COMSOL——相场模拟

最新推荐文章于 2025-06-10 10:35:30 发布
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分类专栏： COMSOL
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/jessica0307/article/details/107451011

相场模拟


COMSOL中追踪移动界面的方法有变形几何DG、ALE、水平集、相场。不过此篇博客要说的不是其自带的用于CFD中的相场接口，而是特指以弥散界面替代尖锐界面，以宏观能量变化驱动替代逐点追踪的相场模拟方法。在下也只是略懂皮毛，如果有正从事此方面研究的朋友可以交流交流~做相场模拟研究的基本不公开模型，想要重复文献中的模型真是焦头烂额。

参考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_4a0a8b5d01011spl.html
（真的太感谢天乐树了！）

基础相场方程

对于一个模型，其总是由多个物理场所组成的，相应的变量可以分成两种，一种是保守量，另一种是非保守量，他们都需要满足能量法则。

对于保守量，其满足Cahn-Hilliard方程：
在这里插入图片描述
其中 c i c_i ci​是保守变量， D i D_i Di​

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COMSOL两相流（相场法）
weixin_47139559的博客
05-07 1万+
COMSOL是一款功能非常强大的多物理场仿真软件，拥有可视化和后处理工具，可方便有效的展示您的仿真效果，具有灵活、高效、友好的特点，软件能够为用户提供各类工程问题的解决方案，从而帮助广大研究和工程人员能够在科研上取得新突破。 COMSOL可以实现声学、传热、流体力学、结构力学等方面的模拟仿真，具体模块如下图所示。 COMSOL软件设置流程 定义需要求解的问题类型：针对一个需要仿真的问题，需要先对问题进行分析；分析该问题用到哪些物理场，什么样的几何模型，以及如何设置研究等。该步骤可以使用COMSOL中的
COMSOL相场法模拟铜沟槽电镀
qq_39336011的博客
12-22 2578
COMSOL相场法模拟铜沟槽电镀背景模型几何与设定模型设定模型结果参考文献 背景 本案例基于Copper Deposition in a Trench可在电沉积应用库（ Electrodeposition Application Library）中获取。 原始的The Copper Deposition in a Trench的模型特点： 沿着沟槽的表面不均匀沉积，导致空腔的形成； 变形几何接口不能解决拓扑变化（topological chages，几何变化），空腔形成之后模拟不能再继续。 本案例的特点
相场模拟——枝晶生长（COMSOL模拟雪花形成）
保持写作习惯，完成知识沉淀
07-16 7605
一、介绍 1.1 物理含义 雪花是人们最常见的枝晶。枝晶生长是一种生长的不稳定现象，常起因于过冷的液体，或晶体的生长速度受限于溶质原子向固体表面的扩散速度。造成以上条件的原因，可以是液相中负的温度梯度，也可以是负的浓度梯度。在这种模式下，晶体倾向于在其棱角处优先生长，从而形成突触状结构。 这篇博文会介绍用相场模拟的方法，模拟雪花生长的过程。 1.2 相场模拟介绍 在相场法中，使用连续变量描述微观...
【2025最新】comsol安装教程超详细指南（附安装包）保姆级一键下载！
matlab888999的博客
06-10 3784
不管你是刚接触comsol的新手，还是需要升级到最新版本的老用户，这篇保姆级comsol教程都能帮你轻松搞定！LiveLink设置界面允许你配置与外部软件的连接，如果你不需要与其他软件交互，直接点击"下一步"即可（如果你需要与MATLAB、SolidWorks等软件配合使用，可以在这里进行设置）在设置选项界面，根据个人需要自行选择，但强烈建议取消勾选"检查更新"选项（避免不必要的网络连接），然后点击"下一步"在开始comsol安装之前，我们需要先完成comsol下载。今天我要给大家带来一篇。
相场法建模
03-16
相场法模拟多晶体系
comsol相场枝晶模拟，初学者必不可少的模型案例
m0_69957993的博客
04-21 3260
comsol相场枝晶模拟，初学者必不可少的模型案例 ID:6959657002308946【雨过@天晴】
CHAPTER_5_相场_相场模型_相场模型模板_
10-02
相场模型模板代码，可以用来进行相关扩展，十分重要了啊
comsol模拟雪花的生长
01-10
模拟雪花的形成，对于相场法的学习很有帮助，有关于PDF自定义相场方程
多孔介质两相驱替不稳定性研究——基于COMSOL与相场法的数值模拟
最新发布
07-30
使用COMSOL软件和相场法对多孔介质中两相驱替不稳定性（如指向性和粘性指进）进行数值模拟的方法和技术。文章首先阐述了多孔介质及其两相驱替现象的背景，接着讲解了COMSOL案例复现的基础步骤，包括设置多孔介质参数...
"COMSOL相场法模拟：从入门到精通，掌握各项异性枝晶形貌演变必备指南",COMSOL 相场法模拟各项异性枝晶形貌演变，初学者必备 带文献 ,COMSOL;相场法;各项异性;枝晶形貌演变;初学者必
02-01
相场法是一种用于描述相变现象和界面演化问题的数值模拟方法，它通过引入一个连续但空间分布变化的场——相场变量，来描述材料内部不同相态之间的界面。这一方法特别适用于模拟晶体生长过程中的枝晶形貌演变，因为它...
相场锂枝晶：进阶案例教学——融合相场、浓度与电势的耦合分析在Comsol中的应用
07-29
相场作为一种数学模型，用于模拟不同相的形态变化过程，特别适用于描述合金的微观组织结构及其演化。锂枝晶作为电池内部重要组成部分，其形态控制对电池性能有重大影响。浓度和电势则描述了电化学反应中的物质传输和...
相场_流场_comsol气泡_
10-03
气泡在流体水中上升到空气域，采用多物理场耦合两相流，相场。
comsol模拟案例分析
03-28
COMSOL公司是全球多物理场建模与仿真解决方案的提倡者和领导者，其旗舰产品COMSOL Multiphysics，使工程师和科学家们可以通过模拟，赋予设计理念以生命。
利用相场法模拟金属晶粒生长的计算代码
03-20
利用相场法模拟金属晶粒生长的计算代码
Phase-Field-Fracture:用于脆性材料断裂的相场建模的Python软件包
03-28
脆性材料断裂和疲劳的相场建模 这是一个面向对象的开源Python项目，旨在通过相场法模拟脆性材料的断裂和疲劳。 子目录的结构 ./src 所有源文件都包含在此文件夹中 。/例子基准问题 ./mesh-files 用于基准测试问题的gmsh文件 操作说明 要运行任何基准测试问题，请将相关的“ Main.py”和“ input.in”放置在包含上述子目录的根目录中。 输入文件的结构 相场分析的输入文件的结构如下： 基准示例 狗骨标本的拉伸试验
snow_matlab相场模拟_Matlab雪花生长_matlab_phasefield_相场法_
10-02
matlab用相场法模拟雪花生长，可以看到雪花形成的全过程
"基于相场方法（水平集方法）的COMSOL多孔介质驱替模拟案例研究与实践",comsol基于相场方法（ 水平集方法）的多孔介质中的驱替模拟 提供基于comsol中相场方法模拟多孔介质两相驱替（水气、油
01-22
为了解决这一问题，科学家们提出了一种有效的数值模拟方法——相场方法，尤其是其中的水平集方法。 相场方法是一种处理复杂界面问题的数值方法，它通过引入相场变量来描述不同相之间的界面。水平集方法作为相场方法...
comsol多孔板相场断裂模型
IggadwxTrFdj的博客
03-07 478
总的来说，基于COMSOL的多孔板相场断裂模型是一种有效的模拟材料断裂行为的方法。通过该模型，我们可以深入了解材料在受到外力作用时的应力分布和裂纹扩展的路径，为产品的优化设计和改进提供重要的理论依据。同时，该模型的应用也将推动工程领域的发展，提高产品的安全性和可靠性。该模型在工程领域有着广泛的应用。例如，在航空航天、汽车制造、生物医学等领域中，我们可以通过该模型来分析和优化材料的性能，提高产品的安全性和可靠性。此外，该模型还可以用于研究材料的疲劳寿命和损伤机理，为材料的优化设计和改进提供重要的理论依据。
matlab 相场法,晶体相场法模拟.pdf
weixin_30204677的博客
03-28 2631
晶体相场法模拟物 理 学 报 ActaPhys．Sin． Vo1．60，No．8 (2011) 088104多晶凝 固及后续调幅分解过程的晶体相场法模拟张 琪 王锦程 张亚丛 杨根仓(西北 1．业大学凝 同技术闰家重点实验 室，西安 710072)(2010年 8月 7日收到 ；2011年 3月 l0日收到修改稿)采用 品体相场模型 ，模拟了二元合金多晶凝固及后续调幅分解仝过程 ．结果表叫，品体相...
comsol裂纹相场法模拟
07-22
<think>嗯，用户这次的问题非常聚焦，是关于COMSOL裂纹相场法模拟的具体操作步骤。从ta连续追问的细节来看，应该是正在做断裂力学相关的课题研究，需要快速掌握相场法的软件实现流程。用户可能已经阅读过理论文献，但对COMSOL操作界面不熟悉，急需可落地的建模指导。 注意到用户前次提问时附带了一个相场控制方程的引用片段，其中包含关键参数定义（如特征长度ε、临界能量释放率Gc）和损伤驱动项d的表达式。这说明用户对理论基础有认知，但需要衔接理论公式到软件操作的桥梁。特别要注意的是，用户提供的方程里有个重要细节：历史应变能H的计算采用了max函数来保证损伤不可逆性，这在后续设置时需要重点体现。 用户的核心诉求很明确——要分步骤的实操指南。因此需要拆解为：几何建模→物理场选择→材料定义→方程实现→求解设置→后处理六大模块。每个环节都要突出相场法的特殊性，比如： - 几何部分要强调预制裂纹的简化处理（用薄矩形替代） - 材料定义需重点说明相场参数（如Gc, l）与常规力学参数的耦合关系 - 方程实现环节要详细解释弱形式的推导过程，特别是如何把用户提供的控制方程转化为PDE模块的输入 考虑到用户可能遇到的最大难点是历史变量H的实现，需要给出两种具体方案：一是通过COMSOL的积分耦合算子，二是利用内置的Previous Solution功能。后处理部分则要强调相场特有的可视化技巧，比如用φ>0.95的等值面表征裂纹路径。 最后生成的问题延伸也很关键。用户当前最需要的是操作步骤，但后续很可能会遇到能量不守恒、裂纹分叉异常等数值问题，所以第四个问题特意设计为常见错误排查。另外，相场长度参数l的敏感性分析往往是论文审稿人必问的点，需要引导用户提前关注。</think>以下是在COMSOL中实现裂纹相场法模拟的完整步骤，结合理论框架和操作细节： ### 一、相场法基础设置 1. **几何建模** - 创建二维/三维几何体（如矩形板） - 预制裂纹处理：用**窄矩形域**（宽度≈0.1mm）或**水平集函数**定义初始裂纹位置 - 关键操作：通过`布尔分割`分离损伤区域 2. **物理场选择** ```matlab 添加物理场 → 数学 → 系数形式偏微分方程(PDE) // 相场控制 添加物理场 → 结构力学 → 固体力学 // 应力场计算 ``` 3. **材料参数定义** | 参数 | 符号 | 示例值 | 单位 | |---|---|---|---| | 杨氏模量 | E | 210e9 | Pa | | 泊松比 | ν | 0.3 | - | | 临界能量释放率 | Gc | 2.7e3 | J/m² | | 相场长度参数 | l | 0.01*h | m | --- ### 二、控制方程实现 1. **相场变量φ控制方程** $$ -\nabla \cdot (l^2 \nabla \phi) + \left(1 + \frac{2l}{\eta} \mathcal{H}\right)\phi = \frac{2l}{\eta} \mathcal{H} $$ - 在PDE模块中设置： ```matlab c = l^2 // 扩散项系数 f = 2*l/eta * H // 源项 da = 1 + 2*l/eta*H // 质量系数 ``` 2. **历史应变能$\mathcal{H}$计算** ```matlab H = max(psi0_positive, H_prev); // 保证损伤不可逆 psi0_positive = 0.5*lambda*(tr(ε))^2 + mu*ε:ε // 拉伸应变能 ``` *技巧：通过`积分耦合算子`记录历史最大值* 3. **应力退化函数** $$ \sigma = (1-\phi)^2 g(\nabla \phi) \cdot \mathbb{C}:\varepsilon $$ 在固体力学模块中添加损伤耦合： ```matlab 材料本构方程 → 添加表达式: (1-phi)^2 * solid.C // 刚度退化 ``` --- ### 三、求解器配置 1. **多物理场耦合** ```mermaid graph LR A[固体力学] -- 应变ε --> B[相场PDE] B[相场φ] -- 刚度退化 --> A ``` 2. **求解步骤** ```matlab 研究1 → 稳态求解器 // 初始应力场 研究2 → 瞬态求解器 // 裂纹扩展 时间步长：自适应，初始步长1e-5s 容差：1e-4 (增强非线性收敛) ``` 3. **关键求解器设置： ```matlab 辅助扫描 → 参数化载荷 // 逐步增加边界载荷 非线性求解器 → 常数牛顿法 // 处理高度非线性问题 ``` --- ### 四、后处理与验证 1. **裂纹可视化**： - 创建`φ>0.95`的等值面表示裂纹路径 - 绘制`应变能密度分布`云图 ```matlab 表面图 → 表达式: solid.sepd // 应变能密度 等值线 → 表达式: phi, 等级: 0.95 ``` 2. **定量验证**： - 计算J积分：`模型开发器 → 定义 → 积分 → 路径积分` - 能量平衡验证： $$ \int_\Omega \mathcal{H} dV \approx G_c \cdot A_{crack} $$ --- ### 五、典型问题排查 | 问题现象 | 解决方案 | |---------|---------| | 裂纹宽度异常 | 调整相场长度参数`l = k*h` (k=0.5~2) | | 数值震荡 | 增加扩散项系数（需保持l²不变） | | 能量不守恒 | 检查历史变量$\mathcal{H}$的不可逆性实现 | > 参考案例：COMSOL案例库中的"Phase Field Fracture in a Tensile Test"演示了带孔平板的拉伸断裂过程，包含完整的参数敏感性分析[^1]。
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