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弹性力学仿真软件：COMSOL Multiphysics：热弹性耦合问
题仿真教程
1 弹性力学仿真软件：COMSOL Multiphysics：热弹性耦合问
题仿真
1.1 简介
1.1.1 COMSOL Multiphysics 概述
COMSOL Multiphysics 是一款强大的多物理场仿真软件，它能够解决涉及多
个物理现象的复杂问题。在工程和科学研究中，COMSOL 被广泛应用于热力学、
流体力学、电磁学、结构力学等多个领域，通过其直观的用户界面和强大的求
解器，用户可以构建、求解和可视化复杂的多物理场模型。
1.1.2 热弹性耦合问题的重要性
热弹性耦合问题是指材料在温度变化时，其弹性性质也会随之变化的现象。
这种现象在许多工程应用中至关重要，例如在航空航天、汽车工业、电子设备
和建筑结构中，温度变化会导致材料膨胀或收缩，从而影响结构的稳定性和性
能。通过 COMSOL Multiphysics 进行热弹性耦合问题的仿真，工程师和科学家可
以预测和优化设计，确保在各种温度条件下结构的安全和效率。
1.2 热弹性耦合问题仿真原理
热弹性耦合问题的仿真基于热力学和弹性力学的基本原理。在热力学中，
温度变化会导致材料的热膨胀或收缩，这可以通过热膨胀系数来描述。在弹性
力学中，材料的变形和应力可以通过胡克定律来计算。当这两个物理现象耦合
时，温度变化不仅影响材料的热膨胀，还会影响材料的弹性模量和泊松比，从
而影响结构的应力和变形。
1.2.1 COMSOL 中的热弹性耦合模型
在 COMSOL Multiphysics 中，热弹性耦合问题通常通过“固体机械”和“传
热”模块的耦合来解决。首先，定义材料的热膨胀系数和弹性性质，然后设置
温度边界条件和机械边界条件。COMSOL 会自动求解温度场和位移场，通过迭
代计算直到达到收敛。
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