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[導(dǎo)讀]集成材料和工藝模擬與仿真平臺

在眾多材料和工藝仿真方面的軟件中,COMSOL Multiphysics以其多物理場耦合方面的優(yōu)勢和靈活的外部應(yīng)用程序接口(API),使得COMSOL Multiphysics在多物理場求解方面展現(xiàn)出了非凡的解決問題的能力。中山大學(xué)黃智恒教授一直致力于集成材料/工藝模擬與仿真方面的研究,最近黃教授巧妙地將材料熱力學(xué)計算軟件MTDATA以及科學(xué)計算軟件MATLAB,成功地應(yīng)用到了COMSOL Multiphysics多物理場耦合計算中,解決了一系列材料動力學(xué)問題,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了以COMSOL Multiphysics 為核心的集成材料與工藝仿真平臺。

  一、COMSOL Multiphysics與MATLAB的接口

  COMSOL Multiphysics提供了與MATLAB的完美接口—— LiveLink for MATLAB。在整體環(huán)境下,用戶可以像在MATLAB中那樣保存和運行文件,為用戶使用其他建模方法自由地對基于模型的偏微分方程、模擬運算和結(jié)果分析進(jìn)行整合提供了方便。

  運行COMSOL with MALTAB模式,不但可以讓COMSOL Multiphysics調(diào)用MALTAB內(nèi)核及其所包含的所有工具箱,更能夠使用命令行的形式操作物理模型,如圖1所示。

  二、COMSOL Multiphysics與MTDATA的接口

  由于COMSOL Multiphysics與MATLAB的無縫鏈接,任何一個COMSOL Multiphysics創(chuàng)建的模型(.mph文件)都可以保存為MATLAB m文件,并在MATLAB環(huán)境中運行。所以,MATLAB與 MTDATA的接口可以應(yīng)用于COMSOL Multiphysics中。需要注意的是,COMSOL Multiphysics模型在調(diào)用MTDATA DLL中的函數(shù)和子程序時,只需被載入(load)一次。如果MTDATA DLL已經(jīng)被載 入內(nèi)存中,而再次重復(fù)載入時就會提示鏈接錯誤。

  COMSOL Multiphysics與MTDATA、MATLAB三種軟件之間的鏈接機(jī)制,如圖2所示。

[!--empirenews.page--]焊料組分和尺寸效應(yīng)對銅焊點溶解的影響,如圖5所示。

 

  以Cu-Sn兩元素四相(Sn、Cu6Sn5、Cu3Sn以及Cu)系統(tǒng)為例,首先在COMSOL Multiphysics中創(chuàng)建有限元幾何模型和劃分網(wǎng)格,如圖3所示。

 

  擴(kuò)散方程通過COMSOL Multiphysics中的PDE模式的一般形式(General From)進(jìn)行定義和求解。化學(xué)勢與摩爾體積利用MATLAB與MTDATA的接口進(jìn)行計算,從而求解動力學(xué)過程圖。在浸焊過程中,銅溶解動力學(xué)過程仿真結(jié)果,如圖4所示。

 

 

  利用COMSOL Multiphysics模擬的材料晶體生長過程,如圖6所示。 界面微結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果,如圖7所示。

  相場晶體模型模擬結(jié)果,如圖8所示。


  四、COMSOL Multiphysics靈活的API

  COMSOL Multiphysics是一款業(yè)界領(lǐng)先的科學(xué)仿真軟件,主要是利用偏微分方程來對系統(tǒng)建模和仿真。它的特別之處在于它的多物理場耦合處理能力。從事專業(yè)科學(xué)研究的科研人員也可以開發(fā)具有專業(yè)用戶界面和方程設(shè)置的附加模塊?,F(xiàn)在,已經(jīng)有的模塊包括化工、地球科學(xué)、電磁場、熱傳導(dǎo)、微機(jī)電系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)力學(xué)等模塊。軟件可以在多種操作系統(tǒng)上使用,包括Windows、Linux、Solaris和HP-UX等系統(tǒng)。其他可選軟件包有CAD輸入模塊以及COMSOL化學(xué)反應(yīng)工程實驗室等。

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