COMSOL周期性邊界條件的應用.doc

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COMSOL周期性邊界條件的應用 在將真實的物理問題轉化為仿真模型時，為了通過有限的計算資源獲得盡可能高的計算精度，模型簡化是必要的。模型簡化的前提是所模擬的物理問題具有結構、材料屬性及邊界條件的對稱性或均勻性，以此為基礎，可通過特定的方程及邊界條件建立模型，例如降維方程，鏡像/周期性/旋轉對稱邊界條件，或根據(jù)工程經(jīng)驗將某些計算域簡化為邊界等等。 當處理空間或時間上具有周期性的物理問題時，采用周期性邊界條件（Periodic/Cyclic Condition），可將復雜結構的模擬簡化為周期單元，在不失精確度的前提下，大大降低計算量。 COMSOL提供的周期性邊界條件包括四種類型： ? 連續(xù)性周期邊界（Continuity），指在源和目標邊界上的場值相等； ? 反對稱周期邊界（Antiperiodicity），源和目標邊界上場值符號相反； ? 弗洛奎特周期性邊界（Floquet periodicity），源和目標邊界上場值相差一個位相因子，位相因子由波矢和邊界相對距離確定。Continuity和Antiperiodicity邊界可以認為是Floquet periodicity邊界在位相分別為0和π情況下的兩個特例。 ? 循環(huán)對稱性邊界（Cyclic Symmetry），源和目標邊界上場值相差一個位相因子，位相因子由計算域所對應的扇形角和角向模式數(shù)決定。 以下是幾個典型應用： 1. 微納光學領域內(nèi)的光子晶體（Photonic Crystal）、表面等離子體激元（Surface Plasmon）陣列結構及超材料（Metamaterial），這幾種結構均由空間上周期性重復的散射體構成，當計算透射率及能帶結構時，常?？刹捎肍loquet perioidcity邊界將結構簡化。 超材料能帶分析 Metamaterial.mph 2. 作為壓電傳感器件的聲表面波器件（Surface Acoustic Wave, SAW）的本征頻率問題計算。 壓電聲表面波器件的共振頻率下的位移場（左）和電勢（右）分布才 Acoustics Module/Industrial Models/Saw_gas_sensor 3. 飛機、輪船、風力發(fā)電機中的渦輪機，或是旋轉電機結構往往具有旋轉對稱性，在進行電磁場或振動模態(tài)分析時，可采用Cyclic Symmerty類型周期性邊界簡化。 葉輪的振動模態(tài) Structural Mechanics Module/Tutorial Models/impeller 值得注意的是，周期性條件的引入會導致模型的非線性增強，這常常會導致計算的收斂性問題。為了提高計算收斂性，在網(wǎng)格剖分時，需要注意使互為周期性的兩個邊界上網(wǎng)格完全一致。在COMSOL中可先剖分周期性邊界對中的一個邊界，然后復制網(wǎng)格（Copy mesh）來實現(xiàn)兩個邊界上網(wǎng)格的一致性，詳見參考模型。 http://i.cntech.com.cn/forum/post/show.html?tid=13539