 流體力學分析 265
8.1 流體運動的基本概念 265
8.1.1 層流流動與湍流流動 265
8.1.2 有旋流動與無旋流動 266
8.1.3 聲速與馬赫數 266
8.1.4 膨脹波與激波 267
8.2 流體的基本性質 268
8.2.1 流體的等溫壓縮性 268
8.2.2 流體的等壓膨脹性 268
8.2.3 流體的黏性 269
8.2.4 流體的導熱性 269
8.2.5 流體的表面張力特性 270
8.3 流體流動及傳熱的基本控制方程 271
8.3.1 物質導數 271
8.3.2 質量守恒方程（連續性方程） 271
8.3.3 動量守恒方程（N-S方程） 272
8.3.4 能量守恒方程 273
8.4 層流分析 273
8.4.1 層流的特點 273
8.4.2 圓柱繞流與方柱繞流的對比 273
8.5 湍流分析 282
8.5.1 湍流模型概述 283
8.5.2 實例—風吹過小土丘的回流 284
8.6 多相流分析 291
8.6.1 多相流模型概述 291
8.6.2 實例—反應器中引入上升氣泡引起的液體環流 292
8.7 高馬赫數流動分析 304
8.7.1 馬赫數的概念 304
8.7.2 高馬赫數產生的物理現象 304
8.7.3 實例—乘波體彈頭高馬赫數飛行 305
8.8 動手練一練 314

第9章 多物理場耦合分析 317
9.1 多物理場耦合的基本概念 317
9.1.1 多物理場耦合分析 317
9.1.2 多物理場耦合分析的分類 317
9.1.3 多物理場耦合分析的發展趨勢 318
9.2 電磁力耦合分析 318
9.3 熱-電耦合分析 332
9.3.1 焦耳熱 332
9.3.2 塞貝克效應 332
9.3.3 帕耳帖效應 332
9.3.4 湯姆遜效應 333
9.3.5 熱電制冷器分析 333
9.4 流固耦合分析 338
9.4.1 流固耦合的特征 338
9.4.2 流固耦合的分類 338
9.4.3 流固耦合的控制方程 339
9.4.4 實例—液壓阻尼器 339
9.5 粒子追蹤分析 345
9.5.1 粒子追蹤涉及的主要領域 345
9.5.2 流體中粒子追蹤的分類 345
9.5.3 流體流動中的不同粒子追蹤的適用範圍 346
9.5.4 粒子與壁面碰撞的結果 346
9.5.5 粒子的釋放 347
9.5.6 實例—氣力輸送 348
9.6 動手練一練 357

參考文獻 360