本系列文章為COMSOL學習筆記，從COMSOL小白開始成長，作者是微電子器件方向的研究生。
COMSOL,Computer solution,是一個多物理場的仿真平臺。軟件上方的選項卡，其實也就是仿真的基本流程：CAD幾何，材料，物理場，網格，求解，結果。仿真界面左中右分三部分，左側是模型開發器，中間是設置欄，右側是模型實時顯示框。COMSOL自帶了app開發器，可以有編譯器和服務器供用戶使用，COMSOL Server要安裝在服務器中，終端用戶都可以使用。COMSOL Compiler可以創建成執行文件，便于模型分享實驗。
COMSOL Multiphysics 的工作流程：定義需要求解的問題類型->繪制（或導入CAD幾何）->定義每個求解域的材料屬性->設定載荷和邊界條件->網格剖分->求解模型->后處理和報告結果->修改和優化。
微阻梁模型問題描述：
在電阻梁上施加電壓產生電阻熱
結構發熱產生熱膨脹
材料屬性具有熱敏性
最終到底會有多大的溫度和變形
問題分析：
涉及的多物理場包括：電+熱+結構。直流電場，在空氣環境中的一個電阻梁兩端施加穩態電勢差，兩個端腳處有電勢差，其他面和空氣接觸，為絕緣。傳熱現象，焊腳處與電路板連接，溫度恒定為20℃，環境空氣為20℃，元件與空氣的自然對流參數值為h=5W/m2K。通電產生焦耳熱，影響熱導率和電導率的值。結構力學。端腳固定在電路板上，材料受熱膨脹。
耦合三個物理場，電流守恒，電產生焦耳熱，熱傳導；熱敏材料，電導率受控于溫度，影響電流。熱應變影響結構。
建模仿真
新建模型向導->三維模型->選擇物理場。物理場涉及電相關，熱相關，結構相關。在選擇結構時，不建議一次選擇多個物理場，避免模型一次性太復雜。首先添加電流和固體傳熱。然后是選擇研究，選擇穩態模型，穩態是指參數與時間無關，瞬態是和時間相關。點擊完成，進入到軟件仿真界面。
在左側的模型開發器中，全局定義兩個參數，給出參數名稱，數值，和含義描述。V0=0.2V，注意在表達式中給出單位時，單位要用半角中括號[]括起來。定義幾何，選擇幾何，然后在設置欄中設置幾何的標簽，長度單位，角度單位，內核等。微阻梁模型結構簡單，可以看成是一個xz平面模型在y方向上的一個拉伸效果。注意坐標的設置，水平向右是x軸正向，垂直向里是y軸正向，豎直向上是z軸正向。在幾何菜單欄中(也可以右擊幾何下拉欄)，選擇工作平面，然后對工作平面進行定義，如平面類型，xy平面，偏移類型，z坐標等。我們選擇將平面定義為xz平面，y=0。在工作平面中的平面幾何結點上，選擇插入多邊形體素，然后在多邊形結點下輸入多邊形各個頂點的坐標，點擊構建選中對象，就可以構建出一個多邊梯形了。然后在多邊梯形上減去一個矩形，首先要創建一個矩形的體素結點，可以是像創建多邊形那樣，也可以是在菜單欄中選中矩形，然后在圖形界面中進行一個拖拉繪制，軟件會自動捕捉拖拉矩形的參數值，然后在矩形結點下進行微調。矩形的位置描述有矩形角和居中兩種，角是指矩形的左下角坐標，居中就是矩形的集合中心。做減運算就是要在bool運算中取一個差集。選擇平面幾何結點，不可以是幾何or工作平面結點，在菜單欄中選擇布爾操作和分割，選擇求差，然后在設置界面選擇對象，并構建選定對象即可。然后在得到的結構中，進行圓角化，同樣操作方法，選擇平面幾何結點，然后選擇菜單欄中的圓角，在設置界面中進行設置并點擊構建選定對象即可。接下來進行y方向上的拉伸，點擊幾何下的工作平面，然后選擇菜單欄中的拉伸按鈕，對拉伸進行長度設置并構建選定對象。然后是開一個圓孔，使用一個圓柱體，然后進行求差運算。選中幾何結點，在菜單欄中點擊圓柱體(3D)，給定圓柱體的參數值，圓柱的x值使用先前定義的hole_x參數，然后創建選定對象。和剛才一樣，利用求差操作，減去圓柱部分即可。到此，微阻梁模型的結果建模完成。 下面對微阻梁的材料進行定義。點擊模型開發器中的材料結點，然后在菜單欄中選擇添加材料，然后在彈出的添加材料界面中選擇內置材料銅(Copper)，雙擊添加。 下面是物理場方面的設置。在電流部分，首先搞這兩個引腳上施加的電壓，右腳接地，左腳加0.2V電壓。選中電流選項卡，在菜單欄中選擇物理場->邊界->接地。同樣方法，物理場->邊界->電勢，將左腳電勢設置成事先定義的V0參數。然后是傳熱場的設置，首先給兩個腳設置固定的溫度20℃，方法和設置電電勢一樣，20℃＝293.15K。然后對其他面進行熱傳遞設置，使用的是熱通量，和前面的方法一樣。由于面數較多，可以全選所有面，然后反向取消兩個腳，方法是將選擇重的手動改成全選，然后點擊需要取消的面，選擇會自動轉換成手動。然后設置熱通量為對流熱通量，傳熱系數h=5，外部溫度20℃=293.15K. 物理場耦合，電相關和熱相關耦合。右擊多物理場結點(或者去菜單欄)，選擇需要的耦合模型，這里選擇的是電磁熱方式。
然后進行網格剖分，使用默認的常規剖分方式，選擇全部構建。
然后進行研究中的步驟一，穩態計算，直接進行結算，即可得到結果。
結果中列出了常用的三維圖和數據圖。
接下來將溫度反向耦合到電學參數上。一種方法是將電導率寫成溫度相關的函數。在材料中，將電導率的值改成表達式。將電導率的值乘一個經驗關系式(1-0.001T),這時單元格會變黃，代表警告，原因是單位不符合期望單位，這時可以對T進行去單位化，即改為(1-0.001T[1/K])。但如果單元格顯示是紅色，就必須進行修改，黃色是警告，可以忽略，但不建議。
小知識點，在結果中，溫度默認顯示為開爾文，可以在溫度，表面中選擇攝氏度degC。在研究中的更新解只是重新計算，修改材料參數后，要選擇計算才能得到新參數下的值。
添加結構場，菜單欄->物理場->添加物理場->添加到組件，將兩個腳設置成固定值，其他面為默認的自由面，可以自由變形。
更新多物理場模型，選擇熱膨脹，電磁熱多物理場。熱膨脹模型中，會出現紅色感嘆號報錯，說明缺少參數，選擇好熱膨脹域后就可以解決。
重新計算，結果中沒有結構的變形結果。需要添加，在菜單欄中結果->添加三維繪圖組(相當于是一個畫板)->菜單欄中的繪圖模塊添加表面。表面中顯示的是電壓情況，將表面中的表達式在設置面板中改成組件1->固體力學->位移->位移大小。可以在表面結點下，添加一個變形，就可以看到它的變形效果，以21.6倍的比例因子進行了放大顯示。
小tip:在圖像顯示區域，鼠標按住左鍵移動可以旋轉圖形，按住右鍵移動可以移動圖像，按住中鍵移動可以進行圖像縮放。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的COMSOL初学1——基本操作实例的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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