نوشته‌ها

مدل سازی روش های NDT با استفاده از کامسول

در این مقاله قصد داریم به معرفی مدل سازی NDT در کامسول بپردازیم. آزمایش های غیر مخرب (NDT) در آکادمی و صنعت از وسایل کنترل کیفیت ، بازرسی محصول ، ارزیابی طول عمر و موارد دیگر استفاده گسترده ای دارد. اطمینان از ایمنی سیستم های فنی در حین کار اهمیت دارد زیرا برای جلوگیری از بروز حوادث و از دست دادن جان انسان است. تقریباً تمام ابزارهای NDT تحت تأثیر عوامل بیرونی قرار دارند. به عنوان مثال ، مواد ناشی از دما تغییر می کنند. در کل دلایل زیادی برای مدل سازی تکنیک های NDT با یک پلتفرم اختصاصی چند فیزیکی وجود دارد.

بیشتر اوقات ، رویکرد NDT با هدف “بازرسی” از مواد یا ساختار و تلاش برای بازیابی برخی از اطلاعات از سیگنال های ارائه شده توسط ابزار تست است. در برخی از روش ها ، این کار ساده است ، زیرا روابط بین امواج خرابی ها و هر نوع ناپیوستگی قابل درک است. با این حال ، در اکثر روشهای NDT چنین نیست.

برای آزمایش التراسونیک فعال ، ما یک موج اولتراسونیک را به داخل مواد می فرستیم و سعی می کنیم ساختار داخلی را از موج منعکس شده درک کنیم. در بسیاری از موقعیت های عملی ، تعامل موج با ساختار داخلی برای بازرس انسان شهودی نیست.

مدل سازی کامسول برای روشن کردن جزئیات چنین انتشار و تعامل موج میتواند بسیار مفید باشد.

ترموگرافی فعال

در ترموگرافی فعال ، مواد یا سازه ها را توسط یک منبع خارجی (به عنوان مثال ، یک لامپ) یا منبع داخلی (به عنوان مثال اصطکاک) گرم می کنیم تا باعث تغییر ناگهانی دما شود. در صورت عدم وجود اختلاف ، توزیع گرما متفاوت با بقیه مواد است. ما این تغییر دما را توسط دوربین های IR به عنوان تابعی از زمان اندازه گیری و کنترل می کنیم. با این حال ، در شرایط عملی ، نشانه ها ممکن است سایه انداخته شود ، ممکن است حرارت به دلیل زاویه دوربین رخ داده و منابع اضافی یا نشت گرما می توانند اندازه گیری را دچار مشکل کنند.

مدل سازی ، به نوبه خود ، خیلی کمک می کند تا شرایط آزمایشگاهی معنی دار مانند فرکانس آزمایش و مدت چرخه گرما را حتی قبل از شروع اندازه گیری مشخص کنید. می توان ناپیوستگی ها (هر نوع ناهنجاری ، مانند نقص ، تغییرات مواد و حفره ها) را قرار داد و تعامل آنها را با تغییرات دما ارزیابی کرد.

در زیر مقایسه تصاویر فاز از اندازه گیری های آزمایشی با استفاده از ترموگرافی و مدل سازی تقویت شده با فیبر با چندین نقص داخلی را مشاهده می کنیم. برای آزمایش اثربخشی یک پارامتر بازرسی ، مانند فرکانس و موارد دیگر ارزیابی اولیه خوبی را ارائه می دهند.

 

phase-images در مدل سازی کامسول

phase-images در مدل سازی کامسول

 

بالا: تصاویر فاز از اندازه گیری های آزمایشی در ترموگرافی برای ماده تقویت شده با فیبر با چندین نقص داخلی. پایین: مدل سازی متناظر برای سه فرکانس آزمون.

التراسونیک

در التراسونیک ، ما با ارسال یک پالس آکوستیک در محدوده فرکانس التراسونیک به داخل، مواد و ساختارها را بازرسی می کنیم و سپس پژواک آن را تشخیص می دهیم. تفسیر چنین امواج التراسونیک چیزی است که بیشتر در دسترس پرسنل آزمایش با تجربه است. با توجه به پیچیدگی انتشار موج صوتی در سناریوهای تست واقعی و تعامل آنها با هر نوع ناپیوستگی داخلی ، بسیاری از نتیجه گیری ها به اندازه گیری های مقایسه ای روی می آورند.

با استفاده از قدرت مدل سازی ، می توانید شروع به شبیه سازی پخش موج مافوق صوت در فضای داخلی سازه و تعامل آن با انواع ناپیوستگی ها را مشاهده کنید. این به طور قابل توجهی تفسیر سیگنالهای تجربی را بهبود می بخشد. با مدل سازی چندتایی از مبدل ها ، همچنین می توان طراحی آنها را بهینه کرد و انتخاب مناسبی را برای یک شرایط بازرسی معین انتخاب کرد. این امر به ویژه برای یافتن فرکانس های تست مناسب و زاویه های بروز مفید است ، و همچنین به درک چگونگی تبدیل موج اولتراسونیک به یک سیگنال برقی به طور کلی کمک می کند.

همانطور که در تصویر زیر مشاهده می شود ، با استفاده از مدل سازی چند فازی خاص ، یک مدل مبدل متقارن ۲D-axymmetric با یک مدل سه بعدی از یک منطقه مورد نظر در داخل یک ساختار آزمون ترکیب شده است. سیگنال های ولتاژ الکتریکی حاصل ممکن است به طور مستقیم با یک سیگنال آزمایشی مقایسه شوند و امکان ارزیابی میزان نقص داخلی مدل مدل شده را فراهم می آورد.

inspection-geometry-internal-interaction

inspection-geometry-internal-interaction

 

سمت چپ: شماتیک هندسه بازرسی (به رنگ سیاه) ، شامل حجم مستقیماً زیر مدل مبدل به عنوان یک منطقه (ROI). سمت راست: تجسم تعامل داخلی حادثه میدان موج صوتی به برخی منافذ موجود در ROI.

امواج هدایت شده

نوع دیگری از روش آزمایش که از امواج مافوق صوت استفاده می کند ، آزمایش موج هدایت شده است. در ساختارهای دیواره نازک ، چنین امواج هدایت شده به دلیل محدودیت هندسی محیط انتشار در یک محور (به عنوان مثال ، جهت ضخامت) شکل می گیرد. در سازه های مسطح ، این امواج هدایت شده را امواج صفحه ای می نامند ، در حالی که در لوله ها ، به این موج های استوانه ای گفته می شود.

برای بازرسی از خطوط لوله ، این امواج کاملاً سودمند هستند ، زیرا این امکان را می دهد تا بخش های بزرگی از خط لوله را با یک موج بررسی کنید. با این حال ، تعامل با ناپیوستگی های داخلی برای آزمایش کلاسیک اولتراسونیک کلاسیک حتی چالش برانگیز تر است. دلیل این امر شکل گیری چندین حالت موج مجزا است که به نوبه خود به طور مستقل با ناپیوستگی های داخلی در تعامل هستند و حتی پس از بازتاب به طور بالقوه حتی به حالت های بیشتری تقسیم می شوند. در مدل سازی ، تجسم رفتار انتشار آنها به طور چشمگیری به درک نوع حرکت موج در یک شرایط بازرسی معین کمک می کند. علاوه بر این مدل سازی چند فازی امکان بررسی کارآمد عوامل نفوذ ، مانند تغییرات ناشی از دما از محیط انتشار را نیز فراهم می آورد.

مثال مقایسه ای است از دو حالت موج مختلف که در مرکز صفحه که به طور خلاصه پس از تعامل با یک سوراخ در صفحه و یک نقطه جوش داده شده در صفحه تحریک می شود. با وجود قطر یکسان ، میدان موج حاصل متفاوت است. در حالی که حالت موج با فرکانس پایین تحت تأثیر مانع قرار نمی گیرد ، حالت موج با فرکانس بالا تعامل جدی و در نتیجه قابلیت تشخیص را فراهم می کند.

wave-fields-behavior

wave-fields-behavior

 

انتشار صوتی

روش انتشار صوتی از سیستم های سنجش پیزوالکتریک استفاده می کند که مستقیماً به یک ماده یا ساختار متصل می شوند. مشابه زمین لرزه ها در مقیاس بسیار بزرگتر ، بروز ترک خوردگی میکروسکوپی در یک ماده باعث ایجاد موج الاستیک می شود که در محدوده مافوق صوت منتشر می شود. وقوع این انتشار آکوستیک نشانگر وضعیت آسیب یک ماده است و با استفاده از یک آرایه سنسور می توان منابع آن را مش بندی کرد. با این حال ، تفسیر سیگنال های ضبط شده بسیار چالش برانگیز است. بخش عمده ای از تفسیرها بر اساس تجربه اپراتورها یا برآوردهای موجود در استانداردها و دستورالعمل ها انجام می شود.

با مدل سازی فرایند کامل ، یک چشم انداز کاملاً جدید در مورد انتشار آکوستیک حاصل می شود. این امر نیاز به مدل سازی مکانیکی انتشار ترک پویا ، تبدیل آن به موج اولتراسونیک و انتشار موج آن دارد. سرانجام ، فرآیند تشخیص با استفاده از سنسورهای پیزوالکتریک باید به اندازه کافی ضبط شود ، زیرا تأثیر زیادی در اطلاعات سیگنال دارد. برای تأمین این خواسته ها ، به یک مدل چند طبقه ای و چند مرحله ای نیاز است.

با امکان پیوند مکانیک سازه با مدل سازی موج گذرا و تبدیل پیزو الکتریک ، چنین مواردی را می توان به آسانی ، همانطور که در زیر مشاهده می شود ، بدست آورد. با شروع با یک مدل سازی مبتنی بر شکستگی مکانیکی از یک نوع نقص خاص ، انتشار موج الاستیک حاصل به آسانی می تواند حاصل شود. با مدل سازی سنسور پیزوالکتریک اختصاصی ، این امکان تبدیل به یک سیگنال الکتریکی و مقایسه مستقیم با سیگنال های آزمایشی را فراهم می آورد.

 

wave-field-propogation در مدل سازی کامسول

wave-field-propogation در مدل سازی کامسول

سمت چپ: مدل سازی ثابت از یک میدان استرس بصورت موضعی در نوک شکاف. مرکز: انتشار ترک پویا با استفاده از مدل سازی منطقه منسجم. راست: پخش یک میدان موج پس از ترک.

جریان های گردابی

برای بازرسی از مواد رسانا ، آزمایش جریان گردابی غالباً مورد استفاده قرار می گیرد. این اندازه گیری مبتنی بر برانگیختگی جریانهای گردابی در داخل ماده آزمایش با استفاده از میدان مغناطیسی (اولیه) یک سیم پیچ محور AC در داخل یک مبدل است. میدان مغناطیسی بسیار کوچکتر (ثانویه) تولید شده توسط جریان eddy با سیم پیچ مبدل ضبط می شود. در صورت بروز هرگونه ناپیوستگی در داخل مواد (به عنوان مثال ترک) ، جریان های گردابی ایجاد می شود و بازخورد آن در سیم پیچ تشخیص داده می شود. از این رو ، تمام تفسیر سیگنال بر اساس تغییر امپدانس الکتریکی کویل است. مانند روش های صوتی ، تفسیر این تغییرات در مقاومت در برابر الکتریکی نیاز به مهارت و تجربه بالا دارد. مکانیسم تعامل با وجود اصول جسمی سفت و سخت ، آموزش و درک آنها بسیار دشوار است.

مدل سازی همراه با محیط اطراف آن به ضبط اصول مهم آزمایش جریان گردابی کمک می کند. علاوه بر این ، طرح های جدید پروب و حساسیت آنها در تشخیص نقص در سناریوهای داده شده قابل ارزیابی است. با استفاده از جدیدترین مدل های میدان الکتریکی و مغناطیسی ، همراه با مدل سازی مدار P-Spice ، این یک روش ساده است.

در زیر نمایی از خطوط میدان مغناطیسی اولیه که در اطراف یک پروب جریان گرداب شکل گرفته اند ، مشاهده می کنید. وجود نقص (به عنوان مثال ترک) باعث ایجاد تغییر چشمگیر در الگوی جریان جریان گردابی می شود و میدان مغناطیسی را تحت تأثیر قرار می دهد. واکنش پروب به حضور نقص از اتصال میدان مغناطیسی ناشی از جریان گردابی به امپدانس سیم پیچ ارزیابی می شود.

eddy-current-flow-pattern در مدل سازی کامسول

eddy-current-flow-pattern در مدل سازی کامسول

 

روش های دیگر NDT

علاوه بر مثالهایی که در بحث مدل سازی کامسول ارائه شد ، بسیاری از روشهای NDT متداول دیگر می توانند از مدل سازی چند فیزیک در کامسول بهره ببرند. برای آزمایش نفوذ مایع ، عمل مویینگی می تواند مدل شود. شکل گیری نشانه ها در آزمایش ذرات مغناطیسی از مدل سازی میدان های نشت نزدیک به ناپیوستگی محاسبه می شود. سطح تغییر شکل ناشی از دما در برش را می توان در روشهای ترمومکانیکی بدست آورد. تعامل مایکروویوها یا امواج تراهرتز با ساختار داخلی قابل محاسبه است و طراحی بهینه را میتوان بهینه کرد.

سرانجام ، با توانایی منحصر به فرد و آسان خود در ترکیب انواع مختلف فیزیک ، نرم افزار کامسول همچنین به توسعه تکنیک های آینده NDT کمک می کند. اینها بیشتر و بیشتر به مفاهیم چندرسانه ای می پردازند و از مدل سازی اختصاصی در کنار توسعه تجربی آنها بهره مند می شوند. سوال این نیست که آیا می توان روش NDT را در کامسول مدل سازی کرد یا خیر ، اما اگر سطح مورد نیاز جزئیات بیش از منابع محاسباتی موجود باشد میتوان از کامسول استفاده کرد.

آنچه از ماژول Particle Tracing یا ردیابی ذره کامسول باید بدانید

بسیاری از ویژگی های جدید و جالب در این ماژول کامسول (COMSOL Multiphysics) از نسخه ۴٫۳ به بعد به این نرمافزار اضافه شد. این قسمت شبیه سازی یکی از بحث هایی می باشد که کامسول را محبوبتر کرد. دن اسمیت ، رهبر تیم توسعه در کامسول می گوید: “این گزینه جدید برای وضعیت دیوار به شما امکان می دهد تا از فیلتر استفاده کنید ، که قبلاً مدل سازی آنها بسیار دشوار بود.” یک عبارت ریاضی مانند یک عبارت منطقی شامل انرژی ذرات می تواند برای تعیین تعداد ذرات ثانویه بیان شود. برای مثال انتشار ذرات ثانویه از ویژگی هایی است که مورد علاقه کسانی که در صنعت الکترونیک فعالیت می کنند ، عمدتاً در حوزه RF و اجزای الکتریکی است.

آموزش کامسول

آموزش کامسول

یکی دیگر از خنک کننده های دیگر در ماژول ردیابی ذرات ، نیروی براون است که در کاربردهای جریان سیال مانند ریزگردها و کاربردهای زیست پزشکی استفاده می شود. به عنوان مثال ، به لطف ویژگی Brownian Force ، اکنون می توان دستگاه های آزمایشگاهی را روی تراشه (LOC) مدل سازی کرد ، که دستگاه های کوچک و بسیار ریز برای تراشه هستند و مقادیر فوق العاده کمی از مایعات را کنترل می کنند – در مقادیر کمتر از پیکولیتر ! شبیه سازی این موارد با ایم ماژول ممکن شد زیرا اکنون می توانید مدل انتشار ذرات بسیار کوچک معلق در یک مایع را مدل کنید ، و نه فقط مدل را حرکت دهید.

با احتساب احتمالات جدید ، کاربران قادر به مدل کردن دستگاه های جداسازی مانند “جداسازی ذرات از طریق غشاها” هستند. احتمال چسبندگی به عنوان شرایط مرزی در دسترس است ، و هنگام برقراری تماس با دیوار ، ذرات می توانند براساس احتمال یا بیان دلخواه روی دیوار بچسبند ، یخ بزنند یا از بین بروند.

در کلاس های آموزش کامسول در دیتک این بحث (ماژول ردیابیذره کامسول) یکی از سرفصل های مربوطه می باشد که آموزش داده می شود.

نرم افزار کامسول ، انسیس یا آباکوس؟ یک بار برای همیشه!

هر دانشجوی مهندسی که وارد دانشگاه میشه و می خواد با نرم افزارهای مهندسی آشنا بشه و چندتایی رو یاد بگیره همیشه بین سه راهی نرم افزار کامسول ، انسیس و آباکوس گیر میکنه! در مرحله ی اول از دانشجوهای سال بالایی پرس وجو میکنه اما دانشجو ها در این مواقع اکثرا تعصبی کار میکنند و هرکس نرم افزاری که خودش در اون زمینه واردتر هست رو معرفی میکنه. اما ما در این مقاله یک بار برای همیشه میخوایم پرونده این سوال رو ببندیم و تفاوت های اصلی بین کامسول ، انسیس و آباکوس رو بیان کنیم.

 

خب اول بریم سراغ کامسول

کامسول

کامسول

از نظر جهانی نرم افزار کامسول انتخاب اول برای افراد آکادمیک و علمی هستش. این افراد چون بیشتر با نرم افزار های مختلف کار میکنند دوست دارن نرم افزار تحلیلی که دارن راحت با بقیه نرم افزارها مثل متلب و نرمافزار های CAD ارتباط برقرار کنه. کامسول نرم افزاری هست که به راحتی میتونه با این نرم افزار ها ازجمله متلب ارتباط برقرار کنه. یکی دیگه از مزیت های بزرگ کامسول چندفیزیکی اون هستش. این عامل باعث شده از مهندسی برق و مهندسی پزشکی تا دانشجوهای رشته ی فیزیک با این نرم افزار کار کنند. این دامنه ی گسترده در بحث شیمی به اوج خودش میرسه و شبیه سازی هایی که گاه براشون خیلی سردرگم هستیم در کامسول مثل آب خوردنه.

از اونجایی که هرچیزی بدون نقص نیست باید به مشکلات و سختی های این نرم افزار هم اشاره کنیم. از جمله سختی ای که ممکنه شما در این نرم افزار با اون مواجه بشید ترسیم هندسی هستش. در زمینه ی ترسیم هندسی نسبت به بقیه نرم افزار ها خیلی سخت عمل میکنه و کشیدن یه جسم ساده براتون ممکنه چندبرابر وقت ببره. البته این مشکل رو با پشتیبانی از تمام فرمت های نرم افزارهای CAD پوشش داده پس جای هیچ نگرانی نیست.

 

 

قدم بعدی، انسیس

انسیس

انسیس

کسایی که با انسیس کار کرده باشند میدونند که طراحی و رسم هندسه در این نرمافزار به دو بخش کلاسیک و Workbench تقسیم میشه. بخش Workbench مثل برنامه های CAD عمل میکنه و بسیار ساده و محبوبه مخصوصا در صنعت. شبیه سازی در انسیس یکی از دقیقترین شبیه سازی هاست و تجربه نشون داده این شبیه سازی اگر درست انجام بشه با مدل واقعی خودش کمترین تناقض و اختلاف رو داره. اما چیزی که انسیس رو از کامسول پایینتر نگه میداره دامنه ی کاربردی این نرم افزار هستش. انسیس بیشتر در بحث جامدات و سیالات کاربرد داره.، ولی اگر پای یک پروژه صنعتی درمیون باشه ما به شما انسیس رو پیشنهاد میکنیم. بلد بودن انسیس برای استخدام چهره ی مهندسی شما رو خیلی حرفه ای تر نشون میده.

 

در آخر، آباکوس

آباکوس

آباکوس

هروقت پای یک تجزیه و تحلیل غیرخطی وسط باشه بدون هیچ تاملی و تفکری به سراغ آباکوس برید. بدون شک آباکوس در این زمینه حرف اول رو میزنه و به جرات میتونم بگم بی رقیبه. البته طبق تحقیقاتی که از بین دانشجوها انجام شده اکثرا یادگیری انسیس رو آسون تر از یادگیری آباکوس دونستند. رابط گرافیکی در کامسول و انسیس بهتر از آباکوس هست پس در آباکوس دنبال محیط یوزرفرندلی نباشید. برای پیشنهاد ولی میتونم بگم یادگیری رو با انسیس شروع کنید و با آباکوس ادامه بدید. موضوع و کارایی بیشتر آباکوس هم بیشتر در زمینه ی خودروسازی و هوافضا هستش، جاهایی که بیشتر با تحلیل غیرخطی سر و کار داریم.

 

پس اگر بخوام به طور خلاصه مطالب گفته شده رو در چند خط بازگو کنم بید بگم که اگر بخوایم کار آکادمیک و علمی انجام بدیم قطعا اولویت با کامسول هست. در بحث های صنعتی به سراغ انسیس میریم مگر ینکه تحلیل غیرخطی باشه مثل صنعت خودروسازی و هوافضا. برای آموزش این نرمافزارها هم می تونید سایت دیتک رو دنبال کنید. هم آموزش حضوری و خصوصی براتون داره هم می تونید مطالب آموزشی رو به طور رایگان بخونید و یاد بگیرید.

 

آموزش پیاده سازی فایل CAD در کامسول

در این آموزش کامسول در مورد وارد کردن CAD صحبت خواهیم کرد. بارها و بارها ، اولین وظیفه کاربر جدید کامسول بر عهده این است که دست خود را روی مدلهای CAD تیم طراحی بگذارند. از این گذشته، کامسول تجزیه و تحلیل را بر عهده دارد، که باید با روند طراحی ارتباط تنگاتنگی داشته باشد. در حالت ایده آل ، طراحی و تحلیل در یک فرآیند واحد یکپارچه شده است.

روش های مختلفی برای وارد کردن مدل های CAD با تجزیه و تحلیل وجود دارد. واردات مبتنی بر پرونده شاید متداول ترین روش است: وارد کردن فایلهای CAD به نرم افزار COMSOL. تعدادی فرمت فایل پشتیبانی می شود و می توانید اطلاعات بیشتری در مورد آن در اینجا بخوانید.

فرمت های فایل CAD

قالبهای معمول Parasolid® ، SAT® و STEP® و IGES هستند. بیشتر بسته های CAD از این پشتیبانی می کنند و می توانید برای واردات بیشتر به کامسول به راحتی در این قالب ها ذخیره کنید. علاوه بر این، می توانید از فرمت های فایل بومی CAD ، به عنوان مثال فرمت های Pro / ENGINEER® یا CATIA® V5 استفاده کنید.

یک قدم نزدیک تر به گردش کار کاملاً یکپارچه ، رابط دو طرفه به نرم افزار CAD است. این در شرایطی است که شما هم نرم افزار کامسول و هم نرم افزار CAD را فعال کنید و آنها مستقیماً ارتباط برقرار می کنند. ارزش افزوده برای این نوع رابط ، ارتباط بین طراحی CAD و تجزیه و تحلیل است: شما می توانید تغییرات طراحی را ایجاد کرده و در پرواز بدون آنکه نیازی به تنظیمات مدلهای مجزا برای هر مورد طراحی باشد، تغییر دهید.

هنگامی که هندسه CAD را در بحث آموزش کامسول در کامسول آماده کرده اید، زمان آن است که مش محاسبات را ایجاد کنید. در زیر من براساس بسیاری از تماسهای ما با کاربران COMSOL طی سال ها، نکات کلیدی را برای واردات و مشبک موفق جمع آوری کرده ام.

نکاتی درباره موفقیت آمیز و مشارکت

اطمینان حاصل کنید که آخرین نسخه برنامه CAD خود را قبل از صادر کردن به یک پرونده نصب کرده اید. این تجربه ما است که برای هر نسخه جدید از نرم افزار CAD اصلاحات زیادی ایجاد شده است.
شاید نیازی به گفتن نباشد ، اطمینان حاصل کنید که جدیدترین نسخه از COMSOL Multiphysics را نصب کرده اید (راهنمایی -> بررسی برای به روزرسانی ها را بررسی کنید).
شروع ساده و به تدریج پیچیدگی را بالا ببرید.
اگر قسمت پیچیده ای را وارد می کنید: ابتدا نسخه ساده شده را امتحان کنید. سپس جزئیات بیشتری را اضافه کنید.
اگر مونتاژ را وارد می کنید: با یک یا چند قسمت مش را شروع کنید. اگر مونتاژ بزرگی دارید و با مشکلات مشبک روبرو هستید ، اگر در اولین تلاش سعی کنید کل تکه ها را بلعید ، جستجو را ناکام بگذارید.
از آنجا که بیشتر مدل های CAD برای ورودی به تولید در نظر گرفته شده است ، درجه خاصی از شیب مجاز در نمایش تصویری مجاز است. با این وجود هر ابزار تجزیه و تحلیل ، یک مسابقه دقیق ریاضی بین سطوح مجاور را می طلبد. برای جلوگیری از ایجاد مشکلی در شکاف ها یا همپوشانی ، طرح را در برنامه CAD تغییر دهید یا از ابزارهای شکست و ترمیم در کامسول در بحث آموزش کامسول استفاده کنید.
فرمت های پرونده STL و IGES برای تجزیه و تحلیل کمتر مناسب هستند، زیرا آنها فقط حاوی یک مجموعه محدود از اطلاعات هستند. برای واردات هر نوع طرح پیچیده ، سایر قالبهای پشتیبانی شده CAD بهتر هستند.
این موارد همچنین در قسمت راهنماهای کاربر و دوره های واردات CAD به عمق پوشانده شده است.

سپس نوع دیگری از CAD را داریم: ECAD برای طراحی الکترونیک ، اما این یک داستان دیگر است و در آینده نزدیک آموزش داده خواهد شد.

مدل کردن خوردگی و حفاظت با ماژول خوردگی COMSOL

این ماژول خوردگی COMSOL برای مدل سازی خورندگی و حفاظت خورندگی مناسب است. اساس کار این ماژول بر روی توزیع پتانسیل در سلول های گالوانیک است. قابلیت های این مدل سازی در واقع شامل خورندگی گالوانیک، حفاظت کاتدی و حفاظت آندی می شود. این ماژول شامل جریان سیال، انتقال حرارت، الکتروشیمی و رابط های خورندگی است. این رابط فیزیک در واقع پتانسیل را در الکترولیت و بر اساس آن در ساختار فلزی حفاظت شده توضیح می دهد. توزیع جریان و پتانسیل می تواند انتقال جرم و حرارت را در بر گیرد. قابلیتی که می تواند مورد توجه قرار گیرد، انتقال جرم در الکترولیت است که مدل سازی خورندگی را منجر می شود. برای مثال چگالی نمک، چگالی اکسیژن و pH را می توان اشاره کرد. در ساختار های فلزی، موازنه جریان توسط قانون اهم مربوط به چگالی جریان توضیح داده می شود. انتقال الکترون در سطح ما بین فلز  الکترولیت و همچنین انتقال حرارت توسط منابع حرارتی ناشی از تلفات در فرآیند الکتروشیمی نیز در اینجا به خوبی قابل توضیح است.

خوردگی الکتروشیمیایی در همه جا است

خوردگی در جهان به طور متوسط هزینه ای بالغ بر ۱ تریلیون دلار در هر سال را طلب می کند. بیشتر خوردگی ها به دلیل فرایندهای واکنش الکتروشیمیایی رخ می دهد که در زیر آب و در محیط های مرطوب قرار دارند. ماژول خوردگی نرم افزار COMSOL اجازه می دهد تا مهندسین و دانشمندان به بررسی این فرایندها، درک دقیق میزان خوردگی در طول عمر یک ساختار و انجام اقدامات پیشگیرانه برای مهار خوردگی الکتروشیمیایی، به منظور محافظت از ساختار آنها بپردازند. این ماژول می تواند برای شبیه سازی خوردگی در محدوده میکروسکوپی به منظور بررسی سازه های بنیادی و در مقیاس های بزرگتر برای تعیین نحوه محافظت از ساختار های گسترده یا طولانی مدت از خوردگی استفاده شود.

درک خوردگی خود یک راه حل است

ماژول خوردگی شامل ویژگی ها، رابط ها و مدل های نمونه ای است که یک رویکرد ساده برای شبیه سازی تمام فرآیندهای خوردگی الکتروشیمیایی، مانند گالوانیک، پیت، و خوردگی شکسته را فراهم می کند. حمل و نقل مواد خورنده از طریق مدل سازی پویا تغییرات در سطح خوردگی و الکترولیت در تماس با چنین سطحی است. ماژول خوردگی شامل رابطهای استاندارد برای مدل سازی پتانسیل خوردگی و توزیع فعلی فرآیندهای خوردگی است که در آن سینتیک واکنش الکتروشیمیایی توسط Tafel، Butler-Volmer یا دیگر معادلات تعریف شده توسط کاربر توصیف می شود. واکنش های الکتروشیمیایی به طور کامل با پتانسیل های الکتریکی در الکترولیت ها و سازه های فلزی، واکنش های شیمیایی همگن و پدیده هایی منحصر به فرآیند خوردگی مانند تغییر شکل یک سطح فلز به علت خوردگی کاملا حل می شود.

بهینه سازی سیستم های محافظت در برابر خوردگی

همچنین ماژول خوردگی به شما اجازه می دهد تا سیستم های حفاظت از خوردگی موثر را طراحی کنید. این شامل شبیه سازی حفاظت کاتدیک (ICCP)، آند های قربانی و حفاظت آندیک، می باشد.

ماژول خوردگی COMSOL

ماژول خوردگی COMSOL

با استفاده از ماژول خوردگی برای بررسی مکانیسم های حفاظتی خاص در محدوده میکروسکوپ، می توانید پارامترهایی را که می توانید برای شبیه سازی ساختار بزرگتر، به عنوان مثال رشد فیلم هیدروکسید بر روی سازه های محافظت شده را استخراج کنید. شما می توانید فایل های CAD حاوی طرح های خود را در COMSOL Multiphysics وارد کنید و سپس شرح فرایند حفاظت را تنظیم کنید. پس از شناسایی مناطق در ساختار خود که حساس به خوردگی هستند، می توانید محل قرار دادن آند های قربانی مشخص کنید.

کاربرد دیگری از این ماژول این است که می توانید جریان خوردگی سازه های زیرزمینی یا سازه های زیر آب را به طور کامل برآورد کند. سپس می توانید از ماژول برای بهینه سازی موقعیت الکترود های محافظتی برای جلوگیری از این مکانیزم خوردگی استفاده کنید.

مدل سازی اثرات گسترده ای از خوردگی الکتروشیمیایی

خوردگی بر ساختار در طول زمان می تواند بطور جدی فاجعه آمیز باشد. همانطور که خوردگی مواد را از یک ساختار حذف می کند، می تواند تمامیت ساختاری آن را به خطر بیندازد.

 

در برخی موارد ممکن است بخواهید تجزیه و تحلیل ساختاری را در ترکیب با تجزیه خوردگی انجام دهید تا ببینید که کدام بخش های ساختار تحت فشار و استرس های بالا هستند. خوردگی در این قطعات ممکن است ویرانگر باشد، بنابراین می خواهید اطمینان حاصل کنید که این قطعات محافظت می شوند. برای درک اثرات خوردگی و بهینه سازی طرح حفاظت از خوردگی، می توانید ماژول خوردگی با ماژول مکانیک سازه ترکیب کنید. این به لطف قدرت گسترده Comsol Multiphysics است، که به شما اجازه می دهد به طور مستقیم دو مدل ساخته شده در یک ماژول را با هر ماژول دیگری متصل کنید.

در موارد دیگر، ممکن است نیاز به جریان متلاطم و چند مرحله ای با حمل و نقل مواد شیمیایی داشته باشد. سپس می توانید از CFD ماژول در ترکیب با واسطه های جابجایی جرم در ماژول خوردگی برای بدست آوردن دقیق توصیف جابجایی مواد استفاده کنید.

مشخصات کلی ماژول خوردگی

  • تعریف دلخواه از واکنش های الکتروشیمیایی که در آن پارامترهای سینتیکی مانند غلظت و پتانسیل خوردگی می توانند وابسته به دما باشند.
  • با استفاده از رابط های داخلی برای توصیف معادلات باتلر-والمر و تافل
  • انتقال جرم از طریق انتشار، انتقال و مهاجرت یونی در الکترولیت های رقیق شده و متمرکز (معادلات Nernst-Planck)
  • انتقال مواد شیمیایی و جریان سیال در الکترولیت های متخلخل
  • پشتیبانی از تحقیق که شامل محدود کردن تراکم جریان در سینتیک الکترود می شود.
  • ویژگی های پشتیبانی از شبیه سازی ولتاژ سیکلی، پتانسیومتری و امپدانس AC برای بررسی سینتیک واکنش خوردگی
  • حمایت از اثرات توپولوژی سطوح خوردگی بر روی سینتیک الکتروشیمیایی و پتانسیل خوردگی

حوزه های کاربرد

  • حفاظت آنودیک
  • حفاظت کاتدیک
  • ظرفیت لایه دوگانه
  • حفاظت از خوردگی (CP)
  • خوردگی موضعی
  • خوردگی گالوانیک
  • تحت تاثیر قرار دادن حفاظت کاتدیک فعلی (ICCP)
  • کاهش آسیب
  • Passivation
  • خوردگی پیت
  • پتانسیل الکتریکی زیر آب (UEP)
  • زمینه های مغناطیسی وابسته به خوردگی (CRM)
  • تجزیه و تحلیل تداخل AC / DC (HVDC)
  • مقاومت در برابر خاک
  • طراحی تخت آنود
  • حفاظت سطح

نویسنده: پوریا صادق لو

 

شبیه سازی Stress Corrosion در کامسول

در این مقاله قصد داریم Stress Corrosion را با استفاده از نرم افزار کامسول و با استفاده از ماژول خوردگی آن بررسی کنیم.

مقدمه

خطوط لوله های فولادی انتقال نفت و گاز شرایط پیچیده ای از تنش / فشار را تحمل می کنند. علاوه بر تنش از طریق فشار داخلی، خطوط لوله به علت حرکت خاک اطراف تحت فشار قرار می گیرند. تاثیر این تغییر شکل الاستیک و پلاستیک در خوردگی خطوط لوله در این مثال نشان داده شده است.

انحلال آهن (واکنش آندی) و احیا هیدروژن (واکنش کاتدی) به عنوان واکنش های الکتروشیمیایی در نظر گرفته می شوند.

هندسه مدل

هندسه مدل از خط لوله فولادی و دامنه اطراف خاک تشکیل شده است. طول خط لوله ۲ متر و ضخامت دیواره ۱۹٫۱ میلی متر است. نقص خوردگی در قسمت بیرونی خط لوله، بیضی شکل، با طول ۲۰۰ میلیمتر و عمق ۱۱٫۴۶ میلیمتر است. هدایت الکترولیت حوزه خاک در S / m 0.096.

شکل1: هندسه مدل در COMSOL شامل یک خط لوله با نقص خوردگی و دامنه اطراف خاک است

شکل۱: هندسه مدل در کامسول شامل یک خط لوله با نقص خوردگی و دامنه اطراف خاک است

Elastoplastic Stress

شبیه سازی تنش elastoplastic با استفاده از مدل دارای انعطاف کرنش کوچک روی خط لوله انجام می شود. تابع سخت شدن، σyhard، به عنوان تعریف شده است:

εp تغییر شکل پلاستیک ، σe است تنش فون میزس، E مدول یانگ (۲۰۷۰۰۰۰۰۰۰۰۰) و σys استحکام فولاد آلیاژی (۸۰۶۰۰۰۰۰۰ Pa) است.

Electrochemical Reactions

واکنش های انحلال آهن (آندی) و احیا هیدروژن (کاتدی) دو واکنش الکتروشیمیایی هستند که در سطح ناقل خوردگی خطوط لوله رخ می دهد. بقیه سطوح خط لوله به صورت الکتروشیمیایی غیر فعال هستند.

برای بیان مدل واکنش انحلال آهن، یک چگالی جریان موضعی آندی تعریف شده است:

اعداد مورد نیاز برای جایگزاری در فرمول های بالا جهت محاسبه به شرح زیر است:

disp “0.001 [m]” Displacement

Eeq0a “-0.859 [V]” “Equilibrium potential for iron dissolution vs SCE in absence of stress”

Eeq0c -0.644[V] “Equilibrium potential for hydrogen evolution vs SCE in absence of stress”

i0a 2.353e-3[A/m^2] “Exchange current density for iron dissolution”

ba 118[mV] “Tafel slope for iron dissolution”

i0c 1.457e-2[A/m^2] “Exchange current density for hydrogen evolution”

bc -207[mV] “Tafel slope for hydrogen evolution”

deltaPm 806e6[Pa]/3 “Excess pressure to elastic deformation”

Vm “7.13e-6 [m^3/mol]” “Molar volume of steel”

zm 2 “Charge number”

T 298.15[K] Temperature

nu 0.45 “Orientation dependent factor”

alpha 1.67e11[1/cm^2] Coefficient

N0 1e8[1/cm^2] “Initial dislocation density”

deltaEeqae -(deltaPm*Vm/(zm*F_const)) “Change in equilibrium potential due elastic deformation”

sigmal “0.096 [S/m]” “Electrolyte conductivity”

حال می رویم سراغ رابطه ی تافل در واکنش کاتدی:

 

 

 

نتایج و بحث

شکل ۲ توزیع پتانسیل الکترولیت (V) در دامنه خاک و توزیع تنش فون میزس (MPa) در دامنه لوله را در نرم افزار کامسول نشان می دهد، همانطور که نشان داده شده است جابجایی مجاز ۴ میلیمتر در جهت x است. می توان دید که تنش های محلی در نزدیکی نقص خوردگی به طور قابل توجهی بالاتر از سایر خطوط لوله است. توزیع پتانسیل الکترولیتی غیرمستقیم در نزدیکی نقص خوردگی همچنین در شکل ۲ نشان داده شده است، همانطور که در ناحیه نیم دایره ای می بینید.

شکل 2: توزیع پتانسیل الکترولیت در حوزه خاک و توزیع تنش فون میزس در ناحیه خط لوله برای جابجایی مجاز 4 میلیمتر.

شکل ۲: توزیع پتانسیل الکترولیت در حوزه خاک و توزیع تنش فون میزس در ناحیه خط لوله برای جابجایی مجاز ۴ میلیمتر.

 

شکل ۳ توزیع تنش فون میزس در طول طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز به ترتیب ۱٫۳۷۵ میلی متر، ۲٫۷۵ میلی متر، ۳٫۷۵ میلی متر و ۴ میلی متر را در کامسول نشان می دهد. تنش فون میزس با افزایش فشار کششی افزایش می یابد همانطور که در مرکز نقص خوردگی مشخص است. برای تنش کششی ۳٫۷۵ میلیمتر و ۴ میلی متر، مشاهده شده است که تنش موضعی، به ویژه در مرکز نقص خوردگی، بیش از مقاومت فولاد آلیاژی (۱۰۶ × ۸۰۶) است. این باعث تغییر شکل پلاستیک در مرکز نقص خوردگی می شود، در حالی که تغییر شکل در ناحیه باقی مانده از نقص خوردگی در محدوده الاستیک باقی می ماند. برای تنش کششی پایین تر از ۱٫۳۷۵ میلی متر و ۲٫۷۵ میلی متر، تمام نقص خوردگی مشاهده شده در محدوده تغییر شکل الاستیک دیده می شود.

شکل 3: توزیع تنش فون میزس در طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از 375 میلی متر، 75 میلی متر، 3.75 میلی متر و 4 میلی متر.

شکل ۳: توزیع تنش فون میزس در طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از ۳۷۵ میلی متر، ۷۵ میلی متر، ۳٫۷۵ میلی متر و ۴ میلی متر.

 

شکل ۴ توزیع پتانسیل خوردگی را در طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از ۳۷۵ میلی متر، ۷۵ میلی متر، ۳٫۷۵ میلی متر و ۴ میلی متر را نشان می دهد.

شکل 4: توزیع پتانسیل خوردگی در طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از 1.375 میلی متر، 2.75 میلی متر، 3.75 میلی متر و 4 میلی متر.

شکل ۴: توزیع پتانسیل خوردگی در طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از ۱٫۳۷۵ میلی متر، ۲٫۷۵ میلی متر، ۳٫۷۵ میلی متر و ۴ میلی متر.

 

شکل ۵ توزیع چگالی جریان آندی را در طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از ۳۷۵ میلی متر، ۷۵ میلی متر، ۳٫۷۵ میلی متر و ۴ میلی متر نشان می دهد. برای تنش کششی کمتر از ۱٫۳۷۵ میلی متر و ۲٫۷۵ میلی متر، تغییرات در چگالی جریان آندی در طول طول نقص خوردگی شبیه رفتار بالقوه خوردگی است. با این حال، برای تنشهای بالاتر از ۳٫۷۵ میلی متر و ۴ میلی متر، تغییرات در چگالی جریان آندی به طور قابل توجهی غیر یکنواخت است، به ویژه در مرکز نقص خوردگی. دیده می شود که چگالی جریان آندی به طور قابل توجهی در مرکز نقص خوردگی افزایش می یابد، در حالی که در هر دو طرف نقص خوردگی برای تنش های بالاتر کاهش می یابد.

 

شکل 5: توزیع تراکم جریان آندی در طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از 1.375 میلی متر، 2.75 میلی متر، 3.75 میلی متر و 4 میلی متر

شکل ۵: توزیع تراکم جریان آندی در طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از ۱٫۳۷۵ میلی متر، ۲٫۷۵ میلی متر، ۳٫۷۵ میلی متر و ۴ میلی متر

شکل ۶ توزیع چگالی جریان کاتدی در طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از ۳۷۵ میلی متر، ۲٫۷۵ میلی متر، ۳٫۷۵ میلی متر و ۴ میلی متر در کامسول نشان می دهد. می توان دید که چگالی جریان کاتدی منفی با افزایش فشار کششی افزایش می یابد و در مرکز نقص خوردگی منفی تر از سایر قسمت ها است.

شکل 6: توزیع تراکم جریان کاتدی در امتداد طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از 1.375 میلی متر، 2.75 میلی متر، 3.75 میلی متر و 4 میلی متر.

شکل ۶: توزیع تراکم جریان کاتدی در امتداد طول نقص خوردگی برای جابجایی های مجاز از ۱٫۳۷۵ میلی متر، ۲٫۷۵ میلی متر، ۳٫۷۵ میلی متر و ۴ میلی متر.

اموزش ماژول ها و زیر ماژول های کامسول (قسمت سوم)

در پیرو مقاله قسمت دوم، به معرفی و اموزش ماژول ها و زیرماژول های نرم افزار کامسول میپردازیم.

۱۱) ماژول ردگیری ذره: در بحث اموزش کامسول این ماژول ابزاری پرکاربرد است که توسط آن می‌توان مسیرهای حرکت ذرات را در حضور یک میدان خارجی ردیابی کرد.

رابط فیزیکی که در این جا در دسترس است برای مدل سازی مسیر حرکت الکترون ها و یون ها درون میدان الکترومغناطیسی به کار برده می‌شود. بنابراین مدل سازی ادواتی مانند لنزهای مگنتیک، تفنگ های الکترونی و اسپکترومترهای جرم فراهم می شود.

آموزش ماژول ردگیری ذره کامسول

آموزش ماژول ردگیری ذره کامسول

۱۲)ماژول پلاسما: ماژول پلاسما نیز مانند سایر ماژول های نام برده دارای چند رابط فیزیکی است که پایه و اساس آن را تشکیل می دهند. این رابط های فیزیکی بر مبنای جفت معادله های رانش – نفوذ برای چگالی الکترون انرژی متوسط الکترون، معادلات مکسول مربوط به گونه های غیر الکترونی و مدل الکترو استاتیک عمل می کنند تا بتوان پلاسما را محاسبه کرد.

از رابط های فیزیکی پر کاربرد این ماژول می توان موارد زیر را نام برد:

  • پلاسمای کوپل شده ی القایی
  • تخلیه بار
  • پلاسمای ماکروویو
  • پلاسمای کوپل شده به صورت خازنی
  • منابع نوری
  • نیروی رانشی فضا
  • تخلیه بار سد دی الکتریک
  • مولد های گازی واکنشی
آموزش ماژول پلاسما کامسول

آموزش ماژول پلاسما کامسول

۱۳) ماژول RF: این ماژول مسائلی که به صورت معمول در زمینه ی امواج الکترومغناطیس مطرح هستند، تحلیل می کند. از جمله مثال هایی که در COMSOL توسط این ماژول مدل سازی می شود، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • موج برها
  • آنتن
  • خطوط انتقال
اموزش ماژول RF کامسول

اموزش ماژول RF کامسول

۱۴) ماژول مکانیک ساختاری: در بحث اموزش کامسول این ماژول، مسائل مربوط به زمینه ی مکانیک ساختاری و مکانیک جامدات را تحلیل می کند. به عنوان مثال می توان به اضافه شدن رابط های فیزیکی مخصوص برای مدل سازی پوسته و پرتوها اشاره کرد. رابط های فیزیک در دسترس در این ماژول عبارتند از:

  • مدل سازی پیزو الکتریک
  • المان های تراس و کابل
  • پوسته و صفحه

قابلیت های این ماژول شامل مطالعات پارامتریک، پاسخ فرکانسی، زمانی، فرکانس ویژه و استاتیک و همچنین اصطکاک می شود. رابطهای فیزیکی برای مواد ویسکوالاستیک و الاستیک خطی نیز در این ماژول تعریف شده اند. مواد میتوانند از جنس ایزوتروپ، آرتوتروپ یا ایزوتروپ کامل باشند و از دستگاه مختصات محلی برای مشخص کردن ویژگی های آنها میتوان استفاده کرد.

کوپل کردن آنالیز ساختاری به آنالیز حرارتی، یک نمونه از مفهوم چند فیزیکی میباشد که در این ماژول نیز تعبیه شده است. مواد پیزوالکتریک با استفاده از یکی از فرمهای تنش بار یا بار-تنش مورد ارزیابی و آنالیز قرار میگیرند. یکی از شبیه سازی های رایج و پرکاربرد مربوط به این ماژول، کوپل شدن مکانیک ساختاری به سایر قسمت هاست که از جمله آنها میتوان موارد زیر را نام برد:

  • جریان سیال
  • واکنش های شیمی؛
  • آکوستیک؛
  • میدانهای الکتریکی؛
  • میدانهای مغناطیسی؛
  • انتشار موج
آموزش ماژول مکانیک ساختاری کامسول

آموزش ماژول مکانیک ساختاری کامسول

 

۱۵) ماژول جریان زیرسطحی: زمین و سیاراتی که در اطراف آن قرار دارند، آزمایشگاه بسیار بزرگی را تشکیل میدهند که سرشار از آرایه های بی نهایتی از فیزیک پایه و اندرکنش انواع پدیده های مولتی فیزیک هستند. این پدیده های گوناگون فیزیکی به صورت جمعی یا به تنهایی، چگونگی دسترسی ما را به منابع مهم تغییر میدهند که این موجب میشود کیفیت محیط زیست و طبقات زیرزمینی آن را تحت تاثیر قرار دهد. ماژول جریان زیرسطحی، درواقع مطالعه کمی از پدیدههای زیست محیطی و ژئوفیزیک است.

این ماژول شامل آنالیزهای الکترومغناطیس و مکانیک ساختاری و انتقال حرارت (به عنوان مثال میتوان به رابط های فیزیکی اشاره کرد که توسط آنها میتوان به محاسبه خواص موثر ترمال اجزای یک سیستم پرداخت) و جریان سیال است. شاخه مربوط به جریان سیال امکانات زیادی را فراهم می آورد.

آموزش ماژول مکانیک ساختاری کامسول

آموزش ماژول مکانیک ساختاری کامسول

۱۶) ماژول خورندگی: در بحث اموزش کامسول این ماژول برای مدل سازی خورندگی و حفاظت خورندگی مناسب است. اساس کار این ماژول بر روی توزیع پتانسیل در سلول های گالوانیک است. قابلیت های این مدل سازی در واقع شامل خورندگی گالوانیک، حفاظت کاتدی و حفاظت آندی می شود. این ماژول شامل جریان سیال، انتقال حرارت، الکتروشیمی و رابط های خورندگی است. این رابط فیزیک در واقع پتانسیل را در الکترولیت و بر اساس آن در ساختار فلزی حفاظت شده توضیح می دهد. توزیع جریان و پتانسیل می تواند انتقال جرم و حرارت را در بر گیرد. قابلیتی که می تواند مورد توجه قرار گیرد، انتقال جرم در الکترولیت است که مدل سازی خورندگی را منجر می شود. برای مثال چگالی نمک، چگالی اکسیژن و pH را می توان اشاره کرد. در ساختار های فلزی، موازنه جریان توسط قانون اهم مربوط به چگالی جریان توضیح داده می شود. انتقال الکترون در سطح ما بین فلز  الکترولیت و همچنین انتقال حرارت توسط منابع حرارتی ناشی از تلفات در فرآیند الکتروشیمی نیز در اینجا به خوبی قابل توضیح است.

آموزش ماژول خورندگی کامسول

آموزش ماژول خورندگی کامسول

۱۷) ماژول مواد ساختاری غیر خطی: بسته ای است که در آن مکانیک ساختاری مورد بحث قرار گرفته و شامل مباحث مکانیک ساختاری در زمینه رفتار غیرخطی مواد است. این ماژول دارای مجموعه ای گسترده از مدل های مواد با ساختار غیر خطی می باشد که میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مواد هایپر استاتیک که از پیش تعریف شده
  • مدل هایی با حالت پلاستیکی با کرنش کوچک و بزرگ مورد استفاده در مدل های مختلف
  • مدل های خزشی و مواد ویسکوپلاستیک که از پیش تعریف شده

اموزش ماژول ها و زیر ماژول های کامسول (قسمت دوم)

در پیرو مقاله قسمت اول، به اموزش ماژول ها و زیرماژول های نرم افزار کامسول میپردازیم.

۶) ماژول ژئومکانیک: بسته ای است که در آن مکانیک ساختاری بسط و گسترش یافته و فرایند های ژئوفیزیک و مکانیک خاک توضیح داده شده است. این ماژول دارای مجموعه گسترده ای از مدل های ماده و موارد دیگر در مکانیک خاک است.

آموزش ماژول ژئومکانیک کامسول

اموزش ماژول ژئومکانیک کامسول

۷) ماژول انتقال حرارت: ماژول انتقال حرارت تمام سازوکارهای پایه ی انتقال حرارت از جمله انتقال حرارت به صورت رسانش، همرفت و تابش را پوشش می دهد. رابط های فیزیکی در دسترس در این ماژول دارای قابلیت های زیر هستند:

  • انتقال حرارت عمومی توسط رسانش
  • معادله بیوگرمایی
  • انتقال حرارت در محیط متخلخل
  • تابش حرارتی در محیط تضعیف کننده و پراکنده ساز نور
  • جریان سیال غیر متراکم غیردما
  • جریان متلاطم با استفاده از مدل های متلاطم
آموزش ماژول انتقال حرارت کامسول

اموزش ماژول انتقال حرارت کامسول

۸) ماژول MEMS: این ماژول مجموعه ای از رابط های فیزیکی و مدل های از پیش تعریف شده است که از آن می توان برای مدل سازی ادوات MEMS استفاده کرد. از کاربردهای متنوع آن در کامسول می توان ساخت مواد پیزو الکتریک و همچنین جریان در لایه-نازک را نام برد. این ماژول دارای کتابخانه ای از انواع مدلهای MEMS شامل گروهی از ادوات مانند سنسورها و سیستم های محرک است و توانایی ارتباط با مدلسازی های مدارات الکتریکی و پشتیبانی از ECAD را نیز فراهم کرده است.

آموزش ماژول MEMS کامسول

اموزش ماژول MEMS کامسول

۹) ماژول میکرو سیال شناسایی: در بحث آموزش کامسول این ماژول مجموعه ای از رابط های فیزیکی برای شبیه سازی ادوات است. همچنین ابزاری است که می‌توان برای مدلسازی جریان در مقیاس میکرو و نانو در آن پرداخت. رابطه‌ های فیزیکی در آن شامل جریان آرام، جریان چند فاز جریان در محیط متخلخل و جریان رقیق شده مانند جریان مولکولی آزاد جریان لغزش و جریان عبوری است. از قابلیت‌های دیگران نیز می‌توان به عملکرد در واکنش های شیمیایی و گونه های آبی اشاره کرد.

آموزش ماژول بهینه سازی کامسول

اموزش ماژول میکرو سیال شناسایی کامسول

۱۰) ماژول بهینه سازی: این ماژول می‌تواند برای تمام مجموعه خانواده کامسول مورد استفاده قرار گیرد و در واقع یک رابطه عمومی برای رسیدن به پاسخ ها و حل های بهینه شده مسائل مهندسی است. هر کدام از ورودی های یک مدل اعم از دیمانسیون هندسی شکل ها خواص ماده و یا چگونگی توزیع مواد می‌توانند به عنوان متغیرهای کنترل فرض شود و از طرفی خروجی مدل را نیز می‌توان به عنوان تابع هدف تلقی کرد. دو کلاس مهم از مسایل که دقت آنها مبتنی بر پروسه تحقیقی سیستماتیک است به شرح زیر می باشند:

  • مسائل طراحی با یک هدف معین
  • مسائل معکوس به خصوص در تخمین پارامتر در مدل های چند فیزیکی
آموزش ماژول بهینه سازی کامسول

اموزش ماژول بهینه سازی کامسول

 

 

آموزش ماژول ها و زیر ماژول های کامسول (قسمت اول)

به طور کلی ماژول های در نظر گرفته شده در بحث آموزش کامسول عبارتند از:
۱٫ ماژول AC/DC
۲٫ ماژول آکوستیک
۳٫ باتری ها و سلول های سوختی
۴٫ محاسبات دینامیک سیالات
۵٫ مهندسی واکنش شیمیایی
۶٫ ژِئومکانیک
۷٫ انتقال حرارت
۸٫ MEMS
۹٫ میکروسیال ها
۱۰٫ بهینه سازی
۱۱٫ ردگیری ذره
۱۲٫ پلاسما
۱۳٫ RF
۱۴٫ مکانیک ساختاری
۱۵٫ جریان زیرسطحی
۱۶٫ خورندگی
۱۷٫ مواد ساختاری غیرخطی

در ادامه به توضیح هر یک خواهیم پرداخت.

۱) ماژول AC/DC: محیطی برای شبیه سازی الکترومغناطیس است. ابزار پرقدرتی جهت آنالیزهای مربوط به سیم پیچ و خازن ها و…. است. رابط های فیزیک که در این ماژول قابل دسترس است و انواع شبیه سازی ها را در حوزه ی میدان های الکترومغناطیسی پوشش می دهد، عبارتند از:
• الکترو استاتیک
• جریان های الکتریکی در محیط رسانا
• مگنتو استاتیک
• الکترومغناطیس فرکانس پایین

آموزش کامسول

آموزش ماژول AC/DC کامسول

برای مدل سازی مدار های الکتریکی، طراحی های ECAD را نیز می توان به این ماژول وارد کرد.
۲) ماژول آکوستیک: مجموعه ای از رابط های فیزیکی است که میتواند تمام شبیه سازی های آکوستیک در سیالات و جامدات را پوشش دهد. رابط های فیزیک که در این ماژول قابل دسترس است دارای قابلیت های زیر هستند:
• آکوستیک فشار زمانی و حوزه فرکانسی
• آکوستیک حرارتی
• آئروآکوستیک
• جریان پتانسیل با قابلیت فشرده شدن
• مکانیک جامدات
• پیزوالکتریک
کاربرد های متعارف این ماژول عبارت است از:
• در زمینه خودرو مانند اجزا داخلی آن
• مدل سازی بلند گو ها و میکروفن ها
• آئروآکوستیک
• آکوستیک زیر آب

آموزش کامسول

آموزش ماژول آکوستیک کامسول

۳) ماژول باتری ها و سلول های سوختی: با این ماژول می توان مدل های دقیق الکترود ها و الکترولیت ها در سلول های الکتروشیمیایی را در آن طراحی کرد. همچنین توضیح واکنش های الکتروشیمیایی و ویژگی های انتقال که بر روی عملکرد باتری ها و سلول های سوختی و دیگر سلول های الکتروشیمیایی موثر است، را نیز شامل می شود.
این ماژول می تواند مٍال های زیر را در زمینه سلول های الکتروشیمی در بر میگیرد:
• سلول های سوختی کربنات ذوب شده
• متانول مستقیم
• تبادل پروتن غشایی
• اکسید جامد
• باتری لیتیوم-یون

آموزش کامسول

آموزش ماژول باتری ها و سلول های سوختی کامسول

۴) ماژول محاسبه دینامیک سیالات: در بحث آموزش کامسول این ماژول انواع جریان سیال بهینه شده و توسعه یافته است. از قابلیت این ماژول می توان به موارد زیر اشاره کرد.
• جریان آرام و متلاطم مورد استفاده در مدل های متلاطم
• جریان هم دما و غیرهم دما
• جریان تراکم پذیر و تراکم نا پذیر
• جریان نیوتنی و غیر نیوتنی

۵) ماژول مهندسی واکنش شیمیایی: در بحث آموزش کامسول ماژول یک مدل به مفهوم ماده یا جرم، انرژی یا حرارت و موازنه ی ممنتوم برای یک سیستم است. این ماژول نه تنها این موازنه ها را تعریف و معین میکند بلکه میتواند موازنه ی مادهو انرژی برای مدل های مستقل از مکان و مدل های تابع مکان را انجام دهد. این ماژول شیوه ای قدرتمند از مدل سازی را در مهندسی شیمی ارایه می دهد و دارای کاربرد های زیر است:
• طراحی و مهندسی شیمی
• کاتالیست ناهمگن
• فرایند های جدا سازی
• الکترولیز های صنعتی و سلول های سوختی
• کنترل فرایند
کامسول حتی می تواند PDE های کوپل شده ی غیر خطی را در زمینه های زیر حل کند:
• انتقال حرارت
• دینامیک سیال
• انتقال جرم از طریق نفوذ، جابجایی و انتقال گرما
• سینتیک واکنش شیمیایی
• خواص متغیر مواد
در دینامیک سیالات، میتوان جریان سیال را در محیط متخلخل مدل سازی کرد و ویژگی های جریان را توسط معادلات ناوییر استوک مشخص کرد. رابط های فیزیک در این ماژول می توانند زمینه های زیر را پوشش دهند:
• انتقال گونه های شیمی
• انتقال گونه های چگال با مدل های نفوذی
• انتقال حرارت در سیالات، جامدات و محیط متخلخل
• جریان سیال

آموزش کامسول

آموزش ماژول مهندسی واکنش شیمیایی کامسول