COMSOL V4.3b Release Highlights

Multibody Dynamics Module  

Multibody Dynamics Module은 유한요소해석을 이용하여 복잡한 다물체 구조물을 최적화하고 설계하는데 필요한 강력한 도구를 제공합니다. Structural Mechanics Module에 추가함으로써, 큰 병진변위 혹은 회전변위를 나타내는 강체나 유연체 조합 구조물의 동적 특성을 해석할 수 있습니다.
엔지니어나 연구자들은 여러 가지 부품들을 라이브러리 내에 있는 8가지 유형의 조인트를 이용하여 조립함으로써 세밀한 다물체 구조물을 설계할 수 있습니다. 이 모듈에서는 부품 간의 상대운동을 제한하는 잠금 조건과 같은 병진 회전 구속을 설정할 수 있으며, Multibody Dynamics Module내에 포함되어 있는 조인트 유형은 아래와 같습니다:

● 슬라이더 이음 (3차원, 2차원)
● 힌지 이음 (3차원 2차원)
● 피봇 이음 (3차원)
● 나사 이음 (3차원)
● 평면 이음 (3차원)
● 볼 이음 (3차원)
● 간극 이음 (3차원)
● 근사간극 이음 (3차원, 2차원)

▶ 강체부품(로터)과 유연체부품(블레이드)간 조인트 조합으로 생성된 헬리콥터 회전판.

시변, 정상상태, 주파수 영역, 그리고 고유진동수 다물체 동역학 해석이 가능합니다. 다물체 구조물 모델 내에 있는 모든 부품들은 유연체이고 기본적으로 탄성 물성을 가지고 있으므로, 그 중에서 Rigid Domain을 이용하여 선택적으로 강체화 할 수 있습니다. 비선형 탄성 물성치는 다물체 동역학 디자인과 조합하여 정의할 수 있으며 Nonlinear Structural Materials Module 혹은 Geomechanics Module과 함께 해석할 수 있습니다. 조인트는 시간 함수로써 기 설정된 모션뿐만 아니라 인가된 힘이나 모멘트 또한 적용할 수 있습니다. 감쇄값을 가지는 비틀림 스프링 또한 조인트에 적용할 수 있으며, 이러한 특징들을 이용하여 아래와 같은 것들을 해석하고 확인할 수 있습니다.

● 속도, 상대부품간의 상대 병진변위 혹은 상대회전변위
● 조인트 모멘트, 반력
● 국소 좌표계와 전역 좌표계에 대한 기준 프레임
● 유연체 내의 응력과 변형
● Fatigue Module을 이용한 피로해석

 

Wave Optics Module  

정확한 부품 설계 및 해석에 Wave Optics Module은 유용하며, 선형 및 비선형 광학 물질에 대한 전자파 진행 해석을 쉽게 하기 위한 인터페이스를 제공합니다. 이 모듈에서는 Direct Discretization of Maxwell's Equation을 기반으로 한 획기적인 Beam Envelopes Method(BEM)를 제공하고 있으며, 전기장은 근사화가 없는 Slowly Varying Envelope 함수와 Rapidly Varying Exponential Phase 함수의 곱으로 표현됩니다. 파장보다 상당히 큰 형상의 광학 시스템은 Wave Optics Module을 이용하면, 회절에 대하여 Ray Tracing근사법으로 해석할 수 없는 부분까지도 정밀하게 해석됩니다. Beam Envelopes Method는 주요 진행방향에 대하여 알고 있어야 하며, Wave Optics Module에서 일반적인 전자파 해석방법에 보완하여 사용할 수 있습니다.  

▶ 가우시안 빔이 BK-7 광학 유리에 인가되었습니다. 이 모델은 굴절률이 빛의 세기에 따라 변화하는 비선형 광학해석의 예제입니다. 빔의 중앙에서 굴절률은 가장 크게 되며, 이 유도된 굴절률은 회절에 영향을 주어 빔에 집중되므로, Self-Focusing이라 부릅니다. Self-Focusing은 고 전력 레이저 시스템의 설계에 중요합니다. 왼쪽그림은 굴절률의 변화를 Isosurface를 이용하여 표현한 뒤, 진행파를 보기 좋게 표현한 것이고, 오른쪽은 실제 해석 결과를 나타내고 있습니다.

주파수 해석, 고유주파수 해석, 시변 전자파 해석을 2차원 및 3차원 해석에 사용할 수 있으며, Wave Optics Module은 메타 물질 및 회전 자성체를 포함한 광학 매질에서의 빛 진행에 대하여 해석할 수 있습니다. 또한 유전율 및 투자율, 일반적인 비등방성 굴절률 성분을 입력할 수 있습니다.
그 외에도 Port및 산란 경계조건, 고차 회절 모드를 포함한Floquet-Periodic 구조, S파라메터 해석, 공간적으로 위치에 따라 복소수 형태로 값이 변하는 물질, Perfectly Matched Layers(PMLs), 최상의 솔버 등을 제공하고 있습니다. 이러한 기능들을 이용하면, 광섬유, bidirectional Coupler, 광학센서, 플라즈모닉 장치, 메타물질, 레이저 빔 전파, 비선형 포토닉스 해석 등에 대하여 해석할 수 있습니다.

Molecular Flow Module  

Molecular Flow Module은 일반적인 유체 역학 툴에서 해석할 수 없는 저압 기체 시스템의 설계와 시뮬레이션에 적합합니다. 운동 효과는 기체 분자의 평균 자유 경로가 유동의 길이 스케일과 비슷할 때 중요합니다. 기체에서 분자 평균 자유 경로에 대한 유동 형상 크기의 비는 누센수(Knudsen number)로 주어지며, 누센수(Knudsen number)의 값에 따라 4개의 유동 영역으로 나눌 수 있습니다.

● Continuum flow (Kn < 0.01)
● Slip flow (0.01 < Kn < 0.1)
● Transitional flow (0.1 < Kn < 10)
● Free molecular flow (Kn > 10)

Microfluidics Module이 continuum과 slip flow를 포함하는 반면 Molecular Flow Module은 천이 유동(transitional flow)과 자유 분자 유동 영역에 적용됩니다. Molecular Flow Module에서 angular coefficient method는 오직 CAD 형상의 표면에만 격자가 있는 정상 상태 자유 분자 유동의 계산을 빠르게 할 수 있습니다. 천이 유동은 차분속도법(discrete velocity method)를 사용하여 계산합니다. Molecular Flow Module은 기체 분자의 열 플럭스 분포를 계산한 등온과 비등온 분자 유동을 다룹니다.
흡/탈착과 증착 기능은 챔버 펌프-다운(pump-down)뿐만 아니라 막 성장과 같은 공정을 설계하고 최적화하는데 사용할 수 있습니다. 모델링 도메인 내에 수 밀도(number densities)의 후처리는 자유 분자 유동을 및 이온 빔의 경로에 따라 수 밀도(number densities) 프로파일을 추정하는 것과 같은 용도로 사용됩니다. Molecular Flow Module은 질량 분석기를 위한 진공 시스템의 설계와 시뮬레이션, 반도체 공정, 위성 기술, 입자 가속기뿐만 아니라 셰일(shale) 가스 탐사와 나노기공 물질 내의 유동 같은 매우 작은 채널 어플리케이션에 적당합니다.  

▶ 이 모델은 저압 진공 시스템내의 시간에 따른 물의 흡착과 탈착을 모델링하는 방법을 보여줍니다. 이 물이 로드-록(Load Lock) 게이트 밸브가 열릴 때 시스템에 들어오고, 그 후 물의 이동과 펌핑을 모델링 한 것입니다

Semiconductor Module  

Semiconductor Module은 반도체의 기본 물리현상에 대하여 사용자 친화적인 인터페이스를 이용하여 쉽게 해석할 수 있습니다. 이 모듈은 Charge-carrier transport method를 기반으로 하여, 등온 또는 비등온 전달모델을 에 대한 Drift-Diffusion수식을 이용하여 해석합니다. 반도체 모델링을 위하여 Semiconductor Module은 Galerkin 최소 자승법이 적용된 유한요소법과 Scharfetter-Gummel upwinding을 이용한 유한 체적법, 두가지 수치해석 기법을 제공하고 있습니다.  

▶ MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)는 일반적인 반도체 소자로 프로세서, 메모리, 디지털 회로의 가장 기본적인 요소입니다. 지난 몇십년 동안 이 장치는 실험적으로 엄청난 발전을 이루었으며, 오늘날 90nm이하의 크기로 제조되고 있습니다. 이 모델은 기본적인 반도체 지배식을 이용하여 MOS 트랜지스터의 DC특성을 계산하였습니다. 일반적으로 게이트전극으로 전압이 인가되면, MOS트랜지스터는 동작하게 됩니다. 드레인 전압이 증가하면, 드레인 전류 또한 포화될 때까지 증가하게 되고, 이때 포화 전류는 게이트 전압에 의해 결정됩니다. 이 모델은 이차원 파라메터 스윕을 사용하여 게이트 전압에 따라 다르게 인가되는 전압에 의한 드레인 전류를 계산하여, 드레인 다이어그램을 이용하여 MOS트랜지스터의 전기적 특성을 확인하였습니다.

이 모듈의 인터페이스는 반도체물질과 절연물질, 저항 접촉 경계조건, 쇼트키(Schottky) 접촉 경계조건, 게이트 경계조건 등이 제공되고 있으며, 정전계 해석을 위한 향상된 기능을 제공합니다. 그리고 SPICE 불러오기 기능을 갖춘 회로도를 위한 인터페이스를 이용하면 여러 장치들을 결합하여 시스템 레벨 해석이 가능합니다.
Semiconductor Module의 Model Library에는 다양한 실제 반도체 장치들을 해석하기 위해, 인터페이스를 어떻게 사용하는지 설명하고자 단계별로 설명되어 있는 모델들을 포함하고 있습니다. Semiconductor Module을 이용하면, PN 접합, bipolar 트랜지스터, 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFETs), 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(MESFETs), 사이리스터(Thyristors), 쇼트키(Schottky) 다이오드 등을 해석할 수 있습니다.

Electrochemistry Module  

Electrochemistry Module은 정확하고 효율적인 해석을 통하여 전기화학 시스템을 이해, 설계, 최적화하는 작업흐름을 증대시킵니다. 이는 전기분석, 전기분해, 전기투석, 전기화학센서, 생체전기화학 등과 같은 분야에서의 전기화학반응, 전류밀도분포, 물질전달 해석을 포함하고 있습니다. 실험실에서 연구하는 연구원 또는 화학산업 엔지니어를 위한 실제적인 설계와 입증을 할 수 있는 툴입니다. Electrochemistry Module에서 제공하는 특화된 인터페이스로 전량적정법, 전극법, 전압 전류법, 전류측정법, 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 연구에 직접적인 정의를 허용하고 있습니다. 이로부터, 해석수치와 실험을 같이 고려하여 교환전류밀도, 활성 과전압과 같은 변수를 계산할 수 있습니다.  

▶ 마이크로전극은 전기분석에서 많이 활용되고 있는데, 이는 소량의 활성전극물질로 고전류밀도를 제공하고 있기 때문입니다. 마이크로전극에서의 짧은 시간에서의 확산으로 정확하고 유용한 정상상태 결과를 도출합니다. 이 예제는 반지름이 10um인 마이크로전극에 인가되는 전압 전류법을 계산하는 것입니다.

또한 Electrochemistry Module은 버틀러-볼머(Bulter-Volmer)와 네른스트-플랭크(Nernst-Planck) 식을 이용한 1차, 2차, 3차 전류 분포로 가정한 시스템을 해석하는데 필요한 인터페이스를 제공합니다. 표면화학반응, 균질화학반응, 희석물질전달, 다공성매질 물질전달, 다공성매질내에서의 유체를 포함한 유체, 전류, 열전달 인터페이스와 같이 전기화학반응과 관련된 광범위한 분야에 적용할 수 있습니다. 이는 pH센서, 글루코즈센서, 가스센서, 클로르-알칼리 / 알루미늄 전해질전지, 전기분해를 통한 수소 / 산소 생성, 해수담수화 / 폐수전해질처리, 생명공학/생체의학 분야에서의 전기생체화학을 포함하고 있습니다.  

Mesh and Geometry  

2D Modeling Work Planes from 3D CAD Cross Sections | 사용자는 3차원 CAD 모델의 단면에 해당하는 2차원 형상을 통한 빠른 간략화 해석을 할 수 있습니다. 3차원 구조체 모델을 Work Plane을 이용하여 분할하고, 여기서 도출된 단면 구조체로 분리된 2차원 모델을 만들 수 있습니다. 이 모델링 기법은 실제적이지만 계산하기가 버거운 3차원 해석을 하나 이상의 2차원화된 단면을 가지고 보완하는데 사용할 수 있습니다. 모델링 할 과정을 이해 하고 있다면, 3차원 시뮬레이션을 다루기 전에 특정 매개변수와 솔버 설정에 대하여 미세 조정을 할 수가 있습니다.  

▶ Cross Section 기능은 3차원 CAD 모델에서 2차원 형상을 신속하게 만들 수 있습니다. 다관형 열교환기에서의 CFD를 해석한 것으로, 2차원모델은 모델크기를 줄이고, 계산시간을 상당히 절약할 수 있습니다. 2차원 모델을 통해 나온 정보는 쉽고 빠르게 3차원 모델에서의 흐름을 파악하는데 사용할 수 있습니다.

다른 장점으로 시뮬레이션 시간을 줄이기 위한 회전 대칭모델에 사용할 수 있습니다: 축을 중심으로 회전대칭으로 되어 있는 3차원 구조체인 경우, 축에서 구조체 가장자리까지 Work Plane을 적용하여 2차원 축대칭 모델을 쉽게 구성할 수 있습니다. 이와 관련하여 축대칭 모델에 대한 새로운 기능이 제공되고 있습니다: 2차원 단면구조체중 일부가 r축을 기준으로 음의 방향에 있다면 격자를 구성하기 전에 자동적으로 구조체가 제거됩니다. 그리고 2차원 Cross Section 툴을 이용하면, 스케치 평면을 확장, 회전, 삽입을 통해 3차원 구조체를 만들 수 있으며, 원본 2차원 스케치 평면 구조체 복구를 위해 사용할 수 있습니다.  

▶ 자기 탐사 모델링을 위해 불러온 3차원 지형 모델. 추가된 단면은 지형 데이터와 자광석을 나타내는 타원체의 중간을 자른 단면입니다.

▶ Cross Section툴을 이용해 단면을 자른 영역을 불러온 2차원 구조체 모델. 복잡한 3D 형상의 단면들은 2D 모델로 변환할 수 있고, 추가 모델링 작업에 사용할 수 있습니다.

Increased Automation for Swept Meshing | 스웹(swept)격자 방식이 수동으로 정의해야 할 소스와 대상 표면의 수를 최소화 하기 위해서 형상모델을 자동적으로 분석합니다. 특정 타입의 형상모델에서 스웹 격자를 만들 때 더 이상 수동적 조정이 필요하지 않습니다.  

▶ PCB모델에서 자동으로 생성한 스웹 격자

Named Selections in the Geometry Sequence | 사용자는 이제 형상 생성 작업 중, 선택 (Selection) 기능을 추가 할 수 있고 선택 기능의 종류는 Explicit (former Object Selection), Ball, Box, Cylinder, Union, Intersection, Difference, Complement, Adjacent가 있습니다. Selection 기능들을 사용해서 도메인, 경계, 모서리, 점, 전체 형상을 선택 할 수 있으며, 기존에 만들어진 선택설정을 참고하여 새로운 선택설정을 할 수 있습니다. 또한 기존에 선택된 형상을 삭제할 수도 있습니다. 예를 들어 사용자는 Box Selection를 이용해 많은 면을 선택할 수 있고 Delete Entities를 이용해서 면들을 지울 수가 있습니다. 그리고 그룹기능을 이용하여 연결된 선들의 고리를 Explicit Selection를 사용하여 선택한 다음 Cap Faces 기능에서 사용할 수 있습니다. 또한 사용자는 Definitions의 하위에 속하는 physics, meshing, selections에서 selections된 결과를 사용 할 수가 있습니다. 형상 변화량이 상당히 큰 Parametric Sweep해석에서 형상에 대한 Selection기능을 사용하면 훨씬 편리하고, 쉬운 해석이 가능합니다.  

Visualization of Intersection in Work Plane | Work plane에서 형상을 만들 때, 모든 3D물체의 교차점은 work plane에서 파란색 곡선으로 시각화 할 수 있습니다. (버전 4.3a에서는 사용자가 work plane에서 투사된3D 선들 또는work plane에서 3D 선들을 볼 수 있지만 교차점들은 볼 수가 없습니다.)  

Message About Number of Geometric Entities | Form Union 과 Form Assembly 기능이 사용되었을 때 메시지 창에서 물체와 개체의 개수의 내용을 메시지로 출력이 됩니다. 예를 들어 물체 간의 불일치로 원치 않는 얇은 도메인 생성되는 경우와 같은 형상에 대한 오류를 감지하는데 사용할 수 있습니다.  

New Virtual Geometry Operations: Merge Edges and Collapse Faces | Collapse Faces operation를 이용하면 사용자는 작은 면들을 점들로 변환하고, 좁은 면은 하나 또는 하나 이상의 선들로 만들 수 있습니다. Collapse Faces operation는 합병된 점이나 선들을 무시하도록 기본적으로 설정되어 있습니다. Collapse Faces 작업은 선택된 면들을 어떻게 붕괴시키는지 결정하는 내장된 휴례스틱 (heuristics)가 있으며, 면을 어떻게 붕괴시킬지 결정을 할 수 없으면, "Failed to determine how to collapse this face. Use the Merge Edges operation or the Collapse Edges operation instead." 란 메시지가 나타납니다." 만약 면을 하나 또는 하나 이상의 선들로 만들고자 한다면, Merge Edges operation을 사용하고, 만약 면을 점으로 만들고자 한다면, Collapse Edges operation을 사용하면 됩니다.

● Collapse Faces
Collapse Faces operation 또는 유사한 Merge Edges operation를 사용하면 사용자는 복합 면으로 통합된 3D 형상에서 알맞지 않거나 만들어 지면 안 되는 작은 면 또는 좁은 면들을 없애 수 있습니다.
● Merge Edges
Merge Edges operation는 Collapsing Face기능을 사용할 때, Merge Edges 기능을 이용하여, 선들을 유지하거나 제거할 수 있습니다. 유지되거나 없어진 선택된 선들은 같은 면에 존재 하여야 하고, 만약 합쳐질 선들이 있다면 Merge Edges기능은 자동적으로 (짧은)선들을 합쳐줍니다.
 

New Geometry Operations for Solids, Surfaces, and More | 사용자는 하나 또는 여러 가지의 기능을 이용하여 형상을 분할 하기 위한 새로운 Boolean operation기능을 사용 할 수 있습니다. 예를 들어 면이나 Work plane기능을 이용하여 솔리드 형상의 안쪽 경계면을 만들기 위해 새로운 Boolean operation기능을 사용할 수 있습니다. Union, Intersection, Difference, Compose, Partition과 같은 Boolean operations 기능은 솔리드, 면, 선 그리고 점들 같은 모든 타입의 형상 물체에 사용할 수 있습니다. 일반적인 물체의 면을 수정하기 위해서, 구조물을 추가하거나, 중복된 면을 제거합니다.  

▶ 작은 면을 큰 중복 면에서 뺍니다.  

Continue Meshing Functionality for the Swept, Boundary Layer, and Mapped Mesher | Continue meshing의 의미는 형상에 격자를 만들 때 문제가 발생하면 오류 문제로 인해서 격자 생성이 중지되지 않는 것을 말합니다. 대신에 남겨져 있는 개체에 격자를 계속 만들고, 나머지 부분에 대하여 격자가 만들어 진 후, 문제가 발생 되었다는 에러와 경고 노드를 포함한 정보를 알려줍니다. 이러한 에러와 경고 정보는 격자 생성 오류에 대한 이유를 쉽게 이해 할 수 있게 만들고, 오류 방지 방법을 이해할 수 있습니다.  

Imported Meshes: Cylinder Selection, Minimal Boundary Partitioning, and 2D NASTRAN Import |

● 기존에 있던 Ball, Box, and Logical Expression mesh selection기능에 Cylinder selection기능이 추가 되었습니다. 격자를 불러온 후, Cylinder기능을 사용하면, 사용자는 원기둥의 좌표에 의해 정의된 요소 설정에 따라서 격자를 분할 할 수 있습니다.
● 불러온 격자의 경계 분할을 할 수 있는 새로운 Minimal 옵션이 있습니다. 사용자가 이 옵션을 선택하고 파일에서 격자를 불러 올 경우, COMSOL에서 구조적 경계면으로 사용되기 위한 기하학적 규칙에 의해 정의되어 지거나 이미 원본 파일에서 지정된 경계분할에 추가적으로 경계를 나누지 않습니다.
● 2차원 격자와 같이 임의의 Z 좌표값을 가진 xy평면을 평면격자로 정의된 NASTRAN 파일을 불러 올 수 있습니다.

Results  

Isosurface STL Export | 이제 3차원 체적, 표면, 단면, 다중단면, 등위면, 또는 원거리장 그림을 삼각형 면 격자와 같은 형상정보로 STL파일로 저장할 수 있습니다. 결과물로 내보내진 STL파일은 실제의 CAD가 아닌 표면 격자로써, 이는 전용 CAD소프트웨어를 가지고 CAD의 솔리드와 표면 작업을 통해 다시 재작업을 하는데 사용할 수 있습니다. 또한, 표면격자는 COMSOL에서 쉘 해석에 사용될 수 있습니다.  

▶ STL 표면 격자로 내보내진 등위면도  

Additional Image Export Functionality | 이제 해석결과를 BMP, JPEG, PNG외에 TIFF와 GIF확장자로 저장이 가능합니다. 저장된 JPEG 이미지의 품질은 새로운 압축율 설정으로 조절 할 수 있습니다.  

Color Expressions for 1D Plots | 이전 버전에서는 색상 표현 기능이 2차원과 3차원 결과 출력에서만 사용할 수 있었지만, 이제 Line Graph, Point Graph, Global과 같은 1차원 그래프에도 색상 표현을 추가할 수 있습니다. 이 기능을 이용하면 1차원 그래프에서도 두 가지 값을 동시에 출력 할 수 있습니다.  

▶ 메탄의 압축점화 화학반응 모델. Y축은 압력을 나타내며, 연관된 색범례를 지닌 중첩된 색은 원하지 않은 부산물의 몰분율을 보여줍니다(포름알데히드)  

Reversed Arc Length for Line Graphs | Line Graph에서 곡선부의 길이성분을 x축 파라미터로 설정 할 수 있습니다. 순환루프나 다중의 곡선구간으로 구성된 곡선에 대한 결과를 1차원 그래프로 쉽게 출력할 수 있습니다.  

▶ 곡면에 대한 길이성분(Arc Length)가 Line Graph의 옵션으로 제공됩니다.

Studies and Solvers  

Sensitivity Study Type | 새로운 Study 설정으로 인해 입력변수와 해석결과인 출력변수간에 광범위한 민감도 해석이 가능합니다. 민감도 해석유형에서 사용자는 민감도 변수를 모델 매개변수로 선택하여 수행하실 수 있습니다. 구조해석분야에서 예를 들면, 형상 매개변수의 변화가 구조체 전체의 강성에 미치는 영향을 예측할 수 있습니다.
매개 변수들을 이용하여 COMSOL Multiphysics 내에 종속변수를 포함하는 수식으로 정의하면 쉽게 민감도를 해석 할 수 있습니다. 형상 내의 민감도는 유한요소 모델의 변형이 발생하는 Deformed Geometry 인터페이스를 통해 조절이 가능하며, 이러한 기술은 Deformed Geometry 작업 시 초기 매개변수화 된 것이 없는 경우에도 원본 CAD모델에 적용할 수 있기 때문에, 기계 부품 제작 후의 영향을 결정하는 데에도 사용될 수 있습니다. 여기서는 Forward와 Adjoint라는 두 가지 민감도 해석방법을 사용할 수 있습니다  

▶ 마스트 마운트 부품의 민감도 해석. 형상 매개변수가 전체 강성에 미치는 영향을 예측하였습니다. 이 예제는 COMSOL Multiphysics Model Library에서 제공됩니다.  

Stop Condition Updates | 특정조건에서 시간해석을 중단 시킬 수 있는 Stop Condition기능이 향상되었습니다.  

● Multiple Stop Expressions and Support for Boolean Expressions
Stop Condition기능은 다수의 정지 조건 입력을 위한 표를 사용할 수 있습니다. 각각의 수식은 Boolean식을 이용하여 Negative(<0)이거나 True(>=1) 일때, 정지를 시킬 수 있습니다. 그리고 정지 시, Solver log에 출력할 문구도 입력할 수 있습니다.  

● Stop on Events
시간에 대하여 해석 시, Implicit Event에 대한 Stop Condition기능을 사용할 수 있습니다. 모델내부의 모든 Implicit Event는 표로 확인 가능하며, 사용자가 임의로 정지시킬 수 있습니다.  

● Output at Stop
사용자는 정지 전/후로 해석을 추가할 수 있습니다. 이것은 전/후 재초기화(Reinitialization)을 의미 합니다.  

● Store Solution Before and After Events
시간에 대하여 해석 시, 출력 부분에서 이벤트 전/후(정지 설정 여부에 상관없이)의 추가 해석을 저장하는 옵션을 설정할 수 있습니다. 저장된 해석은 이벤트에서 재초기화 전/후로 한번 저장 됩니다.  

Memory Information in Log Window | 해석이 완료된 후, 로그창 부분에 해석 중에 사용된 최대 메모리량이 출력됩니다.  

Saving Solutions at Intermediate Parameter Values | 매개변수를 변화시켜가면서 해석을 수행할 때, 중간 매개변수 값이 들어있는 결과를 저장하는 경로를 지정할 수 있습니다. Keep Solutions in Memory Setting에서 Only Last를 선택하면 파일명을 입력할 수 있는 창이 나타납니다.  

▶ 파라메트릭 스윕에서 결과 저장을 위한 새로운 파일명 설정  

Go to Source for Physics and Variables Selection | Study단계의 Physics and Variable Selection아래에 있는 트리 구조에서 Go to Source버튼을 누르면 모델 트리에서 소스에 해당하는 노드로 이동합니다.
Graphic창은 Study단계에서 노드의 physics트리를 누르면, 이에 해당하는 노드를 선택한 형상을 나타냅니다.  

▶ 새로운 Go to Source 버튼

COMSOL Multiphysics  

Coordinates Systems for Curved Geometric Shapes | 새로운 자동 좌표계 생성도구는 쉽게 기하학적 형상의 곡선을 따라 비등방성 재질의 특성을 정의할 할 수 있습니다. Curvilinear Coordinates인터페이스는 좌표시스템 계산을 위하여 다른 특성을 가진 세가지 방법(Diffusion Method, Elasticity Method, Flow Method) 중에서 선택할 수 있습니다. 공학분야 마다 다른 요구 사항이 있고 형상에 대한 좌표계를 정의하는 유일한 방법이 없으므로 여러 방법을 사용할 수 있습니다. Curvilinear Coordinate Systems은 열전달의 비등방성 온도전도율, 구조역학의 직교 이방성 재료, 그리고 전자기학의 비등방성 매질에 중점을 둔 물리학의 모든 유형에 적용할 수 있습니다.  

▶ S-형상의 도형에서 자동으로 생성된 좌표 시스템. 이러한 좌표 시스템은 많은 공학분야에서 비등방성 재료를 정의하는데 사용됩니다.  

▶ 중앙의 디스크에 가열된 등방성 물질의 열전도  

▶ 가열된 중앙 디스크에서 비등방성이 큰 물질을 통한 열전도. 열이 더 효율적으로 전달이 된 것을 볼 수 있습니다. 이런 형태의 물질은 스마트폰과 평면스크린 같은 가전제품의 방열판에 사용됩니다.  

File Locking | 4.3b버전에서는 동시에 단 한 명의 사용자만이 MPH파일을 열고 편집 할 수 있습니다. 이미 다른 COMSOL Desktop에서 열려 있는 MPH 파일을 열려고 한다면, MPH파일은 잠김 상태로 되고 단지 읽기 전용으로 MPH파일을 열 수 있습니다. 모델을 편집할 수 있으나, 이 경우 다른 이름의 MPH파일로 저장해야 합니다. MPH파일이 잠기면, COMSOL은 같은 경로에 확장자가 .lock인 똑 같은 파일명을 지닌 파일을 생성하며, COMSOL Desktop을 닫은 후에도 잠긴 파일이 존재한다면, Reset Lock and Open을 클릭하여 잠김 설정을 해제할 수 있습니다.  

▶ 파일 잠금 기능은 다른 사용자가 연 파일을 열 때 읽기 전용으로 열립니다.  

Curvature Variables | 주 곡선 및 주 곡선 방향에 대한 변수를 모든 경계에서 사용 할 수 있습니다. 후 처리에서도, 물성 또는 경계 조건에서 수식표현으로도 사용할 수 있으며, 응용이 다양하며 이 기능은 곡선에 관련된 모든 종류의 지배식에서 사용할 수 있습니다.  

▶ 시각화와 물리현상 모델링에 사용되는 주 곡률 변수

CAD Import Module and LiveLink™ Products for CAD®  

CAD Import Module | CAD Import Module 라이선스를 소유하고 있으면, 형상정보를 ACIS file (.sat or .sab) 형태로 저장 할 수 있습니다. 그리고 아래와 같은 CAD 전용 제품의 최신 버전에서 제작된 파일을 불러올 수 있습니다.

● SolidWorks(R) 2013
● Autodesk Inventor® 2013
● Creo(TM) Parametric 2.0
 

LiveLink™ for SolidWorks® | SolidWorks®과 COMSOL 간의 형상 동기화는 매질 설정도 가능합니다. 동기화된 대상(bodies)에 대한 선택설정은 CAD설계에서 정의된 재질에 근거하여 COMSOL에서 만들어 집니다. 이러한 재질 선택은 SolidWorks에서 부여한 재질 이름을 따릅니다. 형상설정이나 모델정의, physics, 물성 설정의 입력을 위해 선택기능을 사용하며, COMSOL Model Tree에 있는 LiveLink노드는 동기화된 선택설정에 대한 표를 포함하고 있습니다.  

LiveLink™ for Solid Edge® | 파라미터가 Solid Edge와 COMSOL간에 동기화되도록 하기 위해, 대화창이 Solid Edge®에서 시행됩니다. 선택한 파라미터들은 동기화 과정 중에 COMSOL로 자동으로 전송되어, LiveLink노드의 설정창에 있는 테이블에 나타나므로, 사용자는 Solid Edge 형상에서 파라미터들을 수동으로 입력할 필요가 없습니다. 그러므로 LiveLink™ for Solid Edge® 작동 중에 형상 파라미터스윕이나 최적화를 설정하는데 있어서 보다 빠르게 수행할 수 있습니다.  

LiveLink™ for Inventor®: One Window Interface | COMSOL과 Autodesk 간의 협업으로 Inventor에 대한 One Window Interface를 제공하여 LiveLink™ for Inventor®에서 제공합니다. Autodesk Inventor사용자는 Inventor 환경 내에서 직접 연성 해석이 가능합니다. 모든 COMSOL 모델링 기능은 Autodesk Inventor 사용자 인터페이스에서 사용 가능하며, 형상이 두 제품들 간에 동기화에 의해 변경 됩니다.  

▶ 새로운 통합환경 인터페이스에 의해 Inventor 인터페이스 내에서 직접 COMSOL 기능들을 사용할 수 있습니다. 그림은 차량 실내에 있는 음압의 등위면을 나타내었습니다.  

LiveLink™ for SpaceClaim® | LiveLink™ for SpaceClaim®의 사용으로 형상파라미터 스윕이나 최적화를 보다 쉽고 빠르게 할 수 있습니다. SpaceClaim에서 생성한 사용자 정의 형상치수들은 동기화 중에 COMSOL로 자동으로 전송되므로, 더 이상 SpaceClaim 형상에서 파라미터를 수동으로 입력할 필요가 없습니다.

LiveLink™ for Excel®  

Work with Multiple Files, Excel® 2013, Interpolation Functions, and Tables |

● Workbook당 하나의 모델파일로 한정하여 다수의 모델파일을 Excel상에서 불러 올 수 있습니다.
● Excel메뉴상의 열기 버튼을 이용하여 COMSOL모델파일을 열었을 때, 파일 잠금 기능을 제공합니다. 만약 이미 열린 모델을 다시 열려고 하면, 읽기 전용으로 열리게 됩니다.
● Version 4.3b는 Desktop버전으로 2007, 2010외에도 Excel 2013을 지원합니다.(Windows용)
● Excel 파일을 interpolation functions에서도 사용할 수 있습니다.
● Table의 정보를 Excel로 불러올 수 있습니다
 

Material Export from Excel® to COMSOL | Spreadsheets의 물성 정보를 쉽게 Excel로부터 COMSOL Material Browser로 불러 올 수 있으며, 사용자 물성정보로 저장할 수 있습니다. 물성 값 추출 설정 시 물성 이름 및 정보를 지정할 수 있으며, 기존의 물성 정보에 추가할 수 있습니다.  

▶ LiveLink for Excel에서의 물성 추출 설정 창

LiveLink™ for MATLAB®  

LiveLink™ for MATLAB®은 mphsolution, mphtable, mphparticle 함수를 지원합니다.

● mphsoultion 함수를 이용하여 내 / 외부 파라미터에 대한 해석결과의 정보를 볼 수 있습니다.
● MATLAB® 명령 프롬프트에서 mphtable을 이용하여 COMSOL 모델에 있는 헤더와 열의 데이터를 볼 수 있습니다.
● LiveLink™ for MATLAB®와Particle Tracing Module을 사용하여, 입자위치, 입자속도, 보고자 하는 결과에 대해 입자 추적에 따라 정보를 얻을 수 있습니다. mphparticle은 단지 Particle Tracing Module에서 생성된 Partible DataSet에 대해서만 사용할 수 있습니다.

Disclaimer  

COMSOL, COMSOL Multiphysics, Capture the Concept, COMSOL Desktop, 그리고 LiveLink는 COMSOL AB 사의 상표이고 상표등록되어 있습니다. 이외의 모든 다른 상표는 해당상표를 소유한 소유권자의 자산이며, COMSOL AB 및 자회사들은 해당 상표 소유권자로부터 제휴, 인가, 후원, 지원을 받고 있지 않습니다. 해당상표 소유권자는 http://www.comsol.com/tm 사이트에서 확인할 수 있습니다.

CFD Module  

Frozen Rotor for CFD Rotating Machinery | Frozen Rotor기능은 층류와 난류에 대한 회전 기계에서의 유사정상(pseudo-steady) 상태 유동 영역을 효율적으로 계산합니다. 이 기능은 Rotating Machinery, Fluid Flow 인터페이스를 위한 계산 형태로 제공되는데 원심력과 코리올리(Coriolis) 힘이 회전 도메인에 추가된 정상상태 나비어-스톡스(Navier-Stokes) 방정식으로 계산하는 것과 같습니다.
"frozen"항은 주위에 있는 비회전 부분와 비교하여 해당 위치에서 회전체가 멈추어 있어서 실은 회전시스템의 모든 요소들이 정상 상태인 것으로 간주한다는 의미입니다. 만약 형상의 비회전 부분이 회전하는데 있어서 불변하거나, 하나의 회전 도메인만 포함하고 있을 때, Frozen Rotor법은 Rotating Machinery 인터페이스를 사용하는 모델과 동일한 정상상태에 대한 해를 제공할 것입니다. 다른 경우의 로터 위치가 정의되면 각각의 요소들의 정상 상태 값에 대한 근접한 결과를 제공할 것입니다. 전체 Rotating Machinery 솔루션은, 예를 들면 랩-온어-칩에서의 원심 분리기와 같이 전체 시스템에 회전하는 배플이 없는 혼합기에 대하여, Frozen Rotor기능을 통해 얻을 수 있습니다.
로터 위치에 크게 의존할 수 있는 Frozen Rotor 솔루션 예제로는 터빈과 배플을 포함하는 혼합기가 있습니다. 이 경우, Frozen Rotor법은 Rotating Machinery 인터페이스를 사용하여 시간 해석을 하기 위한 초기 시작 값을 얻을 수 있습니다. 이로 인해 Rotating Machinery법이 처음부터 사용되는 것보다 훨씬 더 빠르게 유사-정상상태에 도달하게 됩니다. 만약 Rotating Machinery법으로 속도를 0부터 시작하면 준-정상 상태에 도달하기까지 10-50회전이 필요할 것입니다. 그에 반해 Frozen Rotor 솔루션부터 시작하면 준-정상상태는 10회전이내로 도달하거나 시뮬레이션 시간을 더 줄일 수 있습니다.
 

▶ Frozen Rotor법은 난류 혼합기를 빠르게 해석합니다. Frozen Rotor법은 회전 방향으로의 주기적인 조건을 제공합니다. 그것은 위 그림과 같이 혼합기의 1/4 해석을 가능하게 합니다. 하지만 전체 형상에서의 작업이 더욱 용이한 경우라면, 시간 해석을 하는 Rorating Machinery 시뮬레이션을 위한 초기값을 얻기에 좋습니다.

Thin Screens for CFD | 얇은 투과성 막을 위한 Screen 기능을 사용하면 촘촘한 철망, 그릴, 다공판 같은 스크린 모델을 쉽게 적용 할 수 있습니다. 그것은 단상 유동, 비등온 유동과 복합 열전달에서 사용할 수 있고, 층류와 난류 모두 지원합니다. 스크린을 통해 유동 특성의 손쉬운 특성화를 할 수 있고, 저항과 굴절 계수에 대한 상관 관계를 구체화 할 수 있습니다.  

▶ 스크린 설정 창.

▶ 유동 흐름 중간에서 스크린 경계에 의한 국부적인 유동 굴절.

▶ 스크린을 포함한 유동 시뮬레이션의 결과. 이 결과는 이론치와 매우 양호하게 일치합니다.

Swirl Flow in Mixture Model and Bubbly Flow | Swirl Flow은 이제 Mixture Model과 Bubbly Flow같은 균질한 2상 유동 인터페이스에서도 사용할 수 있습니다. 새로운 Swirl Flow 속성 체크박스는 2D 축대칭에서 면외(out-of-plane) 속도 요소를 추가합니다.

SST Turbulence Model | CFD Module은 이제 two-equation low-Reynolds number Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence model인 SST(Shear Stress Transport) 난류 모델을 제공합니다. Low-Reynolds 난류 모델이기 때문에 wall function을 사용하지 않는 것이 특징입니다. 역사적으로 SST 난류 모델은 일반적으로 날개 및 이와 유사한 형상뿐만 아니라 터빈같은 외부 유동을 시뮬레이션하는데 주로 사용되었습니다. 하지만 SST 모델은 일반적인 엔지니어링 어플리케션을 위한 대중적인 툴이고 많은 환경에서 성공적으로 적용되었습니다.
NACA 0012 에어포일의 새로운 벤치마크 모델은 CFD Module의 Model Library에 포함되어 있습니다. SST 모델은 벽면에 좋은 해상도를 필요로 하고 미끈하지 않은 형상에 대한 외부 유동이나, 갑작스런 확장이 존재하는 내부 유동에 대해서는 적합하지 않습니다. SST 모델의 가장 큰 장점은 k-ω와 k-ε 난류 모델을 결합한 것입니다. 형식적으로 k-ω모델과 k-ε모델 사이의 혼합식이지만, k-ε 파트는 난류 운동 에너지 k 값을 계산하기 위해 재구성되었고, 반면에 k-ω 파트는 비소산율 ω을 계산합니다. 근본적으로 벽면에 가까울수록 k-ε보다 k-ω가 더 적합하지만 자유 흐름에서는 k-ε이 더 좋습니다. 이 모델은 벽에 가까우면 k-ε과 같고 벽에서 멀수록 k-ω과 같은 영향을 주는 혼합 함수를 도입하여 모델에 따라 변경하면서 적용할 수 있습니다.  

New CFD Solver | 실질적으로 모든 유체 유동 인터페이스는 이제 새로운 Symmetrical Coupled Gauss-Seidel (SCGS) smoother를 사용하는 다중격자 솔버(multigrid solver)가 기본으로 설정되어 있고, 선형 P1+P1 요소에 적합합니다. 모델에 따라 성능 향상 여부는 다르겠지만 일반적으로 약 25%정도 총 계산 시간이 줄어들 것으로 예상됩니다. 이 SCGS smoother는 이전에 사용한 smoother보다 더 강력합니다. 난류 시뮬레이션을 위해 이전에는 direct 솔버가 필요했지만, 이제 대부분의 경우에는 이 새로운 기본 솔버를 사용하여 메모리를 줄일 수 있습니다. 이 새로운 SCGS smoother는 층류 유입 경계 조건에 완벽하게 사용되고, 이방성 격자와 관련된 이전의 제한이 없어졌습니다.  

▶ SCGS Smoother는 더욱 강력한 CFD 시뮬레이션과 경계 조건의 유연한 사용을 가능하게 합니다.

Pipe Flow Module  

Two-Phase Flow in Pipes | 기체-액체 혼합을 위한 2상 파이프 유동이 Pipe Flow Module에 추가되었습니다. 이것은 균일화된 모델링을 기반으로 하나의 유체 속도/압력 영역에 대해 계산하는 것 외에 특성에 따라 마찰 계수나 레이놀즈 수 중 하나를 조절합니다(가스 상 질량 분율). 보정 계수는 문헌으로부터 가져올 수 있습니다. 2상 유동 인터페이스는 상변환, 압축성, 액체 잔류(holdup)을 포함하지 않기 때문에 단순하면서 강력합니다.
 

Pipe Acoustics in the Frequency Domain | Acoustics Module 기능이 Pipe Flow Module과 결합될 때 주파수 도메인에서 유연한 파이프 시스템내의 음파의 전파 모델링을 위한 새로운 Pipe Acoustics 사용자 인터페이스를 제공합니다. 새로운 사용자 인터페이스는 여러 가지의 end-impedance 모델 라이브러리와 함께 제공됩니다. 이 1D 어플리케이션은 파이프 단면에서의 평균 음향 압력과 음향 입자 속도에 대해 해석합니다. 정상상태 백그라운드 유동은 선택적으로 포함할 수 있습니다. 이 인터페이스는 3D와 2D에서의 선과 점에서 사용할 수 있습니다. Acoustics Module에 대한 내용 또한 참조 바랍니다.

Microfluidics Module  

New Model Tutorial: Topology Optimization of a Tesla Microvalve | 이 새로운 모델 튜토리얼은 테슬라 마이크로 밸브에 대한 위상 최적화를 한 것입니다. 테슬라 마이크로 밸브는 부품을 이동시키기보다는 마찰 힘을 사용하여 역류를 방지합니다. 설계는 모델링 영역을 넘지 않는 물질의 특정량 분포로 최적화할 수 있습니다. 목적은 장치를 가로지르는 순방향과 역방향 유동에 대한 압력 강하의 비율을 극대화하는 것입니다.
 

▶ 위상 최적화된 테슬라 마이크로 밸브에서의 순방향 유동 형태

▶ 순방향 유동에 대해 위상 최적화된 테슬라 마이크로 밸브에서의 역류 형태

Subsurface Flow Module  

Heat Transfer in Porous Media | Heat Transfer in Porous Media 인터페이스는 보다 편리하게 모델링 할 수 있는 새로운 도메인 기능을 제공하고 있습니다. 이것은 기존 Heat Transfer in Fluids와 Porous Matrix 사용자 인터페이스를 대신합니다.
 

Heat Transfer with Phase Change | Apparent Heat Capacity Method은 상변화를 쉽게 모델링 할 수 있도록 만들어 줍니다. 이전에는 방정식 기반의 모델링을 통해 에너지 균형에서의 상변화를 설명하였습니다. 이 방법의 구현으로 몇 가지 입력을 통해 간단하게 할 수 있습니다:

● 상변환 전과 후의 물질의 상태
● 상 변화 온도
● 상간의 전이 온도 간격
● 잠열
 

Apparent Heat Capacity Method은 밀도, 열용량, 열전도도와 비열비의 4가지 물질 속성을 수정하여 상 변화 온도의 불연속을 부드럽게 하고, 상 변화 온도에서 열용량에 분포된 잠열의 영향을 추가합니다. Model Library에서의 튜토리얼 모델은 이 기능을 사용하고 좋은 예가 될 수 있도록 상변화를 포함하였습니다.  

▶ 상 변화 사용자 인터페이스가 있는 새로운 열전달

▶ 상 변화 설정이 있는 새로운 열전달

Heat Transfer Module  

Multi-Wavelength Heat Radiation | 일반적인 유리는 가시 파장의 빛은 투과시키지만 적외선 및 자외선은 투과하지 못합니다. 입사 광선이 통과할 때나 표면에 반사될 때 종종 파장이 바뀌게 됩니다. 만약 반사된 빛이 적외선 스펙트럼 영역일 경우, 그것은 유리로 둘러싸인 곳을 빠져 나가지 못합니다. 이것은 온실 효과로 잘 알려져 있고, 유리로 둘러싸인 내부를 가열시킬 겁니다.
새로운 Multiple Spectral Band 인터페이스는 사용자가 정의한 간격 당 최대 및 최소 파장을 5 가지 스펙트럼 밴드로 정의할 수 있습니다. 두 밴드의 일반적인 경우에 대한 태양과 주위 복사에 대해 빠르게 설정할 수 있습니다. 주위 온도가 매개 변수화된 플랭크 분포에 따라 서로 다른 채널을 가로지르는 파워를 분포하는 흑체 주위 소스를 정의할 수 있습니다. 방사율 표면 속성은 각 스펙트럼 밴드뿐만 아니라 흑체 표면 부분 또는 사용자 정의 방출량에 대해 개별적으로 정의됩니다. 또 하나의 유용한 기능은 비단위 굴절률을 포함하는 투과성 매질에 대해 지원하는 것입니다.
 

▶ 잘 알려진 온실 효과는 다 파장 열 복사의 중요성을 보여줍니다.

▶ 다 파장 열 복사 설정창

▶ 다 파장 열 복사 설정창

Heat Transfer with Phase Change | Apparent Heat Capacity Method은 상변화를 쉽게 모델링할 수 있도록 만들어 줍니다. 이전에는 방정식 기반의 모델링을 통해 에너지 균형에서의 상변화를 설명하였습니다. 이 방법의 구현으로 몇 가지 입력을 통해 간단하게 할 수 있습니다:

● 상변환 전과 후의 물질의 상태
● 상 변화 온도
● 상간의 전이 온도 간격
● 잠열
 

Apparent Heat Capacity Method은 밀도, 열용량, 열전도도와 비열비의 4가지 물질 속성을 수정하여 상 변화 온도의 불연속을 부드럽게 하고, 상 변화 온도에서 열용량에 분포된 잠열의 영향을 추가합니다. 모델 라이브러리에서의 튜토리얼 모델은 이 기능을 사용하고 좋은 예가 될 수 있도록 상변화를 포함하였습니다.
 

Thermal Contact | 접촉면 사이에 있는 박막을 관통하는 열유속은, 열접촉 전도도가 비례상수인 박막의 온도 차이에 따라 비례합니다. 이것은 접촉의 정도에 의존합니다: 접촉힘이 커질수록 두 개의 면 사이의 전도도가 커집니다. Heat Transfer Module에 있는 새로운 경계조건이 접촉압력에 따라 변하는 두 개의 접촉면 사이에 열접촉 전도도를 가능하게 하며, 세 가지 열 전도도가 부여되고 있습니다:

● 열 협착 전도도: 이것은 두 개 면 사이에 발생하는 실제 접촉과 연관이 있는데, 이는 표면 특성과 접촉압력에 의존합니다. 이것은 압력이 증가할 때 실제 접촉과 전도도는 함께 증가한다는 사실을 나타냅니다.
● 갭(Gap) 전도도: 이것은 열접촉 전도도가 두 표면 간, 특히 공기층 사이에 유체박막의 존재에 의해 미치는 영향을 기술하고 있습니다. 이것은 접촉압력이 중요하지만 높은 압력이 작용한 접촉에 우선하여 중요한 역할을 할 수 있을 때는 무시됩니다. 두 표면 간에 높은 전도도를 적용하기 위해 써멀 그리스(thermal grease)는 원치 않는 갭 전도도 를 극복하고자 하는 가장 보편적이 방법입니다.
● 방사 전도도: 이것은 두 표면이 두 개의 방사 평행면에 의한 접촉지점에서 나타날 수 있다고 가정합니다. 방사 전도도는 면 대 면 방사에 의해 야기되는 열접촉에 기여합니다. 많은 경우에 갭 전도도와 방사 전도도의 공헌도는 무시할 수 있습니다. 세 가지 열접촉 전도도 각각의 기여도는 기 정의된 상관관계 그래프나 Structural Mechanics Module 또는 MEMS Module을 이용한 구조적 접촉문제와 연계한 것에 근간을 두고 평가될 수 있습니다. 열분할 효율을 포함하는 마찰 열원도 표현이 가능합니다. 열접촉 특성은 내부 경계뿐만 아니라 어셈블리(assembly)에서의 페어(pairs)조건에도 적용이 가능합니다

많은 경우에 갭 전도도와 방사 전도도의 공헌도는 무시할 수 있습니다. 세 가지 열접촉 전도도 각각의 기여도는 기 정의된 상관관계 그래프나 Structural Mechanics Module 또는 MEMS Module을 이용한 구조적 접촉문제와 연계한 것에 근간을 두고 평가될 수 있습니다. 열분할 효율을 포함하는 마찰 열원도 표현이 가능합니다. 열접촉 특성은 내부 경계뿐만 아니라 어셈블리(assembly)에서의 페어(pairs)조건에도 적용이 가능합니다.
 

▶ 이 예제는 열 싱크와 전기적 패키지 간에 있는 인터페이스에서의 열접촉 저항을 보여주고 있습니다. 여덟 개의 냉각핀들은 원통형의 방열판에 붙어 있고, 열접촉은 냉가핀과 패키지 사이에 있는 원통형 표면에 적용이 됩니다. 장치 효율은 냉각핀과 패키지에서 방열판의 열전달에 달려 있습니다. 이 모델은 네 가지 파라미터가 연결되어 전도도(: 접촉압력, 유연재질의 미소경도, 표면 거칠기와 표면 거칠기 경사도)에 영향을 미치는 접촉 인터페이스를 관통하여 흐르는 열전달에 주안점을 두고 있습니다.

▶ 새로 도입된 열 접촉 설정.

New Models | Heat Transfer Module Model Library에 새로운 모델이 추가 되었습니다.
 

● Condensation Detection in an Electronic Device:
이 예제는 외부 환경이 변할 때 발생하는 응결을 발견하기 위해 전자 박스 안에의 습한 공기의 열역학적 변화를 시뮬레이션합니다. 이 모델은 공기 온도, 압력, 수증기 응결에 대한 측정 데이터를 이용하여 해석하였습니다.  

● Freeze Drying:
이 예제는 많은 냉동 건조 설정을 위한 테스트 케이스로서 진공 챔버 조건하에 유리병에서의 얼음 승화 과정을 표현한 모델입니다.  

● Tin Melting Front:
이 예제는 소위 스테판 문제라고 말할 수 있는 것에 따라 움직이는 경계면에 의한 상 전이를 모델링하는 방법을 보여줍니다. 고체와 액체 주석 모두 포함하는 사각 공동은 왼쪽과 오른면 경계 사이의 온도 차이에 의해 지배됩니다.  

▶ 상 전이에 관한 새로운 주석 용융침식면 예제에서의 온도와 속도

● Shell and Pipe Heat Exchanger:
이 모델은 서로 다른 온도를 가지는 두 개의 분리된 유체 중에 한 유체는 관을 통해 흐르고, 다른 한 유체는 관 주변에 흘러가는 열교환기내 유동을 해석합니다.  

● Electronic Enclosure Cooling:
이 모델은 컴퓨터 전원 공급 장치(PSU)의 열적 거동을 시뮬레이션합니다. 이 모델에서는 팬과 구멍 뚫린 그릴에 의해 내부 발열체 주변으로 공기가 흘러 냉각이 됩니다.  

▶ 새로운 전자 주변부 냉각 예제에서의 격자

● Cross-Flow Heat Exchanger:
이 모델은 스테인리스로 만든 마이크로 열교환기에서의 유체 유동과 열전달을 해석합니다. 일반적으로 생명 공학과 마이크로 연료 전지를 위한 마이크로 반응기에서의 랩-온어-칩에서 사용됩니다.  

● Plate Heat Exchanger:
이 예제는 유체와 고체에 냉각 또는 열이 적용된 가장 일반적인 열교환기 장치 중 하나를 보여줍니다.  

● Thermal Contact Resistance Between an Electronic Package and a Heat Sink:
이 예제는 방열판과 전기적 패키지의 계면에서의 열 접촉 저항에 대한 발표된 연구의 한 부분을 토대로 재구성한 것입니다. 이 모델은 네 가지 파라미터가 연결 전도도(: 접촉압력, 유연재질의 미소경도, 표면 거칠기와 표면 거칠기 경사도) 에 영향을 미치는 접촉계면을 관통하여 흐르는 열전달에 주안점을 두고 있습니다.  

● Contact Switch:
이 모델은 다중물리 접촉 해석을 어떻게 하는지 보여주고 있습니다. 이것은 스위치의 두 접촉 부분의 열과 전기적 현상을 모델링 한 것입니다. 전기전류와 열은 접촉면의 한쪽면에서 다른쪽 면으로 흐릅니다.  

Thermal Diffusivity Variables | 이제 평균 열 확산율 과 열 확산 텐서 성분을 사용할 수 있습니다.
 

▶ 현재 버전에서 열 확산 변수를 사용할 수 있습니다.

Thermal Resistance Input for Thin Thermally Resistive Layers | 기존 Thin Thermally Resistive Layer에서 사용한 레이어 두께와 열 전도도외에 열 저항을 사용할 수 있습니다.
 

▶ Thin Thermally Resistive Layer를 위한 새로운 열 저항 옵션.

▶ 얇은 열 저항층을 위한 레이어 속성(이전 버전에서도 사용됨)

Heat Transfer in Porous Media | Heat Transfer in Porous Media 사용자 인터페이스에 새로운 도메인 기능이 추가되었습니다. 이전 Heat Transfer in Fluids and Porous Matrix 인터페이스를 보다 편리하게 모델링 할 수 있도록 변경되었습니다.
 

▶ 새로운 Heat Transfer in Porous Media 설정.

Moist Air Conversion Functions | 세 가지 새로운 기능은 증기 농도 또는 수분 함유량으로 상대 습도를 변환하고 포화 압력을 빠르게 구하기 위해 추가되었습니다.

● 상대 습도에서 증기 농도 : fc(RH,T,pA)
● 상대 습도에서 수분 함유량 : fxvap.(RH,T,pA)
● 포화 압력 함수: psat(T)
 

▶ 습한 공기 시뮬레이션을 위한 열역학적인 유체 설정.

Structural Mechanics Module  

Bolt Pre-Tension | 새로 도입된 Bolt Pre-Tension이 체결된 볼트를 해석하는데 사용됩니다. 이것은 Solid Mechanics 인터페이스에서 사용이 가능하며, 여기에서는 각각의 볼트특성, 볼트부가특성을 설정할 수 있습니다. 각각의 볼트는 후처리 과정 중에 볼트장력, 볼트 전단력, 혹은 체결변형과 같은 결과값을 도출할 수 있습니다.
 

Setting the Center of Rotation for Rigid Connector | 강체 연결부의 회전축은 조합 형상에 대한 임의의 중심으로 정의할 수 있는데, 이것은 강체 연결부 상에 있을 필요는 없습니다. 예를 들어, 강체 연결 구조물상에 임의의 지점을 회전축으로 쉽게 생성할 수 있으며, 이러한 기능은 Solid Mechanics 인터페이스에서만 가능합니다.
 

▶ Work Plane을 사용하여 원형 단면 상의 임의의 지점에 포인트를 생성할 수 있습니다. 이러한 포인트는 강체 연결면에 대한 회전중심으로 사용됩니다.

Beam Cross Section User Interface | Beam Cross-Section 인터페이스는 2차원 형상에서 생성된 일반 빔 단면 모델에 근거하여 빔 특성값을 자동으로 계산할 수 있습니다.
계산 가능한 빔 단면 형상 데이터는 아래와 같습니다.

● 면적
● 무게중심
● 관성모멘트
● 주축
● 비틀림 강도
● 비틀림 단면 계수
● 굽힘, 비틀림, 전단에 의한 응력분포
● 전단중심
● 전단면
● 뒤틀림 상수
● 뒤틀림 단면계수

또한, 단면에 작용하는 축력, 굽힘모멘트, 전단력, 비틀림모멘트에 의해 야기된 응력분포를 평가할 수 있습니다. 3차원에서 빔요소와 결합된 모델의 경우, 빔의 임계단면 내에서 응력 평가를 위해 신뢰성이 높은 수단을 제공합니다.
 

▶ 빔 채널: 이 예제는 Beam Cross Section 인터페이스의 적용을 보여주고 있습니다.

Fatigue Module  

Rainflow Analysis with the Palmgren-Miner Rule | 누적손상(Cumulative Damage)이라 불리는 새로운 피로특성이 불규칙한 진폭의 하중으로 야기되는 피로도를 평가합니다. 불규칙한 구조응답은 일단 Rainflow counting algorithm으로 처리됩니다. 응력평가 선택사양으로는 주응력, 주응력에 의해 결정되는 von Mises응력, 정수압에 의한 응력 등 세 가지가 있습니다. 손상은 Palmgren-Miner rule을 사용하여 계산되며, S-N곡선을 통해 제공되는 R-value의 영향을 고려합니다. 하중 주기는 두 가지 방법으로 명시할 수 있는데, 계산이력이나 일반화된 하중들이 바로 그것입니다. 첫 번째 방법은 연산을 통하여 결과를 처리하고 비탄성 효과를 고려할 수 있습니다. 두 번째 방법에서는 하중이 몇몇 기본 하중의 경우들을 중첩하여 생성됩니다. 이것은 만개의 하중 스텝 프로세스와 같은 거대한 하중 이력을 평가하는데 적절합니다. 새로운 Matrix Histogram plot은 Rainflow cycle count 결과를 가시화하는데 사용됩니다.
 

▶ 새로운 Maxtrix Histogram plot을 이용하여 Rainflow counting algorithm에 의해 계산된 임의 지점에 있는 응력 주기 분포. 수평축은 평균응력들을 보여주고 있고, 수직축은 진폭을 나타내고 있습니다.

▶ 절단형상을 포함하는 프레임의 피로해석입니다. 이번 새로운 예제에서, 중앙부가 절단된 박판 프레임은 불규칙 하중 시나리오가 예상됩니다. 응력들이 재질의 항복레벨 아래에 있지만, 부품이 피로가 발생할 지 여부가 관심대상입니다. 이러한 예제는 긴 하중 이력의 손상 정량화에 접근하는 방법을 보여 합니다. Rainflow counting algorithm은 하중 시나리오를 정의하는데 사용되고, Palmgren-Miner linear damage 모델은 손상정도를 정량화 합니다. 이 그림은 프레임에 작용하는 von Mises 응력과 하중 대비 시간 그래프를 이용한 세 가지 일반화된 하중 사례를 나타냅니다.

▶ 누적손상 해석 설정

More Analysis Types: Shell, Plate, and Multibody Dynamics | Fatigue Module은 Solid Mechanics, Thermal Stress, Joule Heating and Thermal Expansion, Piezoelectric Devices지배식에 쉘, 플레이트, 다물체 동역학 인터페이스에 추가하여 사용 할 있습니다.

Nonlinear Structural Materials Module  

New Biomechanics Tutorial: Arterial Wall | 여기 새로운 예제는 혈관 벽에 있는 콜라겐성 유연조직을 모델링 함에 있어서 비등방성 초탄성 재질을 어떻게 적용하는 지를 보여줍니다. Holzapfel-Gasser-Ogden에 의한 조직 모델은 이러한 예제에서 사용됩니다.
 

▶ 그림은 혈관 벽의 매개체 혹은 외막에 있는 여러 가지 섬유군들에 대한 섬유질 방향성을 보여 줍니다. 혈관들은 혈관 내막이 적층으로 구성되어 있고, 여기에 매개체와 외막이 그 뒤를 따릅니다. 외벽 두 개의 적층은 주로 역학적인 거동에 의존합니다. 두 개의 적층은 현저한 변형 경화를 나타내는 콜라겐 유연조직으로 구성되어 있습니다. 콜라겐 섬유군들은 각각 적층되어 비등방성 물성의 성질을 보입니다. 이러한 섬유 강화 구조는 혈관이 큰 탄성 변형을 견뎌낼 수 있도록 합니다. 동맥 시험에서 관찰된 비등방성 비선형 구조응답에 관한 문헌 그림에서 Holzapfel-Gasser-Ogden (HGO) 모델이 기술되어 있습니다. 이 모델은 이러한 초탄성 재질이 COMSOL Multiphysics에서 어떻게 사용되는지 보여주고 있으며, 결과값은 발표된 문헌의 결과와 비교하고 있습니다.

Three New Hyperelastic Material Models | 새로운 세 가지 초탄성 재질 모델(Gent, Gao, Storakers)이 추가되었습니다: 이것은 고무 재질의 해석에 사용됩니다.

Acoustics Module  

Pipe Acoustics in the Frequency Domain | Pipe Flow Module을 함께 사용할 경우, Acoustic Module은 주파수 대역에서 유연체 관 시스템 내의 음향 전파 모델링을 고려할 수 있는 Pipe Acoustic 인터페이스를 제공합니다. 이러한 새로운 인터페이스는 여러 가지 유형의 종단 임피던스(end-impedance) 모델이 있는 라이브러리를 함께 제공하고 있습니다. 이러한 1차원 어플리케이션은 파이프 단면에서 평균화된 음압과 음향입자속도에 대해서 계산을 하며, 정상상태에서의 흐름은 선택적으로 포함시킬 수 있습니다. 이 인터페이스는 3차원에서는 모서리와 점으로, 2차원에서는 경계와 점으로 사용 가능합니다.
 

▶ 신규 모델인 Organ Pipe Design은 Pipe Acoustic 인터페이스의 사용 예를 보여줍니다. 그림은 기저 주파수의 공진 피크값과 3kHz 내에서 5개의 조화주파수 성분을 나타냅니다.

▶ 새로운 Pipe Acoustic 설정.

Additional Material Inputs for Thermoacoustics | Thermoacoustic 인터페이스를 위한 물성 입력은 압축성과 열팽창계수를 옵션으로 입력할 수 있도록 수정되었습니다. 이것은 사용자가 정의하는 임의의 유체 내에서나 비 표준 구성요소 관계에서 압축성 음향(음파) 전파 모델링이 가능합니다. 이러한 계수들 입력을 위한 여러 가지 옵션들이 있습니다.
 

▶ 새로운 열음향에 대한 물성 설정

New Model Tutorials | 아래와 같은 여러 가지 신규 예제 모델이 있습니다:

● Lumped Loudspeaker Driver
● Focused Ultrasound Induced Heating in Tissue Phantom
● Vibrating Micromirror with Viscous and Thermal Damping
● Vibrating Particle in Water with Thermoacoustic Material Parameters
 

▶ Lumped 모델을 사용한 스피커 드라이버. Thiele-Small 매개변수(small-signal 매개변수)가 더미 모델에 입력되는데, 이것은 Electric Circuit로 표현됩니다. 더미 모델은 주위의 공기 부분을 모델링에 묘사한 2차원 축대칭 Pressure Acoustics 모델과 연동됩니다. 출력값으로는 스피커감도, 임피던스, 관련 방사 음압과 같은 많은 결과값들이 있습니다. 결과값은 평판 피스톤으로 근사화된 모델의 이론결과와 비교하고 있습니다

▶ 점성감쇄 및 열 감쇄를 갖는 미소거울 진동. 미소거울은 특정 MEMS 장치에서 광학 요소 제어를 위해 사용됩니다. 공기에 둘러 싸인 미소거울 진동 모델은 Thermoacoustic-Shell Interaction 인터페이스를 fluid-solid에 추가하여 사용하기 때문에 외부 공기 영역에서 거울의 정확한 점성감쇄와 열 감쇄값이 포함되어 있습니다. 비틀림하중이 예상되는 거울의 공진 주파수는 주파수 영역에서 주파수 응답해석과 고유진동 해석에 의해 연구됩니다. 단순 RLC 모델이 이러한 시스템에 적합합니다.

▶ Tissue Phantom 내의 열을 유발하는 고강도 초음파. 이 모델은 고강도 초음파로 인해 발생하는 열이 피부조직 모델에 어떻게 적용하는 지를 보여주고 있습니다. 우선, 피부조직 내에서 음향강도 분포를 추출하기 위해 수중에서의 정상상태 음향영역과 피부조직을 모델링 합니다. 흡수된 음향 에너지가 계산된 후, 1초간 초음파에 노출된 피부조직의 가열과 냉각이 시간 의존영역에서 계산되고 Bioheat Transfer physics에 대한 열원으로 사용됩니다. 이 모델은 Acoustics Module 과 the Heat Transfer Module이 필요합니다.

AC/DC Module  

Boundary Coils | 아주 얇은 코일을 Boundary로 모델링 할 수 있습니다. 이 기능은 코일의 얇은 두께로 인한 많은 Mesh 및 메모리 사용을 피할 수 있습니다. Single-Turn과 Multi-Turn Coil조건을 2차원과 3차원 모델에서 모두 사용할 수 있으며, Single-Turn 코일 기능은 Skin effect를 포함하고 있으며, 이전에 사용할 수 있었던 Electric Currents, Shell 사용자 인터페이스와 유사합니다.
 

▶ 새로운 Boundary Coil 기능을 이용한 자기장 해석

New Magnetics Solver | AC/DC모듈의 새로운 솔버로 인하여 자기장 해석속도가 더욱 빨라졌습니다. Auxiliary Space Maxwell Solver(AMS)로 불리는 새로운 Preconditioner는 Iterative Solver의 옵션처럼 사용할 수 있으며, Vector Finite Element를 포함한 정적 해석이나 시변 자기장 해석 시 사용할 수 있습니다. 이 기능은 Multigrid의 Coarse-level Solver에서 Geometric Multigrid Solver(GMG)와 함께 사용되어 지며, 새 버전에서 자기장 해석 시 초기 솔버로 설정됩니다. 이 새로운 GMG+AMS솔버 조합은 작은 모델에서 20%정도 속도가 향상되었으며, 자유도가 수백 만개인 큰 모델에서는 더 큰 효율성을 가집니다.
 

New Boundary Conditions for Oxide Layers, Conductive Magnetic Shields, and Cracks in Metallic Components | Magnetic and Electric Fields 사용자 인터페이스에서 다음과 같은 몇몇 새로운 전기장과 자기장 경계조건들을 조합하여 사용하실 수 있습니다: Magnetic Shielding에서의 Electric Shielding, Electric Insulation과 Contact Impedance, Magnetic Continuity에서의 Electric Insulation과 Contact Impedance. 이러한 기능들은 산화층, 전기적으로 전도되는 자기 차폐층, 금속구조의 갈라진 틈들을 모델링 하는데 사용할 수 있습니다.
 

▶ AC/DC모듈에서의 전기적인 현상과 자기적인 현상에 대한 새로운 경계조건 조합

Coils: Updates to Coil Group Functionality and New RLC Coil Group | 코일 그룹을 Single Turn Coil기능에서 사용할 수 있으며, 별도의 기능으로는 제공되지 않습니다. 유사하게 Multi-Turn코일기능과 Boundary Coil기능에서도 코일 그룹을 설정할 수 있습니다. 이 새로운 기능은 서로 다른 도메인이지만, 평행하고 직렬 연결된 Single-Coil들을 묶을 수 있습니다.
새로운 RLC 코일그룹은 용량성으로 연결되어 있거나 다른 물리현상에 의해 면을 따라 전류가 흐르는 2차원코일과 함께 있는 3차원 코일을 근사화 하기 위해 사용되어 집니다. 이 기능은 전류 균형에 대해서도 포함하고 있으므로, 면을 따라 전류가 흐를 때, 유도되는 전위값은 용량성 결합에 의해 매 턴마다 다른 값이 유도되어 집니다. 많이 감긴 코일들을 쉽게 모델링 하기 위해, 형상 모델은 자동으로 도메인 숫자를 배정합니다.
 

▶ 감겨있는 중심축이 같은 두 개의 코일간의 상호 인덕턴스와 유도된 전류는 주파수 도메인 모델을 이용하여 해석하였으며, 2차 코일의 각 턴은 정확하게 모델링 하여 그 결과를 수학적인 예측결과와 비교하였습니다.

▶ AC/DC모듈의 새로운 RLC 코일 그룹 기능

Magnetic Field Formulation for Materials with Highly Nonlinear Resistivity | 저항율에 대한 비선형성이 큰 물성값 입력을 위한 새로운 인터페이스는 자기장에 대해서 Maxwell방정식으로 직접 표현된 수식을 사용하며, 이 기능은 초전도 물질을 해석하기 위해 중요한 기능입니다. 초전도 해석을 돕기 위해, 물성값 정의 부분에 새로운 "E-J 특성" 물질 정의 기능이 제공됩니다. 이 기능을 이용하면, 전류밀도가 전계에 대한 함수인 특별한 물질을 정의할 수 있습니다.
 

▶ 새로운 Magnetic Field Formulation지배식은 초전도에 대한 모델을 가능하게 합니다.

RC Parameter Extraction: Floating Potential Group | 저항과 정전 용량값을 추출하기 위한 새로운 Floating Potential 그룹은 많은 수의 Floating전극을 쉽게 정의할 수 있습니다. 경계면 들이 연결된 각각의 그룹은 서로 분리된 Floating전극으로 고려됩니다. 이 기능은 Electrostatics(정전용량 추출)과 Electric Current(저항값 추출) 지배식에서 사용할 수 있습니다.
 

▶ Floating potential그룹은 터치스크린과 유사하게 그림과 같이 전극의 배열에서 RC값을 계산하기 위해 적용됩니다. 터미널 조건을 이용하여 인가된 전압값을 로그스케일로 색으로 표현되어 있습니다.

▶ 새로운 Floating Potential그룹이 있는 Floating potential 설정

Electrical Contact | 새로운 Electrical Contact기능은 구조적인 압력에 의해 접촉면의 도전율에 대한 표면특성이 변하는 면사이의 전류를 계산할 수 있습니다. 이 기능은 높은 접촉 압력에 접촉이 더 많이 일어나는 것을 표현 합니다. 박막층을 통과하는 전류량은 박막층의 전기 도전율에 따라 전압차이에 비례합니다. 전기 전도율은 Structural Mechanics Module 이나 MEMS Module에 의해 해석된 구조적 접촉결과에 의해 미리 정의되어 있는 상관관계 곡선에 따라 계산되어지며, Electrical Contact기능은 Assembly의 Pair로 설정된 내부 경계에 적용하여 사용할 수 있습니다.
 

▶ 위의 Electrical Contact모델은 스위치에서 전기적,열적 현상을 포함한 다중물리 현상을 해석한 모델입니다. 전류와 열은 접촉면에서 한쪽부분에서 다른 쪽 부분으로 전달되며, 스위치는 원기둥 몸체에 접촉면은 평판 형태입니다. 열과 전기적은 저항은 접촉면에서 구조적인 접촉압력에 의해 결정되어 해석되었습니다.

▶ 새로운 Electrical Contact 설정 창

New Models | Model Library Update를 통하여 아래의 모델들을 확인하실 수 있습니다.
 

● Electrodynamic Bearing:
이모델은 수동적인 전기 역학 베어링의 동작을 해석하였습니다. 영구자석에 의해 생성된 자기장 속에서 전기도체로 구성된 로터가 회전하면 로터에 유도전류가 유도됩니다.  

● Homopolar Generator:
동극 발전기는 회전면에 수직인 균일 자기장 속에 회전하는 도체 디스크로 구성되어 있습니다. 이 예제는 구리도체와 회전 디스크를 통한 전류 흐름에 대한 모델입니다.  

● Static Field Modeling of a Halbach Rotor:
이 모델은 영구자석을 사용한 바깥방향으로 자속이 집중된 자성 로터의 정적 필드를 나타내고 있습니다. 이러한 자성 로터는 Halbach로터로 알려져 있습니다.  

● Axial Magnetic Bearing Using Permanent Magnets:
이 모델은 축방향 영구자석 베어링에 대한 자기력과 강성과 같은 설계요소를 어떻게 해석하는지 나타내고 있습니다.  

● Superconducting Wire
이모델은 새로운 Magnetic Field수식 유저인터페이스를 이용하여 새롭게 만들어 졌습니다.  

▶ 이 모델은 영구자석을 이용하여 바깥쪽 방향으로 자속이 집중되는 자성 로터의 정적 필드 모델링을 나타냅니다. 이러한 자성로터는 Halbach로터로 알려져 있으며, 모터나 발전기, 자성기어와 같은 회전 장비에서의 영구자석은 접촉이 없고, 마찰이 없는 동작이므로 일반적으로 사용되어집니다. 이 모델은 대칭성을 이용하여 로터의 단일 극만 모델링 한 후, 3차원 4극 로터의 자기장 해석을 어떻게 하는지 나타내고 있습니다.

RF Module  

Periodic Structures for Electromagnetic Waves | Periodic포트 조건을 3차원모델에서도 사용할 수 있습니다. Periodic포트는 고차 회절 현상을 가진 주기 구조에서의 가능한 모든 회절차수에 대하여 자동으로 계산하여 줍니다. 일반적으로 사용자는 직사각형이나 직육면체의 일반적인 주기구조를 설정하고, 입사파의 입사각을 설정하면 됩니다.
 

▶ 기울어진 TM wave를 금으로 된 창살에 입사한 모델로. 해석에 사용되는 주기구조의 크기는 선으로 표현되었습니다.

Lumped Elements | Lumped Element 경계조건을 이용한 Passive lumped 포트는 불필요한 입력 없이 쉽게 S파라메터 행렬을 계산할 수 있습니다. 이 기능은 세가지 종류(Uniform, Coaxial, User defined )의 Lumped Element를 사용할 수 있습니다. 주파수 해석 시, Z와 L, C를 입력할 수 있습니다. 시간에 대하여 해석 시, Z값을 입력할 수 있습니다.
 

▶ 새로운 Lumped Element 사용자 인터페이스

Analytical Circular Port in 3D | 3차원 모델에서 사각포트 기능을 사용하는 것과 유사하게, 특정모드를 발생시킬 수 있는 원형 포트에 대한 기능이 제공됩니다. 이 기능은 주파수 해석 시에만 사용할 수 있으며, TE모드와 TM모드를 발생시킬 수 있습니다.
 

▶ 새로운Circular Port 설정

MEMS Module  

Thermal Expansion for Piezoelectric Devices | 압전체에 대한 열팽창 해석을 사용자 인터페이스를 이용하여 쉽게 할 수 있으며, 사용되는 온도는 상수나, 수식으로 입력하거나 열해석을 통한 온도 결과값을 가진 변수를 이용하여 설정할 수 있습니다.
 

▶ 구조해석에서 Heat Transfer Module과 연동한 Thermal Expansion 설정

Plasma Module  

Collisionless Heating | 기존의 Hagelaar모델에 무충돌(Collisionless) 가열기능이 추가 되었습니다. 이 기능은 무충돌 가열 영향을 구현하기 위한 전자에 대한 열원을 추가할 수 있는 기능으로, 2차원 축 대칭 모델에서 사용 할 수 있으며, Out of Plane electron drift velocity를 설정하기 위한 추가적인 변수가 존재합니다.
 

▶ 플라즈마 모듈의 무충돌 가열 설정창

Chemical Reaction Engineering Module  

Thin Impermeable Barrier | 새로 나온 경계 조건인 Thin Impermeable Barrier은 다수의 물질전달식에서 내부 경계로 허용되고 있습니다. 이는 양측간의 질량 플럭스가 없는 두 유체간의 벽(wall) 조건으로 정의되어 집니다. 내부 경계 조건으로 얇은 벽을 표현하고자 할 때 유용합니다. 양단간의 질량 플럭스를 없애기 위한 촘촘한 격자를 야기할 수 있는 솔리드 영역을 더 이상 구현할 필요가 없습니다. Thin Impermeable Barrier은 Interior Wall 또는 Rotating Interior Wall 경계 조건과 같이 사용할 수 있습니다. Thin Impermeable Barrier boundary condition은 다음 인터페이스에서 유용합니다: Transport of Concentrated Species, Solute Transport (Subsurface Flow Module), Species Transport in Porous Media, Reacting Flow.

Batteries & Fuel Cells Module  

New and Updated Models | Batteries & Fuel Cells Module의 Model Library에 다음 예제 모델이 추가되었습니다:

● Fuel Cell with Serpentine Flow Field
● Lithium-Ion Battery Model with Multiple Intercalating Electrode Materials
● Single Particle Model of a Lithium-Ion Battery
 

또한,Vanadium Redox Flow Battery모델이 수정되었습니다.

▶ Fuel Cell with Serpentine Flow Field. 이 예제는 고분자전해질연료전지에서의 채널과 기체확산층(GDL)에서의 유체 및 농도를 계산한 것입니다. 음극반응은 경계 조건으로 처리되었으며, 국부전류밀도는 과전압과 산소농도에 종속적입니다. 국부전류밀도는 분산DAE를 사용하여 음극경계에서 계산되어 졌으며, 양극, 멤브레인, GDL 전압손실은 lumped resistance사용으로 이 모델에 포함되어 있습니다.

Limiting Current Density and Edge Electrode | Porous Electrode Reaction과 Electrode Reaction의 Electrode Kinetics에 Limiting Current Density가 들어왔습니다. Secondary Current Distribution에 Edge Electrode가 추가되었습니다. 3차원에서 선(edge)의 접선 방향으로 전류전도를 해석하기 위해 Edge Electrode이 사용되어 집니다. 이 조건은 COMSOL환경에 처음으로 도입된 것으로, 특히 전극표면의 수직방향으로 전극내의 전위변화가 무시가 되는 긴 파이프, 얇은 전선과 같은 구조에 적당합니다. 이 가정으로 얇은 전극 도메인을 1차원 집중 편미분식으로 구현된 선으로 대체할 수 있습니다. 이 방법을 통해 해석 크기를 줄일 수 있고, 얇은 막에서의 비등방 격자로 된 잠재적 문제를 피할 수 있습니다. Edge Electrode Reactions은 Edge Electrode에 전극반응이 덧붙여진 것입니다. 이 기능은 Batteries & Fuel Cells, Electrodeposition, Corrosion, Electrochemistry Modules에서 구현할 수 있습니다.
 

Electroanalysis | 새로 도입된 Electroanalysis 인터페이스는 전기활성종의 농도를 계산하여, 확산-대류식이 적용된 전해질내의 희석종에 대한 물질전달계산에 대한 식, 경계조건, 반응식형태를 제공하고 있습니다. 이 식은 저항손실을 무시할 수 있는 대량의 불활성 공급 전해질이 포함된 전해질 용액에서 적용됩니다. 이 인터페이스에는 순환전류전압법을 구하기 위한 미리 만들어진 함수가 존재합니다. Electroanalysis 인터페이스는 Batteries & Fuel Cells, Electrodeposition, Corrosion, Electrochemistry Modules에 있습니다.
 

▶ Electroanalysis 인터페이스

Easy Switching Between Primary and Secondary Current Distributions | Secondary Current Distribution에 있는 Primary / Secondary Current Distributions 인터페이스 간의 전환이 쉽게 Current Distribution Type property에서 구현할 수 있습니다. Model Wizard에 있는 Primary Current Distribution와 the Secondary Current Distribution는 Current Distribution Type property에서 다른 초기값을 가지고 있지만, Secondary Current Distribution인터페이스를 사용할 수 있게 되었습니다. 이 기능은 Batteries & Fuel Cells, Electrodeposition, Corrosion, Electrochemistry Modules에서 사용 가능합니다.
 

Additional Intercalating Material | Lithium Ion Battery and Battery with Binary Electrolyte인터페이스에서 Additional Intercalating Material 기능을 사용할 수 있게 되었습니다.
 

▶ Additional Intercalating Material 설정

Corrosion Module  

Limiting Current Density and Edge Electrode | Porous Electrode Reaction과 Electrode Reaction의 Electrode Kinetics에 Limiting Current Density가 들어왔습니다. Secondary Current Distribution에 Edge Electrode가 추가되었습니다. 3차원에서 선(edge)의 접선 방향으로 전류전도를 해석하기 위해 Edge Electrode이 사용되어 집니다. 이 조건은 COMSOL환경에 처음으로 도입된 것으로, 특히 전극표면의 수직방향으로 전극내의 전위변화가 무시가 되는 긴 파이프, 얇은 전선과 같은 구조에 적당합니다. 이 가정으로 얇은 전극 도메인을 1차원 집중 편미분식으로 구현된 선으로 대체할 수 있습니다. 이 방법을 통해 해석 크기를 줄일 수 있고, 얇은 막에서의 비등방 격자로 된 잠재적 문제를 피할 수 있습니다. Edge Electrode Reactions은 Edge Electrode에 전극반응이 덧붙여진 것입니다. 이 기능은 Batteries & Fuel Cells, Electrodeposition, Corrosion, Electrochemistry Modules에서 구현할 수 있습니다.
 

Infinite Electrolyte and Electroanalysis | 해석 영역보다 훨씬 큰 영역에서의 전해질 내에서의 전류분포를 해석하기 위해, Infinite Electrolyte 경계 조건이 도입되었습니다. 이는 Secondary Current Distribution과 Corrosion, Secondary 인터페이스에 존재합니다. 새로 나온Electroanalysis 인터페이스로 전기활성종 농도를 계산함으로써, 확산-대류식을 이용해 전해질내의 희석종에 대한 물질전달 해석이 가능합니다. 이 기능은Electrodeposition, Batteries & Fuel Cells, Corrosion, Electrochemistry Modules에서 지원합니다.
 

New Models | 다음 사례가 Corrosion Module의 Model Library에 추가가 되었습니다:
 

● Isolator Thickness Effect:
매개변수해석을 이용해 갈바니부식에서의 알루미늄 절연체 두께의 효과를 해석한 모델입니다.  

● Corrosion Protection of a Ship Hull:
이 예제는 샤프트와 프로펠러 보호를 위해 ICCP(Impressed Current Cathodic Protection)을 사용한 선체 주위에서의 2차 전류 분포를 보여주고 있습니다.  

● Localized Corrosion:
이 예제는 대표적인 단면미세구조구성에 대한 마그네슘합금의 서로 다른 상간의 갈바니부식을 보여주고 있습니다.  

▶ 이 예제는 샤프트와 프로펠러 보호를 위해 ICCP(Impressed Current Cathodic Protection)을 사용한 선체 주위에서의 2차 전류 분포를 보여주고 있습니다.>

Easy Switching Between Primary and Secondary Current Distributions | Secondary Current Distribution에 있는 Primary / Secondary Current Distributions 인터페이스 간의 전환이 손쉽게 Current Distribution Type property에서 구현할 수 있습니다. Model Wizard에 있는 Primary Current Distribution와 the Secondary Current Distribution는 Current Distribution Type property에서 다른 초기값을 가지고 있지만, Secondary Current Distribution인터페이스를 사용할 수 있게 되었습니다. 이 기능은 Batteries & Fuel Cells, Electrodeposition, Corrosion, Electrochemistry Modules에서 사용 가능합니다.

Electrodeposition Module  

Rotating Cylinder Hull Cell | 이 예제는 RCH(Rotating Cylinder Hull) cell에서 비균일한 전류, 전위, 농도 분포를 보여주고 있습니다. 1차, 2차, 3차 전류 분포를 비교하여, 모델에서의 복잡성이 어떻게 구성이 되는가를 보여주고 있습니다. 이 예제는 논문을 기반으로 만들어졌습니다. 축대칭모델이며, 1차, 2차, 3차 전류분포를 비교하였습니다.
 

▶ 전해질 전위 및 3차 과전압을 보여주고 있는Rotating Cylinder Hull 모델

Easy Switching Between Primary and Secondary Current Distributions | Secondary Current Distribution에 있는 Primary / Secondary Current Distributions 인터페이스 간의 전환이 손쉽게 Current Distribution Type property에서 구현할 수 있습니다. Model Wizard에 있는 Primary Current Distribution와 the Secondary Current Distribution는 Current Distribution Type property에서 다른 초기값을 가지고 있지만, Secondary Current Distribution인터페이스를 사용할 수 있게 되었습니다. 이 기능은 Batteries & Fuel Cells, Electrodeposition, Corrosion, Electrochemistry Modules에서 사용 가능합니다.
 

Limiting Current Density and Edge Electrode | Porous Electrode Reaction과 Electrode Reaction의 Electrode Kinetics에 Limiting Current Density가 들어왔습니다. Secondary Current Distribution에 Edge Electrode가 추가되었습니다. 3차원에서 선(edge)의 접선 방향으로 전류전도를 해석하기 위해 Edge Electrode이 사용되어 집니다. 이 조건은 COMSOL환경에 처음으로 도입된 것으로, 특히 전극표면의 수직방향으로 전극내의 전위변화가 무시가 되는 긴 파이프, 얇은 전선과 같은 구조에 적당합니다. 이 가정으로 얇은 전극 도메인을 1차원 집중 정수 편미분식으로 구현된 선으로 대체할 수 있습니다. 이 방법을 통해 해석 크기를 줄일 수 있고, 얇은 막에서의 비등방 격자로 된 잠재적 문제를 피할 수 있습니다. Edge Electrode Reactions은 Edge Electrode에 전극반응이 덧붙여진 것입니다. 이 기능은 Batteries & Fuel Cells, Electrodeposition, Corrosion, Electrochemistry Modules에서 구현할 수 있습니다.
 

Infinite Electrolyte and Electroanalysis | 해석 영역보다 훨씬 큰 영역에서의 전해질 내에서의 전류분포를 해석하기 위해, Infinite Electrolyte 경계 조건이 도입되었습니다. 이는 Secondary Current Distribution과 Corrosion, Secondary 인터페이스에 존재합니다. 새로 나온Electroanalysis 인터페이스로 전기활성종 농도를 계산함으로써, 확산-대류식을 이용해 전해질내의 희석종에 대한 물질전달 해석이 가능합니다. 이 기능은Electrodeposition, Batteries & Fuel Cells, Corrosion, Electrochemistry Modules에서 지원합니다.

Optimization Module  

Optimization Study | Optimization study는 gradient based / gradient free optimization methods을 지원하며, 아래와 같습니다:
 

Gradient-Based Optimization Methods
● SNOPT
● Levenberg-Marquardt
 

Gradient-Free Optimization Methods
● Nelder-Mead
● Monte Carlo
● Coordinate search
 

gradient-free optimization methods에서 목적함수 합(기본), 목적함수 최대 / 최소와 같은 다양한 목적함수 방식을 선택할 수 있습니다.
 

▶ Optimization 설정 창

▶ Optimization study 노드

Updated and New Models | Optimization Module Model Library에 있는 다음 모델은 최적화를 위해 Optimization study를 사용한 것입니다:

● LTuning Fork Optimization
● Curve Fit Mooney-Rivlin
● Horn Shape Optimization (Acoustics Module 필요)
● Optimal Cooling (Chemical Reaction Engineering Module 필요)
● Pipeline Insulation (Pipe Flow Module 필요)
● Bowtie Antenna (RF Module 필요)

 

▶ Optimization study을 활용한 최적화된 나비넥타이 모양의 안테나

Material Library  

Control which Model a Material is Added To | 모델 트리에서 하나 이상의 모델이 존재할 때, 어느 모델에 물성 값을 추가할지 선택할 수 있습니다.
 

Particle Tracing Module  

Velocity Reinitialization | 입자의 속도는 지정된 특정 식을 충족하는 경우 임의로 변경될 수 있습니다. 이것은 일반적인 Monte Carlo 해석에 사용되어 지고, Particle Tracing Module의 모든 사용자 인터페이스에서 사용할 수 있습니다.
 

▶ Particle Tracing Module에서의 새로운 속도 재초기화 설정

Monte Carlo Elastic Collisions | Monte Carlo 탄성 충돌 옵션은 Charged Particle Tracing 사용자 인터페이스에서의 탄성 충돌 힘 기능을 통해 사용할 수 있습니다. 높은 확률로 발생하는 충돌에 대해 입자 속도를 불연속적으로 변화시킵니다. 충돌 확률은 충돌 단면적과 배경 수밀도(Backgrund number density)에 의해 결정됩니다. 이 모델링 옵션은 이온 퍼넬(ion funnel) 과 이온 이동성 스펙트럼같이 배경 압력이 진공인 입자 운동에 유용합니다.
 

▶ Particle Tracing Module에서의 Monte Carlo 충돌 모델 설정

Changing Auxiliary Variables | 교차되거나 접촉된 경계나 벽(Wall) 경계 조건에서의 보조 종속 변수 값을 변경하는 것이 가능합니다. 이 값은 입자 변수와 모델 변수를 결합한 함수입니다. 이것에 대한 간단한 예로 입자가 벽에 부딪치는 횟수를 계산할 때 사용할 수 있습니다.
 

▶ Particle Tracing Module의 업데이트된 벽 조건 설정