COMSOL MEMS Module 6.2

5.4

NOVEDADES

Nueva interfaz física: Electromechanics, Boundary elements

La interfaz Electromechanics, Boundary Elements resuelve la misma clase de problemas que la interfaz Electromechanics, excepto que utiliza una discretización de elemento de contornos para la parte electrostática del modelo. La configuración del modelo puede ser más fácil, ya que no son necesarios dominios de elementos infinitos y mallas móviles.

Cambios en simetría y antisimetría para mecánica de sólidos en axisimetría 2D

En la versión de simetría axial 2D de la interfaz Solid Mechanics, nos nodos Symmetry y Antisymmetry ahora son obsoletos. Se han reemplazado por el nodo Symmetry Plane. La razón es que la única posible simetría en un modelo axisimétrico es respecto a un corte perpendicular al eje Z. Las funcionalidades antiguas permitían restricciones no físicas.

Nuevos tipos de estudio de superposición modal

Se han añadido dos nuevas secuencias de estudio predefinidas para la superposición modal: Time Dependent, Prestressed, Modal y Frequency Domain, Prestressed, Modal. En ambos casos, se han generado tres pasos de estudio, donde el primero es un paso estacionario en el que el estado pretensado utilizado para el subsecuente cálculo de frecuencias propias es determinado.

Tipos de estudio renombrados

• Frequency Domain Modal ahora es Frequency Domain, Modal
• Time Dependent Modal ahora es Time Dependent, Modal
• Prestressed Analysis, Eigenfrequency ahora es Eigenfrequency, Prestressed
• Prestressed Analysis, Frequency Domain ahora es Frequency Domain, Prestressed

Factores de participación para estudios de frecuencias propias

Cuando se añade un estudio Eigenfrequency desde la ventana Add Study, se añade automáticamente un nodo Participation Factors bajo Definitions, siempre que al menos exista una interfaz física de mecánica estructural en el modelo. De esa manera siempre se tendrá acceos a la participación de variables de factor después de correr ese tipo de estudio.

Activación de material

Ahora es posible activar un material en una estado libre de tensión utilizando el nuevo subnodo Activation bajo Linear Elastic Material en las interfaces Solid Mechanics y Membrane. Se utiliza una expresión lógica definida por el usuario para la activación. La misma funcionalidad también puede utilizarse para eliminar un material. Las aplicaciones típicas son varios tipos de procesos de fabricación donde se añade material.

Homogeneización de materiales periódicos

Los materiales inhomogéneos a menudo pueden ser representados por una celda unidad que se considera como parte de una estructura periódica. A veces es llamado un elemento de volumen representativo (RVE). La nueva funcionalidad Cell Periodicity en la interfaz Solid Mechanics proporciona varias opciones para analizar este tipo de celdas unitarias:

• Cálculo automático de propiedades de materiales anisotrópicos homogeneizados (rigidez, cumplimiento, expansión térmica), que pueden ser accedidos como un Global Material.
• Cálculo de las tensiones y deformaciones locales en la celda unidad, dados unos campos de tensión y deformación promedio externos.
• Cálculo de la expansión térmica libre o higroscópica de la celda unidad, dada la temperatura promedio o la concentración de humedad.

Modelo de viscoelasticidad de Burgers

Se ha añadido un modelo viscoelástico integrado más: el modelo de Burgers. Como con los otros modelos viscoelásticos, se accede añadiendo un subnodo Viscoelasticity bajo Linear Elastic Material.

Temperatura de referencia de volumen

Se ha introducido un nuevo concepto, temperatura de referencia de volumen. Sirve para dos propósitos: reemplaza a la anterior temperatura de referencia de deformación para expansión térmica, y es la temperatura a la qu ese calcula la densidad demasa. Estos deos fenómenos están relacionaos entre si, y por defecto se utiliza el mismo valor, definido como una Common model input. Para la densidad de masa, el concepto es nuevo y se utiliza para evitar violaciones de conservación de la masa. Para expansión térmica, la posición por defecto donde se especifica la temperatura libre de deformación se ha movido del nodo de Thermal Expansion o el acoplamiento multifísico Thermal Expansion a la Common model input.

Cuando se abre un modelo antiguo, el valor de la temperatura de referencia de deformación se convierte a una temperatura de referencia de volumen definida por el usuario.

Funciones de utilidad para materiales externos

Cuando se programan las propias relaciones constitutivas utilizando la funcionalidad de materiales externos,  existen varias operaciones para las que existen una necesidad recurrente. Como ejemplos existen varias operaciones de tensores, cálculo de valores principales y orientaciones e inversión de matrices. Ahora existe una librería de funciones de utilidad que cubren muchas operaciones comunes utilizadas cuando se programan modelos de material para mecánica de sólidos.

Paso temporal pasado a materiales externos

El paso de tiempo o de parámetro ahora se pasa como un argumento a la función de material cuando se utilice el socket General Stress-Deformation.

Nuevos ajustes para formulación mixta

En versiones anteriores, se podía activar una formulación mixta (desplazamiento-presión) utilizando la casilla Nearly incompressible material en un modelo de material. Ha sido reemplazada por la lista Use mixed formulation con las siguientes tres opciones: None, Pressure formulation, y Strain formulation. La formulación de presión es la misma formulación mixta que antes, mientras que la formulación de la deformación es nueva. En lugar de una presión, se utiliza la deformación volumétrica como un grado de libertad extra.

Cambios en las interfaces de interacción fluido-estructura

El acoplamiento multifísico Fluid-Structure Interaction, Fixed Geometry presente en versiones previas ahora es obsoleta. Se ha fusionado con una actualización del acoplamiento multifísico Fluid-Structure Interaction. Esto facilita cambiar entre las dos formulaciones. En la versión actual, la única diferencia cae en si el Dominio deformante está activo en un dominio de fluido o no.

Los modelos antiguos donde se había utilizado Fluid-Structure Interaction, Fixed Geometry no han cambiado. Pero se recomienda la actualización al nuevo tipo de modelado.

Dominio rígido en axisimetría 2D

El modelo de material Rigid Domain ahora también está disponible en axisimetría 2D. Unicamente tiene un grado de libertad: la traslación axial.

Conector rígido para aristas y puntos

La selección en un Rigid Connector ahora puede ser una combinación de contornos, aristas, y puntos. Ahora es posible para añadir un conector rígido en los niveles de la arista y punto, siempre que no exista objetos geométricos de orden más alto en la selección.

Formulación flexible de conector rígido

Ahora existen dos formulaciones de la funcionalidad Rigid Connector, Rigid y Flexible. En la formulación por defecto, todos los contornos, aristas y puntos seleccionados, se comportan como si estuvieran conectados por un cuerpo rígido común. En algunos casos, esto proporciona una rigidez indeseada o tensiones locales no realistas. Entonces se puede cambiar a una formulación flexible donde la restricción es aplicada únicamente en un sentido promedio. La formulación flexible está disponible únicamente para un conector rígido con una selección de contorno pura y no cuando la selección también contiene aristas o puntos.

Salida tabular de frecuencias propias

Cuando se corre un estudio de frecuencias propias, ahora se genera  por defecto una tabla que contiene las frecuencias naturales, la amortiguación modal y los factores de calidad.

Fuerzas de amortiguación y reacción

Una nueva variable de fuerza de reacción que contiene la suma de fuerzas de reacción de restricciones y fuerzas de reacción de fundación de amortiguación ha sido añadida a todas las interfaces físicas de mecáncia estructural. Las variables, que están disponibles en el menú de resultados, se llaman Total reaction force y tienen nombres de componentes como solid.RFtotalx. Si existen fundaciones de amortiguación en el modelo, se encontrarán fuerzas bajo la categoría Spring and Damping forces en los menús de resultados.

Condición de simetría libre de reacción

Las condiciones de simetría en las interfaces de mecánica estructural han sido ampliadas para tener en cuenta casos donde el plano de simetría puede trasladarse en la dirección de su normal en vez de ser un plano fijo. La principal aplicación es el uso como una condición de contorno en estructuras truncada que no tengan fuerza de reacción neta. En la nueva sección Normal Direction Condition en los ajustes para el nodo Symmetry, se puede ajustar el comportamiento de esta condición de contorno. Existen cuatro opciones: No displacement (por defecto), Free displacement, Prescribed force, y Prescribed displacement.

Condición rodillo con orientación normal analítica

La restricción de rodillo por defecto actúa a lo largo de una normal a los contornos seleccionados. La normal se calcula numéricamente. Para un cierto nodo de malla, esta dirección se mantiene constante durante el análisis, así que no puede representar deslizamiento finito en un contorno curvo.

Ahora, sin embargo, se puede prescribir que el contorno se deslice sobre una superficie analítica. Existen dos situaciones donde puede necesitarse esto:

• La representación de la geometría o la malla del contorno real es imperfecto. Esto puede llevar a un bloqueo inesperado de la deformación, ya que el cálculo de las normales no tiene las direcciones pretendidas.
• En un análisis geométricamente no lineal el uso de una superficie analítica posibilita también modelar un deslizamiento finito a lo largo de contornos curvados.

En los ajustes en el nodo Roller, seleccionar una Normal orientation, que puede ser Automatic, Plane, Cylinder o Sphere.

5.3a

NOVEDADES

El módulo MEMS de COMSOL Multiphysics® 5.3a trae actualizaciones en la interacción con electromecánica, termoelasticidad e interacción fluido-estructura, y acoplamientos multifísicos con malla móvil con funcionalidad mejorada.

Electromecánica

La interfaz física Electromecánica se ha actualizado a una interfaz multifísica completa. Cuando se añade la física Electromecánica al modelo, se añade interfaces físicas de Electrostática y Mecánica, acopladas junto a la de Electromechanical Forces para resolver las ecuaciones estructurales junto con las ecuaciones electrostáticas. En la sección de Definiciones se añade un nodo de Malla móvil, con subnodos de Dominio deformante y Simetría. El nuevo enfoque mejora la flexibilidad y las opciones de diseño para el modelado electromecánico.

Desplazamiento en un resonador con sesgo utilizando la interfaz mejorada de multifísica Electromecánica.

Termoelasticidad

La interfaz física de Termoelasticidad se ha actualizado y convertido en un acoplamiento multifísico completo. Cuando se añade la física Termoelasticidad al modelo, se añaden las interfaces de Mecánica de Sólidos y Transferencia de calor en sólidos, acopladas junto con los acoplamientos de Expansión térmica y Acoplamiento de temperatura, para resolver el desplazamiento de la estructura y las desviaciones de temperatura, y la resultante transferencia de calor inducida por el acoplamiento termoelástico. Se añade un nodo de Malla móvil en la sección de Definiciones con subnodos de Dominio deformante y Simetría. El nuevo enfoque mejora la flexibilidad y las opciones de diseño para el modelado de termoelasticidad.

Primer modo propio y desviación de temperatura para un modelo de termoelasticidad 3D.

Interacción fluido-estructura (FSI)

Un nuevo acoplamiento multifísico de Interacción fluido-estructura ha reemplazado la interfaz utilizada en versiones previas de COMSOL®. El nuevo acoplamiento se ajusta al estilo moderno, con un número de interfaces físicas simples y nodos multifísicos para acoplarlos entre si. Con este enfoque toda la funcionalidad en las interfaces físicas constituyentes está disponible para modelar FSI. En el lado estructural ahora se dispone de muchas condiciones de contorno y modelos de materiales adicionales para el análisis FSI; por ejemplo, dominio rígido, piezoeléctrico y modelos de material elástico no lineal. En la parte de fluido, ahora todos los modelos de turbulencia están disponibles así como una serie de nuevas condiciones de contorno. Tras añadir una interfaz de Interacción fluido-estructura desde el Asistente de modelo, se obtiene una interfaz de Mecánica de sólidos, una interfaz de Flujo laminar, un nodo de acoplamiento multifísico de Interacción fluido-estructura y un nodo de Malla móvil en la sección de Definiciones. Todos los modelos FSI de la Biblioteca de aplicaciones han sido actualizados para incluir esta nueva funcionalidad de acoplamiento.

El modelo Micropump Mechanism se ha actualizado para incluir el nuevo acoplamiento multifísico de Interacción fluido-estructura.

FSI con flujo bifásico o de tres fases

Ahora los usuarios del módulo MEMS que también tengan licencia del módulo CFD pueden realizar simulación FSI con físicas de flujo bifásico o de tres fases, gracias a la mejora de la maquinaria de Malla móvil en la funcionalidad del núcleo de COMSOL Multiphysics® (ver la sección más abajo).

Funcionalidad de malla móvil generalizada

La funcionalidad de Malla móvil ahora está disponible desde el submenú Malla móvil al hacer clic con el botón derecho sobre el nodo Definiciones bajo un Componente y desde la barra de herramientas Definiciones.

Las funcionalidades de malla móvil controlan el marco espacial en un modelo y se puede aplicar a todas las físicas en un modelo donde los dominios se deformen o muevan. Pueden utilizarse para estudiar tanto estados permanentes como deformaciones dependientes del tiempo donde la geometría cambia su forma debido a la dinámica del problema. Por ejemplo, las funcionalidades de Dominio deformante, añadidas bajo el nodo de Malla móvil pueden ser utilizadas para deformaciones de dominio fluido en FSI o deformaciones del dominio electrostático en MEMS. Otras funcionalidades pueden especificar que partes del modelo rotan como en el caso de mezcladores de fluidos o motores eléctricos.

La funcionalidad de malla móvil disponible bajo Definiciones son el nuevo mecanismo por defecto para interfaces multifísicas con mallas móviles. Se utiliza en lugar de la interfaz física Malla móvil (ALE), que todavía está disponible como alternativa a la nueva funcionalidad de malla móvil.

Deformación plana generalizada

Para mecánica de sólidos 2D, se ha desarrollado una formulación de deformación plana generalizada como una tercera opción a las aproximaciones de deformación plana y tensión plana. La aproximación de deformación plana generalizada está indicada para modelar la parte central de estructuras que son largas y tienen una sección transversal constante. Para estos casos, en oposición a una formulación de deformación plana estándar, existen deformaciones fuera de plano no nulas.

Al seleccionar el tipo de aproximación 2D, se puede escoger la formulación de Generalized plane strain.

Gráficos por defecto mejorados

Los gráficos por defecto en las interfaces físicas de mecánica estructural han sido actualizados para producir visualizaciones más informativas. Los tutoriales de la Biblioteca de aplicaciones se han actualizado consecuentemente. Alguno de los cambios más prominentes que se encontrarán son los siguientes:

• La tabla de colores para los gráficos de deformación von Mises es RainbowLight
• La tabla de colores para gráficos de forma de modos, para estudios de frecuencias propias y deformación lineal, es AuroraBorealis
• Los gráficos de forma de modos tiene la leyenda apagada para enfatizar que la amplitud de un modo no tiene un significado físico
• La tabla de colores para los gráficos de fuerza de sección en las interfaces Viga y Armazón es Wave, con un rango de colores simétrico
  • Esto posibilita distinguir inmediatamente entre tensión y compresión, por ejemplo
• En análisis de contacto, se ha añadido un gráfico de presión de contacto, como un gráfico lineal (2D) o un gráfico de niveles (3D)
• El gráfico por defecto para Linealización de tensión ahora tiene una leyenda para los gráficos
• El gráfico de geometría no deformada por defecto, producido por la interfaz Lámina, tiene nuevos colores
• Cuando se utiliza un modelo de material como plasticidad o arrastre, un gráfico de niveles del valor de la deformación relevante, como la deformación plástica efectiva, se superpone al gráfico de tensión
  • Aplicable para el módulo Nonlinear Structural Materials Module y el Geomechanics Module
• En la interfaz Fatig, la tabla de colores Traffic se utiliza para ciclos de fallo predecidos y factores de uso
  • Aplicable para el módulo de fatiga

Gráficos mejorados para valores principales

El tipo de gráfico Principal Stress puede utilizarse para cualquier clase de valores principales del tensor. En versiones anteriores de COMSOL®, únicamente se podía seleccionar un único campo predefinido de tensión o deformación, pero ahora se puede entrar manualmente vectores de orientación y los correspondientes valores principales.

Un nuevo conjunto de deformaciones principales se han añadido a los resultados en la interfaz de Mecánica de sólidos: Deformaciones logarítmicas principales. Es la deformación logarítmica, o deformación "verdadera", con orientaciones dadas en un sistema de coordenadas fijo en el espacio, bien ajustado para el gráfico de la geometría deformada en un análisis no lineal geométrico.

También se ha añadido un tipo de gráfico Lineal de deformación principal a estas particularmente útiles interfaces de Lámina y Placa. Previamente el gráfico de valores principales solo estaba disponible para volúmenes y superficies.

Deformaciones logarítmicas en una junta de goma deformada.

Pérdidas mecánicas asociadas a tensión térmica

El nodo de acoplamiento multifísico Expansión térmica ahora gestiona automáticamente las pérdidas mecánicas debidas a la tensión térmica; la fuente de calor generada se añade a la ecuación de transferencia de calor en los correspondientes dominios. Una casilla de Pérdidas mecánicas o mechanical losses se pone a disposición en la sección de Fuentes de calor del nodo de Expansión Térmica para controlar este comportamiento.

Nueva interfaz de interacción fluido-estructura que soporta todos los modelos de turbulencia

Un nuevo acoplamiento multifísico de Interacción fluido-estructura ha reemplazado la interfaz utilizada en versiones previas de COMSOL®. El nuevo acoplamiento se ajusta al estilo moderno, con un número de interfaces físicas simples y nodos multifísicos para acoplarlos entre si. Con este enfoque toda la funcionalidad en las interfaces físicas constituyentes está disponible para modelar FSI. En el lado estructural ahora se dispone de muchas condiciones de contorno y modelos de materiales adicionales para el análisis FSI; por ejemplo, dominio rígido, piezoeléctrico y modelos de material elástico no lineal. En la parte de fluido, ahora todos los modelos de turbulencia están disponibles así como una serie de nuevas condiciones de contorno. Tras añadir una interfaz de Interacción fluido-estructura desde el Asistente de modelo, se obtiene una interfaz de Mecánica de sólidos, una interfaz de Flujo laminar, un nodo de acoplamiento multifísico de Interacción fluido-estructura y un nodo de Malla móvil en la sección de Definiciones. Todos los modelos FSI de la Biblioteca de aplicaciones han sido actualizados para incluir esta nueva funcionalidad de acoplamiento.

Presión (tabla de color) y deformación (exagerada en un factor 50 en la superficie) del alerón de un coche deportivo sujeto a flujo turbulento (líneas de flujo) de 200 km/h (125 mph) en un banco de pruebas. El modelo se define utilizando interacción fluido-estructura de un sentido en la nueva interfaz física.

5.3

NOVEDADES

El módulo MEMS de COMSOL Multiphysics® 5.3 incluye funcionalidades ampliadas para Fundación de resortes, variables de cantidad de energía para modelado de contactos y funcionalidades de materiales externos mejoradas.

Variables de cantidad de energía para modelado de contactos

Se dispone de nuevas variables que contienen cantidades de energía al modelar un contacto. Ahora se puede obtener la energía disipada por fricción así como la energía elástica almacenada en los factores de penalización seleccionados.

Balance de enería para un cilindro rodando y resbalando dentro de un canal debido a la gravedad.

Capas elásticas descritas por datos de materiales

Ahora se puede prescribir las propiedades elásticas de una fundación de resorte o una capa elástica fina con datos de material como el módulo de Young y el coeficiente de Poisson junto con un grosor dado de la capa. Esto simplifica, por ejemplo, el modelado de capas adhesivas con propiedades de materiales conocidas. Al utilizar los datos del material y el grosor como entradas, las deformaciones en la capa elástica también se hacen disponibles como resultados.

Condiciones de contorno de muelle para dominio rígido y conector rígido

Las funcionalidades de Conector rígido y Dominio rígido en todas las interfaces físicas se han aumentado con una condición de contorno de resorte llamada Fundación de resorte. Tiene las siguientes propiedades::

• El resorte puede añadirse en una posición arbitraria
• Se dispone tanto de resortes traslacionales como rotacionales
• El resorte puede tener amortiguación de factor de pérdidas
• El resorte puede actuar en paralelo con amortiguamiento viscoso (tanto en traslación como rotación)

Análisis en el dominio de la frecuencia con contacto

Se puede estudiar la respuesta frecuencial de una estructura donde se ha calculado un estado de contacto en un estudio previo. Como ejemplo, se puede realizar un análisis en el dominio de la frecuencia de estructuras atornilladas y estudiar la influencia de los estados de contacto en las propiedades dinámicas.

Perturbación armónica para velocidad y aceleración prescritas

En las interfaces de Placa, Plato y Viga, se pueden proporcionar valores para perturbación armónica para los nodos Velocidad prescrita y Aceleración prescrita.

Mejoras para las funcionalidades de materiales externos incluidos

Se han realizado varias mejoras respecto a la potencia y usabilidad de los modelos materiales creados con código C definidos por el usuario:

• Ahora se pueden implementar deformación inelásticas para materiales elásticos no lineales y materiales hiperelásticos
• Dos nuevas interfaces para el código C que toman más valores como entradas, incluyendo los gradientes de deformación
• Ahora es posible incluir funciones de forma serendipia
• Se ha añadido una formulación para deformación pequeña
• Ahora se puede empezar haciendo una llamada de inicialización especial a una función de usuario
• Se puede realizar una llamada de limpieza a la función de usuario (p. ej. cerrar archivos)
• Las variables de estado pueden nombrarse individualmente
• El tiempo está disponible como argumento de entrada

5.2a

NOVEDADES

COMSOL Multiphysics® 5.2a introduce en el módulo MEMS interfaces actualizados de piezorresistividad, una nueva interfaz de Magnetostricción para modelar sensores y actuadores, la capacidad de modelar adhesión y decohesión, y otras. A continuación detallamos algunas de las principales novedades de la versión.

Nueva interfaz de magnetostricción
Se ha introducido una nueva interfaz de Magnetostricción. Con esta funcionalidad, se puede modelar un amplio rango de sensores y actuadores basados en los principios de la magnetostricción. Un efecto magnetostrictivo, el efecto Joule, describe el cambio de longitud debido a un cambio en el estado de magnetización del material. Este efecto se utiliza en los transductores para aplicaciones en sónar, dispositivos acústicos, control de vibración activo, control de posición y sistemas de inyección de combustible. El efecto inverso da cuenta del cambio en la magnetización debida a la tensión mecánica en un material. Este efecto se conoce como efecto Villari y es útil para sensores.

El ejemplo de Transductor magnetostrictivo no lineal, que se encuentra en la Librería de Aplicaciones, utilizar el modelo de material isótropo no lineal.

Cuando se añade la interfaz de Magnetostricción a un modelo, se crea una interfaz de Mecánica de sólidos; una interfaz de Campos magnéticos y un acoplamiento multifísico de Magnetostricción, series de nodos. En la interfaz de Mecánica de sólidos, un nuevo modelo de material, Material magnetostrictivo, es añadido con tres formulaciones diferentes: Lineal, Isótropo no lineal y cristal cúbico no lineal. En la interfaz de Campos Magnéticos, al modelar un material magnetostrictivo se utiliza la nueva funcionalidad ley de Ampère, Magnetostrictiva.

NOTA: Para modelar el comportamiento magnetostrictivo se necesario el módulo AC/DC Module junto con Structural Mechanics Module, MEMS Module, o Acoustics Module.

Interfaces físicas de piezorresistividad actualizadas a acoplamientos multifísicos

Perturbación armónica para velocidad y aceleración prescrita
Las funcionalidades Velocidad prescrita y Aceleración prescrita se han ampliado con un subnodo de Perturbación armónica. Estas condiciones de contorno pueden así utilizarse como una restricción fija en un estudio estacionario y entonces proporcionar una vibración armónica en un estudio en el domino de la frecuencia pretensionado subsecuente. Esta nueva funcionalidad está disponible en la interfaz de Mecánica de sólidos.

Modelado de adhesión y decohesión

Elementos de serendipia

Nuevos métodos para entrar datos de expansión térmica
Existen ahora tres nuevas maneras diferentes en las que se pueden entrar datos de materiales de expansión térmica:

• Como un coeficiente Secante de expansión térmica. Este es el valor por defecto y el único método disponible en versiones anteriores.
• Como un coeficiente de expansión térmica Tangente ("termodinámico").
• Especificando explícitamente la tensión Térmica como una función de la temperatura.

Seleccionando la opción apropiada puedes utilizar tipos diferentes de datos medidos sin conversiones. Las nuevas opciones están disponibles en las interfaces de Mecánica de sólidos, Membrana y Armadura.

Expansión térmica de restricciones

Terminal de dominio

5.2

Nueva app: Deriva del sensor de presión MEMS debida a la hinchazón higroscópica
Para su integración en circuitos microelectrónicos, los dispositivos MEMS están adheridos a las tarjetas de circuito impreso y conectados con otros dispositivos. Entonces, a menudo, todo el circuito se cubre con un componente de resina epoxy (EMC) para proteger a los dispositivos y sus interconexiones con la tarjeta. Los polímeros epoxy utilizados para estas aplicaciones están sujetos a absorción de humedad e hinchazón higroscópica, que puede dar lugar a exfoliación entre la EMC y la tarjeta o a un comportamiento incorrecto de los componentes MEMS.

La app de deriva del sensor de presión MEMS simula la eriva de la tensión medida en el tiempo debido a hinchazón higroscópica en un sensor de presión MEMS sujeto a un entorno húmedo. La app ayuda al diseñador a alcanzar la sensibilidad requerida y minimizar la deriva. Esto se obtiene especificando parámetros geométricos, propiedades de los materiales de la capa EMC y las condiciones externas.

La app se construyó utilizando las interfaces de Transporte de especies diluidas, mecánica sólido, y Cáscara, en el software COMSOL Multiphysics®.

La app MEMS Pressure Sensor Drift Due to Hygroscopic Swelling, mostrando los resultados de una simulación de la estabilidad del sensor de presión.

Modelos de materiales desde librerías programadas externamente

Contacto con desplazamientos relativos pequeños
COMSOL Multiphysics 5.2 introduce un nuevo método simplificado para calcular las distancias entre pares en contacto. Puede utilizar esta funcionalidad cuando existe un pequeño deslizamiento entre las superficies de contacto, como en un ajuste por contracción o retráctil o cuando dos piezas se atornillan entre sí. En este método, el mapeado entre la fuente y el destino se calculan únicamente una vez, lo que lleva a una convergencia más rápida y más estable. Para utilizar este método se debe establecer el método de mapeo a Initial configuration en la ventana de ajustes para el par de contacto.

Ajuste del espacio de contacto inicial

Entrada de matriz de masas completa en masa añadida
La funcionalidad Added Mass se ha ampliado de forma que es posible entrar una matriz de masas completa.

Inclusión opcional de amortiguamiento termoelástico
En el acoplamiento multifísico de expansión termoelástica ahora se puede seleccionar cuando la derivada temporal de las deformaciones debería actuar o no como fuente de calor en el problema de transferencia de calor. Seleccionando la nueva casilla de verificación Thermoelastic damping, el problema se hará acoplado bidireccional cuando se resuelva un problema dependiente del tiempo.

Interpretación velocidad/aceleración prescrita en un análisis estacionario
Cuando se presentan los nodos de velocidad o aceleración prescritas en el modelo, se puede definir como esas condiciones de contorno deberían de ser interpretadas en un análisis estacionario. Pueden ser tratados como una restricción (constrained) o ignorarlas (free). Esto es de particular utilidad en modelos y apps con tipos de análisis múltiples mezclados, incluyendo tipos en el dominio de la frecuencia, dependientes del tiempo y estacionarios.

5.1

NOVEDADES

Funcionalidad de perforaciones en flujo de película fina

Una nueva funcionalidad de perforaciones está disponible para amortiguamiento de película fina, permitiendo el modelado de flujo de película fina en estructuras con taladros. La funcionalidad de perforaciones actúa como un sumidero para el gas que es proporcional a la presión ambiental y a la diferencia de presión respecto a la presión del ambiente en el otro lado de la superficie perforada. La constante de proporcionalidad es conocida como la admitancia de perforación (Y) y se puede definir o directamente o determinándola a partir del modelo según Bao (M. Bao and H. Yang “Squeeze film air damping in MEMS”, Sensors and Actuators A: Physical, vol. 136, no. 1, 3–27, 2014).

La ventana de configuración de las perforaciones con el modelo Bao utilizado para la admitancia de perforación.

Opción de movimiento fuera del plano para condición de contorno de flujo de border

Se dispone de una nueva opción para condición de contorno de Flujo de Borde para flujo de película delgada. Al seleccionar movimiento fuera del plano para el tipo de flujo de borde se calcula el gradiente de la presión en el contorno utilizando el modelo de Gallis y Torczynski (M. A. Gallis and J. R. Torczynski, “An Improved Reynolds-Equation Model for Gas Damping of Microbeam Motion”, Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 13, pp. 653 - 659, 2004). Se ha visto que este modelo concuerda bien con las simulaciones CFD detallada y Monte Carlo que modelan tanto el domino del flujo de película delgada como el gas circundante. El modelo aplica tanto para flujos enrarecidos como no enrarecidos hasta números de Knudsen de aproximadamente uno.

La funcionalidad de evaluación de matriz de punto permite la visualización de los valores del tensor en un punto

La nueva funcionalidad de evaluación de matriz de punto (disponible en el paquete básico) permite la visualización conveniente de valores del tensor en un punto. Esto es de particular utilidad para la interfaz de dispositivos piezoeléctricos, que define las propiedades del material tensor tanto en el sistema de coordenadas local como en el global. En consecuencia ahora es posible ver, por ejemplo, la matriz de elasticidad tanto en el sistema global como en el local.

Nuevo tutorial: mecanismo microbomba

Las microbombas son dispositivos clave en los sistemas microfluídicos, con aplicaciones que van desde la manipulación de fluidos biológicos a enfriamiento microelectrónico. Este tutorial simula el mecanismo de una microbomba sin válvula que se ha diseñado para ser efectividad a bajos números de Reynolds, y así superando la reversibilidad hidrodinámica. Las bombas sin válvula a menudo se prefieren en sistemas microfluídicos porque minimizan el riesgo de obstrucción y son compatibles con el material biológico. La interfaz de interacción fluido-estructura se utiliza para resolver el flujo de fluido y la deformación asociada de la estructura. Adicionalmente, la interfaz de Global ODEs and DAEs se utiliza para demostrar cómo realizar una integración en el tiempo del flujo total a través del ciclo de bombeo.

Flujo de fluido y tensiones von Mises dentro de un sistema de rectificación de flujo microfluídico pasivo. Un mecanismo de bombeo está llevando el flujo hacia arriba al brazo vertical desde el canal horizontal. El canal contiene dos tapas basculantes, que responden al flujo de fluido curvándose. En este caso, cuando se lleva el fluido al canal vertical, la curvatura asimétrica de las tapas da como resultado un flujo mucho mayor desde el lado izquierdo del canal que desde el derecho.

Nuevo tutorial: giróscopo de velocidad piezoeléctrico

Un giróscopo de velocidad piezoeléctrico basado en una horquilla sintonizable es analizado en este ejemplo tutorial, que utiliza la interfaz de dispositivos piezoeléctricos. El efecto piezoeléctrico directo es utilizado para dirigir un modo de horquilla de sintonización en el plano, que se acopla a un modo fuera del plano por la fuerza de Coriolis, y el movimiento fuera de plano resultante es detectado por el efecto piezoeléctrico inverso. La geometría de las horquillas sintonizables se diseña para asegurara que las frecuencias propias de los modos cercanos están separadas en el espacio frecuencial. Se calcula la respuesta frecuencial del sistema y se evalúa la sensibilidad de la velocidad de rotación.

Modo de alimentación (izquierda) y modo sensor (derecha) para un giróscopo de velocidad piezoeléctrico. Los dos modos se acoplan entre sí por la fuerza de Coriolis.

Nuevo tutorial: cosechadora de energía piezoeléctrica

Este tutorial muestra cómo analizar una cosechadora de energía piezoeléctrica basada en un sencillo cantilever utilizando la interfaz de dispositivos piezoeléctricos. Se aplica una aceleración sinusoidal a la cosechadora de energía y se evalúa la potencia de salida como función de la frecuencia, impedancia de carga y amplitud de la aceleración.

Potencia mecánica de entrada, potencia eléctrica de salida y tensión en función de la impedancia de carga.

Nuevo tutorial: válvula piezoeléctrica

Las válvulas piezoeléctricas son utilizadas frecuentemente en aplicaciones médicas y de laboratorio debido a sus tiempos de respuesta cortos y su funcionamiento silencioso. Su trabajo de consumo eficiente disipa poco calor, lo que a menudo es importante para este tipo de aplicaciones.

En este tutorial, una válvula piezoeléctrica es actuada por un actuador piezoeléctrico apilado. Para modelarlo, se utiliza la interfaz de dispositivos piezoeléctricos junto con la funcionalidad de contacto. Un sello hiperelástico se comprime contra la apertura de la válvula mediante el actuador, y se calcula la presión de contacto.

Tensión de von Mises en la superficie de una válvula piezoeléctrica.

Nuevo tutorial: pérdidas de anclaje de un resonador de disco

Este tutorial muestra cómo calcular el factor de calidad limitado de la pérdida de anclaje de un resonador de disco de diamante, utilizando la interfaz de mecánica de sólidos. El resonador se anca a un sustrato por un poste de polisilicona y la potencia se transmite al sustrato a través del borde. Se utiliza una capa perfectamente adaptada para representar el sustrato esencialmente infinito. El tutorial se basa en un artículo presentado en la conferencia de COMSOL de 2007 en Grenoble (P. Steeneken "Parameter Extraction and Support-Loss in MEMS Resonators", COMSOL Users Conference 2007, Grenoble).

Desplazamiento total de la estructura mostrada con una escala de color de forma que las pérdidas de anclaje sean claramente visibles.

5.0

Nueva interfaz de dispositivos piezoeléctricos

La interfaz de dispositivos piezoeléctricos se ha reemplazado por el nuevo nodo Multifísico, de Efecto Piezoeléctrico, que acopla la interfaz de Mecánica de Sólido con la interfaz Electrostática.

Pérdidas del dieléctrico

La nueva opción de Pérdidas del Dieléctrico para el nodo Multifísico de Efecto Piezoeléctrico ahora permite el modelado de pérdidas eléctricas tanto en el dominio del tiempo como en el dominio de la frecuencial.

Propiedades del material Cuarzo

Nuevas propiedades de material ahora disponibles para modelar las propiedades piezoeléctricas del cuarzo para soportar tanto materiales polarizados a la izquierda como a la derecha, así como los dos estándares comunmente utilizados para definir las propiedades del material: 1949 IRE y 1978 IEEE.

Acelerómetro micromaquinado de superficie

La librería de modelos ahora incluye un modelo para un acelerómetro micromaquinado de superficie.

Acelerómetro micromaquinado de superficie: Simulación del acelerómetro micromaquinado de superficie, modelado utilizando la interfaz de Electromecánica.