
COMSOL三维电-热-力耦合模型:输出应力、温度、电势等
这年头搞多物理场仿真要是没被耦合模型虐过,简直不好意思说自己是仿真工程师。上周刚折腾完
一个电热力三场联动的COMSOL模型,今天就跟大伙儿唠唠这个让人又爱又恨的"全家桶"式仿真。
先说说这模型能干啥——手机芯片过热变形预测、高压电缆接头发热分析、微机电系统热应力评估,
但凡带电的固体器件基本都逃不开这三个物理场的纠缠。咱们这次案例用的是一个简化版IGBT模块,直接
上硬货:
```matlab
% 材料属性配置(节选)
material1 = mphcreate('mat1');
mphmaterial(material1, 'geom1', 3, 'ElectricConductivity', '5.96e7[S/m]');
mphmaterial(material1, 'therm', 'HeatCapacity', '385[J/(kg·K)]', 'ThermalConductivit
y', '401[W/(m·K)]');
% 看到没?电导率和热导率在这直接联姻了
```
材料参数设置绝对是耦合模型的重灾区,这里有个骚操作:当材料各向异性明显时,可以玩参数矩
阵的花活。比如碳纤维增强复合材料的热导率矩阵,直接上对角矩阵表达各向异性:
```matlab
thermal_cond_matrix = [k_axial 0 0;
0 k_trans 0;
0 0 k_trans];
mphmaterial(material2, 'therm', 'ThermalConductivity', thermal_cond_matrix);
```
耦合项设置才是真正的技术分水岭。电流生热用焦耳定律,热膨胀引发应力,反过来材料变形又影
响导电通路——这三角关系处理不好分分钟发散。看这段关键耦合配置:
```matlab
% 多物理场耦合节点
coupling_node = mphcreate('Multiphysics');
mphfeature(coupling_node, 'JouleHeating', 'on', 'therm', 'on', 'struct', 'on');
mphfeature(coupling_node, 'ThermalExpansion', 'alpha', '23e-6[1/K]', 'Tref', '300[K]
');
% 热膨胀系数和参考温度这对CP必须锁死