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comsol如何设置内部边界条件(comsol三种边界条件)

comsol如何设置内部边界条件(comsol三种边界条件)

更新时间:2025-07-10 07:05:39

comsol如何设置内部边界条件

1.纽曼条件

纽曼条件是“载荷”,出现在方程组右侧。在 COMSOL Multiphysics 的方程视图 中,这类边界条件显示为弱贡献。纽曼条件纯粹是方程组右侧附加的贡献,因此可以包含以下变量的任何函数:时间、坐标或参数值。此载荷的数学描述可以是

很明显,移动载荷不可能有域边界,甚至不可能存在一个始终适合载荷分布的网格。

我们可以在该表达式中直接输入载荷分布本身。因为有两处会用到径向坐标变量 之所以将其定义成变量是一个好方法。移动热源的完整输入如下图所示。

描述移动热源的局部径向坐标相对于当前中心的变量。


输入热通量。

2.狄氏条件

当给定狄氏条件时,因变量就指定了,所以无须对其求解。我们可以从问题中删除这一类自由度方程。因此狄氏条件会改变刚度矩阵的结构。在 COMSOL Multiphysics 的方程视图 中,这类条件显示为约束。假定要将移动点的温度指定为刚好 450 K,这或许有点刻意,但是能表现出纽曼条件和狄氏条件之间的一个重要区别。假如要添加一个温度 节点并输入类似表达式( if(r < R,450[K],0)),这意味着将热点不会覆盖的那部分边界的温度设定为绝对零度。不过,我们的目的是在热点之外停用狄氏条件。为此可以使用一个小窍门:输入 if(r < R,450[K],ht.Tvar) 作为指定值,就能获得所期望的停用(如下方动画所示)。


含条件限制的狄氏条件设置。

3.洛平条件

洛平条件通常都会影响刚度矩阵和方程右侧。虽然刚度矩阵的结构不会受到影响,但现有位置上会添加值。在方程视图 中,洛平条件同样显示为弱贡献。将这类条件转换为关于时间、空间和其他变量的函数,这与使用纽曼条件时的做法一致。

不过有趣的是,选择合适的值确实可以转换洛平条件,使之近似为狄氏条件或纽曼条件。如果仿真期间你希望在这两类边界条件之间切换,那么这一点十分重要。

要创建狄氏条件,需要对“刚度”指派一个高值,例如弹簧常数或传热系数。在数学术语中,这实质上是狄氏条件的罚 实现。刚度越高,自由度的指定值就越精确。但这里需要注意:刚度过高会影响刚度矩阵的数值稳定性。而在传热问题中,要选择“高”的传热系数 即可以在其他物理场实现相同的计算。将因子设为 1000 只是一个建议,可以替换成 104 或 105。

如果要使用对流模拟上一个示例中移动温度为 450 K 的热点,则可以采用下图中的设置。单元尺寸的内置变量 h 就应用到了表达式中。

4.解对边界条件的依赖性

要将解包含入边界条件有多种方法。这样做往往会引入非线性,COMSOL Multiphysics 可以自动检测到这样的非线性。

我们以一个梁为例,梁的稍下方有一个支撑,其作用是在梁发生一定挠曲后阻止梁的进一步移动。在梁 接口的指定位移/旋转 节点中,设置一个含条件限制的狄氏条件可以实现这一模拟。

具有挠曲、控制支撑和分布载荷的梁。

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