Comsol 5.4版弹性波三维能带计算案例：Smart Mater. Struct. 201...

弹性波三维能带计算版本为comsol 5.4 案例为Smart Mater. Struct. 24 (2015) 075006 “Three dimensional periodic foundations for base seismic isolation” 百度文件全部自己建模并运行检验确保能够运行出正确结果若有运行问题包解决 模型中的设置问题在三维弹性波能带结构计算这个坑里摸爬滚打两星期后终于用COMSOL 5.4复现了经典论文里的周期性基础隔震模型。整个过程最酸爽的不是建模本身而是Bloch边界条件和特征值求解器的参数调教今天就把实战经验掏出来晾晾。打开COMSOL新建波动方程频域物理场这里有个新手必踩的雷区千万别手贱选固体力学模块正确的姿势是直接选声学模块里的弹性波方程。因为固体力学模块默认不考虑周期性相位延迟Bloch条件根本挂不上去。模型树里右键添加三个周期条件记得把波矢参数kx、ky、kz写成矢量形式[betax, betay, beta_z]这货就是倒空间中的扫描参数。弹性波三维能带计算版本为comsol 5.4 案例为Smart Mater. Struct. 24 (2015) 075006 “Three dimensional periodic foundations for base seismic isolation” 百度文件全部自己建模并运行检验确保能够运行出正确结果若有运行问题包解决 模型中的设置问题几何建模环节论文里的钢/橡胶复合结构其实是个排列组合游戏。这里推荐用参数化阵列生成double unitSize 0.2; // 晶格常数 model.geom(geom1).feature().create(array1, Array); model.geom(geom1).feature(array1).setIndex(size, new String[]{3,3,3}, 0); model.geom(geom1).feature(array1).setIndex(displ, new String[]{unitSize, unitSize, unitSize}, 0);这段代码生成3x3x3的立方体阵列注意位移参数必须严格等于晶格常数否则周期性边界会对不齐。材料属性设置时橡胶层需要开启黏弹性模型直接上复数值模量model.material(rubber).propertyGroup(def).set(youngs_modulus, 1e6*(10.1i));虚部0.1i代表3%的损耗因子这个数值要根据实际橡胶参数调整。重点来了——边界条件设置必须使用周期对功能把对应的六个面两两配对。操作时按住Ctrl键同时选中两个相对的表面在边界条件下拉菜单里选周期性条件这时候会弹出相位因子输入框把betaxa、betaya、beta_z*a分别填进去a就是晶格常数。求解器配置是翻车重灾区特征值搜索范围建议先用全频段扫描定位带隙model.study(std1).feature(eig).set(transform, shift); model.study(std1).feature(eig).set(shift, 1e4); model.study(std1).feature(eig).set(search, around);shift值设为预期的最低特征频率这个需要试错。第一次跑算建议把网格设为极粗化先看趋势对不对。当发现特征频率曲线出现不连续的跳变八成是网格太糙导致模态丢失这时候上自适应网格加密model.mesh(mesh1).feature(size).set(customize, on); model.mesh(mesh1).feature(size).set(hmax, 0.02);高频区域网格尺寸建议控制在最小波长的1/8以下。后处理阶段导出特征频率数据后要自己写脚本生成能带图。这里给个MATLAB骚操作scatter3(kx_list, ky_list, f_values, 10, f_values, filled); colormap(jet); colorbar; view(-30,30); axis tight;三维能带图用散点的颜色映射频率值旋转视角时带隙区域会呈现明显的空白区。遇到过不去的坎儿时检查材料损耗因子是否过大——阻尼会抹平带隙特征。还有个隐藏bug当波矢扫描路径穿过布里渊区对称点时可能需要手动合并简并模态。总之这活就是个耐心活儿多跑几次参数扫描总能逮住想要的那条能带曲线。