نکاتی برای استفاده از رابط فاصله دیوار

آیا می دانستید که می توانید از توابع MATLAB® در مدل های COMSOL Multiphysics خود استفاده کنید؟ خوب، شما می توانید، و در این آموزش ویدیویی، نحوه استفاده از LiveLink™ برای MATLAB را به شما نشان خواهیم داد .

ویدئو: LiveLink™ برای نمایش MATLAB®

دانلودهای مدل

• در ویدئو نشان داده شده است: مدار گرمایش MEMS
• مثال دیگری برای استفاده از توابع متلب: توزیع دما در فلاسک خلاء

رونویسی ویدیو

در این آموزش نحوه مدل سازی گرمایش ژول و انبساط حرارتی در مدار گرمایش MEMS را خواهیم آموخت. این دستگاه از یک الگوی لایه نازک نیکروم بر روی یک لایه شیشه ای ضخیم تر تشکیل شده است. هدایت جریان الکتریکی از طریق لایه نیکروم گرمایش ژول را ایجاد می کند. اکثر خواص مواد ثابت فرض می شوند، به جز رسانایی حرارتی شیشه.

یک تابع MATLAB ایجاد شده است که داده های هدایت حرارتی وابسته به دما را می خواند و مقدار رسانایی را به عنوان تابعی از دما در هر نقطه از لایه شیشه ارائه می کند. اثر ناهمگنی فضایی در ویژگی مواد با افزودن یک جزء تصادفی به رسانایی، که به عنوان تابعی از مختصات Y لایه شیشه تغییر می‌کند، گنجانده می‌شود.

به منظور راه اندازی مدل در COMSOL Desktop®، ما هندسه را ایجاد می کنیم، فیزیک را تنظیم می کنیم، خواص مواد را اختصاص می دهیم، مش می کنیم و مدل را اجرا می کنیم.

هنگامی که مدل پایه را در دسکتاپ COMSOL اجرا کردیم، LiveLink™ برای MATLAB® را راه اندازی می کنیم و مدل COMSOL® را بارگذاری می کنیم. سپس برازش داده ها را برای به دست آوردن پارامترهای هدایت الکتریکی وابسته به دما و تعیین محدودیت های ضخامت لایه های شیشه و نیکروم انجام می دهیم. این پارامترها در مدل به روز خواهند شد. این مدل در یک حلقه برای تو در تو حل می شود که به ما امکان می دهد فضای طراحی را بررسی کنیم.

بنابراین، بیایید مدل را در COMSOL Desktop ایجاد کنیم.

ما با انتخاب یک بعد فضای سه بعدی شروع می کنیم و سپس از منوی افزودن فیزیک، سه رابط فیزیک مختلف مورد علاقه خود را انتخاب می کنیم.

ما به “مکانیک سازه” می رویم، “تنش حرارتی” را انتخاب کرده و اضافه می کنیم. سپس، به «AC/DC» می‌رویم و «جریان‌های الکتریکی، شل» را انتخاب و اضافه می‌کنیم.

سپس، یک بار دیگر به “مکانیک سازه” برمی گردیم و رابط پوسته یا پوسته ساختاری را اضافه می کنیم .

اجازه دهید برای صرفه جویی در زمان به مراحل ساخت هندسه برویم. من می‌خواهم آن را از فایلی دریافت کنم که این مراحل از قبل در دسترس هستند، و بیایید جلو برویم و هندسه را بسازیم.

اکنون می‌توانیم به تعاریف جهانی برگردیم و یک تابع MATLAB ایجاد کنیم.

نام تابع حرارتی_رسانایی و آرگومان هایی که قرار است به این تابع متلب ارسال کنیم دما و مختصات Y خواهد بود.

شبیه سازی در واقع با رابط ساختاری پوسته شروع می شود . این فقط به لایه نیکروم اختصاص داده می شود، چیزی که ما به عنوان یک پوسته مدل سازی می کنیم.

حالا به سراغ Electric Currents, Shell اینترفیس می رویم . به همین ترتیب، لایه نیکروم را به عنوان پوسته یا مرز مورد نظر اختصاص می دهیم.

ما ادامه می دهیم و سپس یک شرط مرزی منبع حرارت مرزی را به همان سطح اضافه می کنیم و در اینجا اساساً رابط تنش حرارتی را به تلفات سطح تولید شده توسط جریان های الکتریکی، رابط پوسته متصل می کنیم.

بنابراین ما به این مدل می گوییم که مقداری گرما در این مرز تولید می شود.

به شعبه مواد برویم.

ابتدا به مرورگر مواد می رویم، به کتابخانه داخلی می رویم و «شیشه سیلیکا» را انتخاب می کنیم. این به لایه شیشه ای اختصاص داده می شود.

در اینجا، در میان تمام خواص مواد ذکر شده برای شیشه سیلیکا، همه این اعداد ثابت هستند، و ما جلوتر می رویم و مقدار “رسانایی حرارتی” را تغییر می دهیم.

بنابراین، به جای اینکه یک عدد باشد، اکنون تابع MATLAB حرارتی_رسانایی خواهد بود و مقدار آن در دما، T و در هر مختصات y ارزیابی می شود.

پس از تنظیم ویژگی های مواد، اجازه دهید مش را سفارشی کنیم.

هنگامی که ما با تنظیم مش تمام شدیم، نوبت به انتخاب “Compute” می رسد.

هنگامی که مدل را حل کردیم، می‌توانیم چندین نمودار ایجاد کنیم تا به برخی از مقادیر مورد نظر نگاه کنیم. بیایید به رسانایی حرارتی شیشه که از تابع MATLAB یعنی رسانایی_گرمایی به دست می‌آییم نیز نگاه کنیم. من اشاره می کنم که یک تصادفی وجود دارد که ما اضافه کردیم تا اثر ناهمگونی فضایی را در خود بگنجانیم. وقتی توزیع رسانایی در فضا را با نقشه رنگی در اینجا مقایسه می کنیم، می توانیم این تصادفی را ببینیم.

بنابراین، اکنون که مدل اصلی را در COMSOL Desktop حل کرده‌ایم، بیایید چرخ دنده‌ها را عوض کنیم و به رابط کاربری گرافیکی MATLAB نگاهی بیندازیم که با راه‌اندازی LiveLink™ برای MATLAB® می‌توانید ببینید.

ما در اینجا یک اسکریپت کوچک داریم و اولین مرحله ای که انجام می دهیم این است که فایل مدل خود را که در COMSOL Desktop ایجاد کرده ایم با استفاده از دستور mphload در فضای کاری MATLAB بارگذاری کنیم.

پس از انجام این کار، ساختار مدل را در فضای کاری مشاهده خواهید کرد.

در نهایت، اجازه دهید نگاهی به مؤلفه اصلی در این اسکریپت بیندازیم، جایی که ما از یک حلقه for تو در تو برای به‌روزرسانی مقادیر ضخامت لایه شیشه‌ای و ضخامت لایه نیکروم استفاده می‌کنیم و مدل را به طور مکرر در این حلقه for تودرتو حل می‌کنیم. ما همچنین نمودارهای سفارشی ایجاد می کنیم که فقط دما را برای نقاط طراحی شدید ترسیم می کند.

ما همچنین از چند عملکرد خاص مانند mphglobal و mphmean برای به دست آوردن اطلاعاتی مانند مقادیر کمیت های جهانی، مانند حداکثر استرس رابط و کارایی، و مقدار متوسط ​​دما در سطح زیرین لایه شیشه استفاده می کنیم.

هنگامی که این مقادیر را به دست آوردیم، می توانیم آنها را اختصاص داده و در متغیرهای متلب ذخیره کنیم.

ما همچنین می توانیم توابع MATLAB® بومی را با توابع LiveLink™ ترکیب کنیم. برای مثال، mphinterp یک تابع LiveLink™ برای MATLAB® است که می‌توانید با تابع std یا انحراف استاندارد در MATLAB ترکیب کنید تا انحراف استاندارد دما در سطح زیرین لایه شیشه را به‌دست آورید که در مجموعه‌ای از مختصات دلخواه ارزیابی می‌شود. نکته ها.

هنگامی که مشکل همه این موارد طراحی را حل کردیم، می توانیم طرح های مورد علاقه را نیز ایجاد کنیم. مانند میانگین دمای سطح پایین، انحراف استاندارد دما در سطح پایین، و نمودارهای سطح حداکثر تنش رابط و راندمان انتقال حرارت. همه اینها به عنوان تابعی از ضخامت لایه شیشه و همچنین لایه نیکروم هستند.

بنابراین، بیایید جلوتر برویم و نگاهی به این توطئه ها بیندازیم. در اینجا اولین طرح ما است، در واقع دسته‌ای از طرح‌های فرعی، که دما را در انتهای مختلف فضای طراحی ما نشان می‌دهد. حداقل و حداکثر مقدار ضخامت شیشه و همچنین حداقل و حداکثر مقدار ضخامت لایه نیکروم.

بیایید به نمودار میانگین دمای سطح پایین شیشه به عنوان تابعی از ضخامت لایه شیشه و ضخامت لایه نیکروم نگاهی بیندازیم. می بینیم که تأثیر تغییر ضخامت شیشه روی میانگین دمای آن زیاد نیست، اما زمانی که ضخامت لایه نیکروم را تغییر می دهیم تأثیر قابل توجهی وجود دارد. هرچه ضخیم تر باشد، درجه حرارت بالاتر است.

در شکل بعدی، ما به انحراف استاندارد دما به عنوان تابعی از ضخامت شیشه و ضخامت نیکروم نگاه می کنیم – و قطعاً برخی رفتارهای غیرخطی را در اینجا می بینیم.

بیایید نگاهی به نمودار سطح بیندازیم که در آن می‌توانیم حداکثر تنش رابط را به عنوان تابعی از دو ضخامت لایه‌های مختلف ببینیم – و یک بار دیگر شاهد برخی غیرخطی‌ها هستیم. می بینیم که حداکثر تنش رابط زمانی به دست می آید که یک لایه شیشه ای ضخیم تر و یک لایه نیکروم بسیار نازک تر داشته باشیم.

MATLAB یک علامت تجاری ثبت شده The MathWorks, Inc.