基于comsol的仿真实验
基于comsol的肺部EIT仿真研究
ａ ｔｖ ｔ ． ｃ ｉｉｙ
【 ｙｗ ｒ ｓＣ ＭＳ Ｌ；ｕｍ ｎｒ ｏ ｅ ｏ ｕ ｎ ； ａｄｏ ｕｍ ｎｒ ｏ ｉｒ ｇ Ｋｅ ｏｄ ］ Ｏ Ｏ Ｐ ｌｏ ａｙｍ ｄｌ ｆ ｍａ Ｃ ｒｉｐｌ ｏ ａｙｍ ｎｔ ｎ ｈ ｏ ｉ
０ 前 言
医学 电 阻 抗成 像 技 术 （ ｌ ｔｃ ｍｐｄｎ ｅＴ ｍ ￣ａｈ ， Ｉ 是 当 Ｅｅ ｒ ａ Ｉ ｅ ａｃ ｏ ｏ ｐ ｙ ＥＴ） ｃ ｉｌ
ｈ ｍａ ｕ ｇ ｔ ｓ ｅ ｕ ｉｇｔ ｅ ｓｆ ｒ ｕ ｎ ｌｎ ｉ ｕ ｓｎ ｈ ｏｔ ｅ ＣＯＭＳ ａｙ ｔｅ ｉ ａ ｔｏ ｈ ｏ ｄ ｃｉｉ ｈ ｇ ｓｉ ｉｓ ｅ ｄ ｏｇ ｎ ｏｍｅ ｓ ｓ ｗａ ＯＬＡｎ ￣ ｈ ｍｐ ｃ ｆｔｅ ｃ ｎ ｕ ｔｖｔ ｃ ａ ｅ ｎ ｔ ｕ ｓ ａ ｒａ ｓｔ ａ ｌ ｙ ｎ ｓ ｎ ｄ ｔ ｈｏ ｇ ｌ ａａｔ ｒｕ ｈ ｔｌ ｅ
１ 肺 部模 型 建 模
通 常 ， 们 对 圆 形 场往 往 进 行 建 模 求 解 ， 是 对 于 肺 部 Ｅ Ｔ系 统 ， 实验 结 果 如 表 １ 示 。 我 但 Ｉ 所
圆形 场 域 难 以 较 好 地 模 拟 人 体肺 部 的 形 状 特 性 ． 此 ． 了 更 好 的 模 为 为
卡门涡街的Comsol仿真实验报告
课程名称：大学物理实验（二）实验名称：卡门涡街的Comsol仿真通用求解器。
三、实验仪器：3.1仪器选择SOL物理建模软件3.2模型与参数1.本实验研究流体流经圆柱体后的卡门涡街现象，不考虑沿圆柱体方向的流动，因此可在圆柱体的横切面内进行仿真。
建模时选择二维层流，让圆柱位于一个长方形内的左端，流体从左端流入，右端流出如下图所示图3.1卡门涡街仿真图采用的参数值为：流速u=1m/s，流体流过区域的宽度W=2.2m，高度H=0.41m，圆柱半径R=0.05m，圆柱中心与左侧和下边界的距离均为0.2m。
流体密度ρ=1kg/m3，动力粘度μ=10-3Pa∙s(注：设置中使圆柱体略偏离中心，以触发涡流。
)2.纳维-斯托克斯方程、质量守恒方程实验中圆柱是固体，流体假设是不可压缩的。
需要考虑的耦合为流体-固体耦合，求解的方程是ρ(ðuðt +u⋅∇u)=−∇P+μ∇⋅(∇u+(∇u)T−23(∇⋅u)I)+F (3)ðρðt+∇⋅(ρu)=0 (4)u：流体流速,P：流体压力，ρ：流体密度，μ：流体动力粘度，F：作用在流体上的外力。
这个方程比较复杂，但COMSOL自带的通用求解器可以直接求解。
由于我们更关注流经圆柱体附近的气流，故在入口处设置流体的初速度沿高度方向呈抛物线分布。
实验中还使用一个阶跃函数逐渐提升流入速度。
3.流体的速度随时间在变化，所以求解时选择“瞬态”。
圆柱体在流体中的受力可投影为水平方向的曳力（FD）和竖直方向的升力（FL），如图所示。
图3.2流体受力图升力和曳力也随时间变化。
因此，相对求解升力和曳力本身，无量纲的升力系数C L 和曳力系数C D ：C L =2F L ρU mean 2A (5)C D =2F D ρU mean 2A (6)其中U mean 是设置的平均速度，ρ是流体密度，A 是圆柱在流速方向的投影面积（圆柱厚度与直径的乘积）。
四、实验内容及步骤：4.1建模本实验的的建模与仿真可分为八步：1.模型向导2.参数定义3.几何建模4.材料设置5.层流设置6.划分网格7.研究求解8.结果分析操作步骤：1.模型向导1) 打开COMSOL 软件，在新建窗口中单击模型向导；2) 在模型向导窗口中，单击二维；3) 在选择物理场树中双击流体流动 单相流 层流；4) 单击添加，然后单击下方的研究；5) 在选择研究中选择一般研究 瞬态；6) 单击底部的完成；2.参数定义1) 在左侧模型开发器窗口的全局定义节点下，单击参数1；2) 在参数的设置窗口中，定位到参数栏；3) 在表中输入以下设置：图4.1 设置示范图4) 在左侧主屏幕工具栏中单击f(x)函数，选择全局 阶跃；5) 在阶跃的设置窗口中，定位到参数栏；6) 在位置文本框中输入0.1；3.几何建模1) 在上方的几何工具栏中单击矩形；2)在矩形的设置窗口中，定位到大小和性质栏；3)在宽度文本框输入W，在高度文本框输入H；4)单击构建选定对象；5)在上方的几何工具栏中单击圆；6)在圆的设置窗口中，定位到大小和性质栏；7)在位置栏的x文本框输入0.2，在y文本框输入0.2；8)定位到大小和形状栏，在半径文本框中输入R；9)单击构建选定对象。
基于COMSOL4.2的波导模式特性仿真
ｔ ｉ ｍ ｅ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ
基于comsol的声表面波器件仿真
I T 技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald74声表面波器件简单来说就是一个模拟电信信号处理的一种器件，主要的原理是利用压电介质中传播的声表面波。
声表面波的传播路径也和其他器件不一样，是沿固体传播的。
20世纪70年代，有人发明了叉指型的金属超声换能器，使其在压电晶体的表面上激发表面波的技术，这才在很多的领域引起关注，并且得到了广泛的应用。
才慢慢地形成了一种声表面波器件。
声表面波几个很显著的特点：首先是声表面波的传播速度，是比电磁波要慢很多倍的，因此在它的传播路径上就能够轻易地取样样本来处理。
声表面波器件能够提供给其他方法得不到的信号处理功能，这一功能的实现范围是在高频和超高频波段内，其形式也十分简单。
因此声表面波器件在很多领域都能够受到十分广泛的应用，这其中就包括雷达、通信和电子对抗。
由此可见声表面波是一种弹性声波，只在固体表面传播，表面以下几个波长的深度是其能量的聚集区域。
首先需要明确的是，器件仿真工作是研究声表面波器件制作以及设计的基础,以往的设计和制作通常会出现材料浪费的现象，而且设计的效率并不高，而通过仿真就可以完全避免这些情况的发生。
耦合模型、等效电路模型等都是仿真声表面波器件的很实用的方法，数据分析是通过编写代码的方式呈现的。
不过现在也是出现了大量的分析软件，比如A N S O F T、A N S Y S ，这样的话，流程就可以不用像之前那样的繁琐，通过软件即可进行完整的数据分析。
声表面波是一种可以把能量集中在固体表面的沿固体表面的传播性质的弹性波,可以利用电压基片表面的差值换能器在两个波长的范围内,在传感以及通信等等领域进行有效的激发saw器件。
这是被人广泛应用的，通过近几年的研究，saw 器件结构更加的人性化，不再仅仅是之前的以半无限压电基片的叉指换能器0形式的结构了。
乐甫波就器件是其中一种更加人性化的器件，它可以在叉指换能器的表面溅射一层很重要的薄膜。
基于COMSOL的树脂基复合材料固化成型过程多场耦合仿真
20mm孔
30 27
20
厚度超差\mm
0.4
0.2
厚度超差基线0[mm]
0.0
-0.2
Φ12mm孔
Φ20mm孔
-0.4
1
2
3
4
5
位置
厚度偏差
当硅橡胶芯模预制调型孔孔径为12mm时，辅助成型的帽型加筋结构制件 成形精度较好。
四、基于COMSOL的复合材料帽型件的建模仿真
仿真结果分析-预制调型孔最佳尺寸范围的确定
无孔
Φ6mm孔
内、外模具辅助成型复合材料帽形制件示意图
Φ12mm孔
Φ20mm孔
不同结构硅橡胶芯模
本文通过在硅橡胶芯模内部预制调型孔，实现硅橡胶芯模在固化过程中的压力可
控，但是预制调型孔孔径的大小与帽型制件成型质量紧密相关，需要建立基于压力 场均匀调控的调型孔孔径模型，最终实现对帽型制件的维形保压效果。
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
时 间 \s
Φ12.5mm孔
Φ11.5mm孔
Φ12.5mm孔
当硅橡胶芯模预制调型孔孔径为11.5~12.5mm时，辅助成型的帽型加筋结构制件固化 压力较均匀，并且能够较好维持初始设计尺寸。可确定对于该类复合材料帽型加筋结 构成型所需硅橡胶芯模调型孔孔径的最佳尺寸范围为d=11.5mm~12.5mm。
m (1Vf
) ( m 12 f )(km (k f Gm )km
k f )Gm (1Vf )Vf (k f km )GmVf
23
2 E1k T
E1E2 2E1kT
4122kT
基于comsol的仿真实验
一、实验目的熟悉掌握COMSOL Multiphysics软件，通过3D有限元建模方法，建立铂电极-玻璃体-视网膜的分层电刺激模型。
深入研究电极如何影响电刺激效果，系统的分析了电极尺寸、电极到视网膜表面的距离等参数对视网膜电刺激的影响，为视网膜视觉假体刺激电极的刺激效果提供指导意义，进一步优化电刺激效果，达到提高人工视觉的修复效果。
二、实验仪器设备计算机，COMSOL Multiphysics软件三、实验原理影响视网膜电刺激效果的因素有许多：电极尺寸、电极距视网膜距离、电极形状、电极排列等，这里主要从电极尺寸，电极距视网膜距离来探讨。
视网膜电刺激模型通过参考视网膜解剖结构构建，电刺激的有效响应区域取决于神经节细胞层（GCL）电场强度是否大于1000V/m，当大于该值时认为该区域神经节细胞能够兴奋，进而指导电极尺寸、电极距视网膜距离的参数。
四、实验内容根据视网膜的解剖结构来构建相应的视网膜分层模型，模型总共分为8层：玻璃体层，神经节细胞层，内网状层，内核层，外网状层，外核层，视网膜下区域，色素上皮层，脉络膜及巩膜。
根据视网膜各层的导电特性来设定相应的导电率，模型构建，设置边界条件。
在电极处施加相应电流刺激，规定神经节细胞层（GCL）电场强度（>1000V/m）时认为能够引起视神经细胞兴奋，在确定的电流强度下，神经节细胞层（GCL）层电场强度大于1000V/m的区域认为有效响应区域，进而判断电极刺激的有效响应区域，指导电极尺寸r和电极距视网膜距离h等参数设置。
其具体实验步骤如下所示：1、根据视网膜的解剖特性构建视网膜分层模型。
模型在三维模式下电磁场子目录下的传导介质DC场下建立。
进入建模窗口后，在绘图栏下设置模型为圆柱体，输入各部分的长宽高数值，轴基准点为圆柱体的圆心坐标。
模型分为9层（11个求解域），其示图如下：图1 视网膜分层模型2、模型建好后，在菜单栏下的物理量里面选择求解域设定，对示图的11个求解域进行设定传导率，如图2所示，其中每一层的电导率情况参考于视网膜导电特性。
基于COMSOL对涂布垫片流体仿真分析研究
基于COMSOL对涂布垫片流体仿真分析研究基于COMSOL对涂布垫片流体仿真分析研究摘要：涂布垫片是一种常用于涂布加工的辅助材料，在工业生产中发挥着重要的作用。
然而，涂布垫片的流体动力学特性对于涂布加工过程的稳定性和成品质量具有重要影响。
本文利用COMSOL多物理场仿真软件，对涂布垫片的流体动力学行为进行了模拟和分析。
通过在仿真模型中引入流体动力学模块，对涂布垫片在不同工艺参数下的沉降速度、流速分布以及垫片表面的压力分布进行了研究，并对结果进行了分析和讨论。
研究结果有助于深入理解涂布垫片的流体行为，并为优化涂布工艺提供了理论指导。
关键词：涂布垫片；流体动力学；COMSOL；仿真分析1. 引言涂布加工是一种常用于制备薄膜、涂层等材料的工艺方法，广泛应用于电子、光学、纺织等领域。
而涂布垫片作为涂布加工中的辅助材料，可以起到分散、传输和润湿等功能，对于提高涂布加工的效率和成品质量具有重要作用。
涂布垫片的形状、孔隙结构以及材料特性等因素对涂布过程中的流体动力学行为具有重要影响。
因此，对涂布垫片的流体行为进行深入研究与分析，对于优化涂布工艺具有重要意义。
2. 方法与模型建立本研究利用COMSOL多物理场仿真软件构建了涂布垫片的流体动力学模型。
首先，通过实验测量得到涂布垫片的几何尺寸和孔隙结构参数，并在COMSOL中进行了几何模型的建立。
根据涂布垫片属于多孔介质的特点，引入了流体动力学模块，并设置了合适的边界条件和流体参数。
同时，为了保证仿真结果的准确性和可靠性，还参考了相关研究成果和经验设定了模型的物理参数和边界条件。
3. 结果与讨论通过COMSOL软件进行模拟计算，得到了涂布垫片在不同工艺参数下的沉降速度、流速分布以及垫片表面的压力分布。
在模拟过程中，考虑了涂布垫片孔隙结构的影响，模拟了流体在孔隙中的流动行为，达到了更真实可靠的仿真效果。
首先，通过仿真计算得到了涂布垫片在不同工艺参数下的沉降速度。
结果表明，沉降速度与涂布垫片孔隙率、粘度等因素密切相关。
基于COMSOL的树脂基复合材料固化成型过程多场耦合仿真
20mm孔
30 27
20
厚度超差\mm
0.4
0.2
厚度超差基线0[mm]
0.0
-0.2
Φ12mm孔
Φ20mm孔
-0.4
1
2
3
4
5
位置
厚度偏差
当硅橡胶芯模预制调型孔孔径为12mm时，辅助成型的帽型加筋结构制件 成形精度较好。
四、基于COMSOL的复合材料帽型件的建模仿真
仿真结果分析-预制调型孔最佳尺寸范围的确定
0.23
侧面均设置成固定约束且无流动；盖板/预制体 常压热容(J/(kg*K)) 480
800
以及芯模/预制体之间分别定义成独立的接触对， 忽略界面传热系数及界面摩擦系数，在传热和
热膨胀系数(1/K) 12.32×10
3.15×10
传压模块中定义接触对连续。
四、基于COMSOL的复合材料帽型件的建模仿真
dα dt
(K1
K 2α)(1
α)(0.47
α)(α
0.3)
dα
dt
K3(1 α)(α
0.3)
K j A jexp(E j/RT)(j 1,2,3)
树脂流速vi 树脂体积分数Vr
温度T
固化度α
代入黏度方程： exp(U / RT K)
面临的挑战
复合材料制件固化成型过程多物理场交互耦合，使得数值模拟 难以实现其精确预测和控制。
一、课题研究背景、现状与思路
课题研究思路
固化工艺参数
材料时变参数
热-化学模型
固化度 温度
热-流-固强耦合
固化度
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一、实验目的
熟悉掌握COMSOL Multiphysics软件，通过3D有限元建模方法，建立铂电极-玻璃体-视网膜的分层电刺激模型。
深入研究电极如何影响电刺激效果，系统的分析了电极尺寸、电极到视网膜表面的距离等参数对视网膜电刺激的影响，为视网膜视觉假体刺激电极的刺激效果提供指导意义，进一步优化电刺激效果，达到提高人工视觉的修复效果。
二、实验仪器设备
计算机，COMSOL Multiphysics软件
三、实验原理
影响视网膜电刺激效果的因素有许多：电极尺寸、电极距视网膜距离、电极形状、电极排列等，这里主要从电极尺寸，电极距视网膜距离来探讨。
视网膜电刺激模型通过参考视网膜解剖结构构建，电刺激的有效响应区域取决于神经节细胞层（GCL）电场强度是否大于1000V/m，当大于该值时认为该区域神经节细胞能够兴奋，进而指导电极尺寸、电极距视网膜距离的参数。
四、实验内容
根据视网膜的解剖结构来构建相应的视网膜分层模型，模型总共分为8层：玻璃体层，神经节细胞层，内网状层，内核层，外网状层，外核层，视网膜下区域，色素上皮层，脉络膜及巩膜。
根据视网膜各层的导电特性来设定相应的导电率，模型构建，设置边界条件。
在电极处施加相应电流刺激，规定神经节细胞层（GCL）电场强度（>1000V/m）时认为能够引起视神经细胞兴奋，在确定的电流强度下，神经节细胞层（GCL）层电场强度大于1000V/m的区域认为有效响应区域，进而判断电极刺激的有效响应区域，指导电极尺寸r和电极距视网膜距离h等参数设置。
其具体实验步骤如下所示：
1、根据视网膜的解剖特性构建视网膜分层模型。
模型在三维模式下电磁场子目录下的传导介质DC场下建立。
进入建模窗口后，在绘图栏下设置模型为圆柱体，输入各部分的长宽高数值，轴基准点为圆柱体的圆心坐标。
模型分为9层（11个求解域），其示图如下：
图1 视网膜分层模型
2、模型建好后，在菜单栏下的物理量里面选择求解域设定，对示图的11个求解域进行设定传导率，如图2所示，其中每一层的电
导率情况参考于视网膜导电特性。
图2 求解域参数设置
3、边界设定。
在求解域设置好后，同样在在物理量目录下的边
界设定里面对模型边界进行设置。
模型中除了地面接地，其他各外表
面设置为电流流向，初始值为0。
内部表面除了电极内表面视之为电
流源输入，其他各内表面设置为连续边界。
4、在完成上述步骤，设置电流源电流输入大小值。
然后对模型
进行网格化，如下图所示。
最后在菜单栏里的求解里选择进行求解，
对模型求解，之后利用菜单栏里的后处理里的功能对模型进行求解后
续美化处理，完成实验，如图3所示。
图3 模型网格化图和求解结果图
五、实验数据
在仿真实验中，做了6组仿真模型，分别在电极距视网膜距离处于h=50um，h=150um，所用电极半径r为25um~150um，恒定刺激电流为50uA（电流密度不同）情况下，得到如下图所示结果：
图4 电极到视网膜距离h=50um 电极半径r=25um时电刺激分布图
图5 电极到视网膜距离h=50um 电极半径r=75um时电刺激分布图
图6 电极到视网膜距离h=50um 电极半径r=150um时电刺激分布图
图7 电极到视网膜距离h=150um 电极半径r=25um时电刺激分布图
图8 电极到视网膜距离h=150um 电极半径r=50um时电刺激分布图
图9 电极到视网膜距离h=150um 电极半径r=100um时电刺激分布图
六、数据处理及结果分析
上述仿真主要研究了在相同电流强度刺激下不同电极尺寸和电极距离视网膜距离对视网膜视神经节细胞层（GCL）有效相应区域的影响。
理论上，小的电极尺寸容易在阵列上实现单位面积下的高密度排布，满足视网膜上电刺激产生高分辨率的视觉要求。
实际上，由上述结果知道，在恒定电流刺激下（50uA，在该电流刺激下能够保证GCL层细胞能产生动作电位），电极距视网膜距离50um时，随着电极尺寸的增大，有效响应区域变化并不大且它们的响应范围都比较大，这种情况可能会干扰到附近阵列其他电极的响应；在电极据视网膜距离100um时，随着电极尺寸增大，有效响应区域开始减小，其空间分辨率相对较好。
分析其原因是可能是相同电流强度下，电极尺寸越小
电荷密度越大，其电场强度就越大从而影响响应区域，而在大尺寸电极时，电荷密度较小，相应区域就相对较小。
故在电极距视网膜距离较大时，点击尺寸越大，其空间分辨率反而越高。
七、实验小结
本实验通过学习Comsol Multiphysics软件相关知识和阅读视网膜电刺激模型建模的相关文献，运用Comsol Multiphysics软件实现了对视网膜电刺激3D模型的建立，并分析其结果。
分析结果表明：在所有电极采同样大小电流刺激下，选用大尺寸电极、电极距视网膜距离相对较大的较高阵列密度排列刺激时，所诱发的细胞的响应区域较小，可能在一定程度上提高空间分辨率。
通过本实验，进一步熟悉了Comsol Multiphysics软件的使用和操作，将理论与实际结合起来，深化了对神经电刺激模型的理解，这将有助于今后课题的研究。