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有限元模拟的科研应用

2020-09-27 09:40:50

一、 有限元模拟简介

仿真模拟就是通过理论上的数学建模和计算机求解来模拟各种物理、化学过程,具体包括力学、流体、电磁学、光学、声学、电化学、半导体等多个领域。而有限元方法则是一种求解偏微分方程的数值计算方法,是目前仿真模拟中广泛运用的一种方法。通过有限元模拟可以提升文章理论分析深度,提高文章档次。模拟可到非常直观,而且非常美观的物理量分布图像,把复杂的物理问题形象化,打动审稿人。实验结果和模拟结果可以相互验证,理论模拟使得结论更有说服力。一些通过实验难以获得的数据或信息,可以通过模拟的方法得到。

二、有限元模型案例

  1. 力学模拟:心血管支架从折叠到伸展的过程, 计算得到了支架受力后伸展的形状以及其中的应力分布。

2. 电磁学:亥姆赫兹线圈产生的磁场分布。计算了环形线圈中的电流产生的磁场。结果显示两线圈中间部分磁场强度均匀分布。


3. 流体模拟物质在微流体通道中的输运和扩散。 在电渗流微流体器件中,物质流过为优化的U性管和结构优化的U形管。通过结构优化避免的物质展宽。


4. 流体模拟:喷墨打印中液滴的运动,计算得到了液滴的形状和速度分布。结果显示液滴在喷出的过程中尾部形成小液滴。


5.  光学模拟: 光子晶体中的光波导。对于特定频率的光不能再光子晶体内部传播。只能沿着光子晶体的缺陷传播。

6.  光学模拟:光通过狭缝的动态过程。平面光源遇到狭缝,大部分被反射,小部分通过狭缝形成衍射。

三、 高档文章有限元模型案例

  1. 力学模拟 计算力致发光器件中应力分布

2  .力学模拟 优化钙钛矿电池的结构,提高弯折性能。

3. Nature Communications流体模拟 计算微流体通道内流场分布

4   、计算摩擦发电器件中的电势分布。




作者:阿黄sweetgirl
来源:知乎


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