مدل‌سازی مکانیک جامدات در کامسول
مدل‌سازی مکانیک جامدات (Structural Mechanics) در COMSOL یکی از کاربردی‌ترین و پرطرفدارترین زمینه‌ها در میان کاربران این نرم‌افزار است. این حوزه به تحلیل رفتار مکانیکی اجسام جامد تحت تأثیر نیروها، فشارها، دما و دیگر بارگذاری‌ها می‌پردازد. با استفاده از ماژول Structural Mechanics، می‌توان انواع تحلیل‌های استاتیکی، دینامیکی و حرارتی را روی سازه‌ها و قطعات صنعتی انجام داد.
۱. تحلیل استاتیکی (Static Analysis)
در این حالت، نیروها و شرایط مرزی به جسم وارد می‌شوند و رفتار آن در حالت تعادل بررسی می‌گردد. می‌توان تنش، کرنش و جابه‌جایی را در سازه محاسبه کرد. این نوع تحلیل برای طراحی قطعات تحت بارگذاری دائم بسیار رایج است.
۲. تحلیل مودال (Modal Analysis)
برای به‌دست‌آوردن فرکانس‌های طبیعی ارتعاش و شکل مودهای سازه‌ها استفاده می‌شود. این تحلیل به طراح کمک می‌کند تا از ایجاد تشدید در سازه جلوگیری کند.
۳. تحلیل دینامیکی (Time-Dependent/Transient Analysis)
در شرایطی که بارگذاری‌ها متغیر با زمان هستند، تحلیل دینامیکی به‌کار می‌رود. این تحلیل در بررسی ضربه، ارتعاش، یا رفتار سازه در زلزله اهمیت زیادی دارد.
۴. تحلیل ترمومکانیکی (Thermal Stress Analysis)
در این نوع مدل‌سازی، تأثیر تغییرات دما بر رفتار مکانیکی ماده بررسی می‌شود. معمولاً برای تحلیل انبساط یا انقباض حرارتی و تنش‌های حرارتی استفاده می‌شود.
۵. تحلیل غیرخطی (Nonlinear Analysis)
در مواردی که مواد رفتار غیرخطی دارند (مانند پلاستیسیته یا بزرگ‌تغییرشکلی)، باید از تحلیل غیرخطی استفاده شود. همچنین تماس بین اجسام (contact) نیز یک پدیده غیرخطی است که در COMSOL پشتیبانی می‌شود.
۶. تحلیل خستگی (Fatigue Analysis)
برای پیش‌بینی عمر قطعات تحت بارگذاری‌های تناوبی یا سیکلی، می‌توان از تحلیل خستگی استفاده کرد. این قابلیت به‌ویژه در طراحی قطعات هوافضا، خودروسازی و سازه‌های دینامیک کاربرد دارد.
مراحل کلی مدل‌سازی مکانیک جامدات در COMSOL
۱. تعریف هندسه
با استفاده از ابزارهای داخلی یا وارد کردن فایل‌های CAD، می‌توان شکل جسم موردنظر را تعریف کرد.
-
اختصاص ماده (Material)
خواص مکانیکی مواد مانند مدول یانگ، ضریب پواسون، دانسیته، ضریب انبساط حرارتی و... برای هر بخش تعیین می‌شود. -
اختصاص فیزیک (Physics)
فیزیک مکانیک جامدات انتخاب و شرایط مرزی (نیرو، تکیه‌گاه، جابه‌جایی، فشار و...) اعمال می‌شود. -
ایجاد شبکه (Meshing)
هندسه به المان‌های کوچک‌تر تقسیم می‌شود تا معادلات در نقاط مشخص حل شوند. -
تنظیم حل‌گر و اجرای شبیه‌سازی
پارامترهای حل‌گر مشخص شده و فرآیند حل انجام می‌شود. -
نمایش نتایج
نتایج شبیه‌سازی شامل تنش‌ها، جابه‌جایی‌ها، مودها، ارتعاشات و غیره در بخش Results نمایش داده می‌شود.
ماژول‌های وابسته به Structural Mechanics
-
Solid Mechanics: تحلیل تنش و کرنش در جامدات سه‌بعدی
-
Shell and Plate Mechanics: مناسب برای سازه‌های نازک و پوسته‌ای
-
Beam Mechanics: برای تحلیل سازه‌های میله‌ای و تیرها
-
Geomechanics: برای تحلیل خاک، سنگ و مسائل ژئوتکنیکی
-
Contact Mechanics: شبیه‌سازی تماس بین اجسام صلب یا انعطاف‌پذیر
-
Nonlinear Structural Materials: برای مواد دارای رفتار پلاستیک، ویسکوالاستیک و غیره
جمع‌بندی
ماژول مکانیک جامدات در COMSOL ابزاری جامع برای تحلیل تنش، کرنش، پایداری و ارتعاش در اجسام جامد است. این قابلیت‌ها باعث شده‌اند تا این نرم‌افزار در صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا، عمران، بیومکانیک، و طراحی تجهیزات صنعتی بسیار مورد استفاده قرار گیرد. با تلفیق این ماژول با سایر بخش‌های نرم‌افزار مثل انتقال حرارت یا الکترومغناطیس، می‌توان تحلیل‌های چندفیزیکی بسیار دقیق و واقع‌گرایانه‌ای انجام داد.
