基于COMSOL Multiphysics有限元物理仿真计算中的边界条件问题——以二维声子晶体透射率的计算为例--《中国科技信息》2015年Z3期
基于COMSOL Multiphysics有限元物理仿真计算中的边界条件问题——以二维声子晶体透射率的计算为例
【摘要】：采用有限元法(FEA)求解声波/弹性波散射问题中,周期性边界和吸收性边界条件的设置起着关键的作用。文中主要介绍了COMSOL计算中的四类周期性边界条件和两类吸收性边界条件的区别。最后,在COMSOL模拟中应用不同的边界条件计算了钢柱按四方晶格排列于空气中形成的二维声子晶体的透射率谱,讨论了不同边界的适用范围。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：O735;TB115【正文快照】：
边界条件指在运动边界上方程组的解应满足的定解条件。利用COMSOL Multiphysics等有限元软件进行物理仿真计算时,模拟域可以是有限或无限大的。在处理一个无限大求解域时,我们需要设定的边界条件通常有两种——周期性边界和吸收性边界。在本文中,以声固相互作用模块计算二维声
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大型分析仪器仿真软件在《仪器分析》教学中运用的意义
　　【摘要】《仪器分析》是一门实践性和应用性很强的学科，而中职院校设备数量不足、大型设备缺乏、关键设备落后等原因，很难做到每位学生都动手操作，所以给学生学好这门课程增加了很大的难度。大型分析仪器仿真软件ISTS3.0的引入，克服了以上缺点。它减少了教学投入，激发了学生学习的积极性，帮助学生理解理论知识，掌握仪器正确操作规程，使学生能更好的学习这门课程。 中国论文网 /9/view-5977572.htm　　【关键词】分析仪器；仿真软件；教学；意义 　　【中图分类号】TG115.21+5.9 【文献标识码】B 【文章编号】（3-01 　　引言 　　仪器分析是指采用较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。工业分析与检验专业的专业课程，是一门综合性的学科，具有很强的实践性和应用性。所以只有实际应用与操作，才能真正领会课本的理论知识，才能学好这门课程。然而，中职院校普遍存在班级学生人数较多，实训设备投入不足的现象，特别是设备数量不足、大型设备缺乏、关键设备落后等现状，很难做到每位学生都动手操作；而且设备较为精密和昂贵，教师也很难放心让学生动手实际操作这些仪器，所以给学生学好这门课程增加了很大的难度[1]。 　　仿真软件，结合外形仿真、操作仿真和视觉感受仿真，使用真实的模型作为参与者的操控平台，利用虚拟现实技术，通过实际操作，使参与者有身临其境的切身体会。学生通过仿真实验可以几乎达到真正做实验的效果，或者在学生真正上仪器做实验之前，给他提供这样一个模拟平台，可以减少仪器的损坏率，更好的保护仪器。故而在《仪器分析》教学中利用仿真软件教学就显得很重要，我校选用了东方仿真中的大型分析仪器仿真软件ISTS3.0。 　　1.大型分析仪器仿真软件ISTS3.0的概述 　　双击软件图标进入，选择“单击练习”或“局域网模式”，再选择培训工艺，启动项目，会出现如下界面： 　　（1）导航界面：进入选择各种学习方式的界面。①应知理论课件，帮助学生学习了解气相色谱理论知识。②思考题，给学生提供自主学习的机会。③仿真操作，模拟气相色谱仪的操作步骤，让学生练习实验操作。④色谱理论模拟，包括“塔板理论”，“速率理论”，“分布（吸附）等温线为非线性时色谱流出曲线，学生通过改变相关参数，查看谱图变化，帮助学生深刻理解相关色谱理论。 　　（2）流程图界面：学生进行实验操作的主界面。①实验讲义按钮：点击可查看启动的项目的实验内容，包括实验目的、原理、步骤等。②电源按钮：点击即相当于打开或关闭气相色谱仪的电源开关。③参数查看区：可看到各个设定的参数值是多少。④参数状态区：看查看哪些参数已经设定。⑤各种功能按钮：如点击“色谱柱”可弹出色谱柱的参数设置窗口，点击“气化室”可弹出气化室的参数设置窗口。 　　2.大型分析仪器仿真软件ISTS3.0在教学中的具体应用 　　以“白酒中甲醇的测定”为例，打开实验讲义按照讲义中操作步骤来练习。开“电源”按钮，设置“柱温240”、“气化室温度270”和“选择检测器FID”，设“载气流量50ml/min”，点击“升温按钮”当温度达到设定值之后，设定“空气流量500ml/min”，“氢气流量100ml/min”，点击“点火按钮”，回调“氢气流量50ml/min”，点击样品选择“白酒1”设置“进样量10ul”，点击“开始进样”，采集色谱图。根据图谱的结果，优化实验条件，如降低柱温和气化室温度，减小载气流速等，使分离度达到1.5以上，同时所用时间最短。再进行标准样品的测定，绘制出工作曲线，用一元线性回归方程计算出相关系数。 　　3.大型分析仪器仿真软件ISTS3.0应用的意义 　　在中职学校，学生的生源越来越差，传统的教学思想、教学方法、教学手段都面临着前所未有的挑战。作为专业教学，它的理论与高等院校的专相比，只是略容易一点，但是由于面对的是中职的学生，学习这样的课程就显得很难。而仿真软件能在其中显示出桥梁作用，能使理论和实践有效的衔接，打破了传统的教学模式[2]。 　　第一，仿真软件可以帮助学生学习《仪器分析》这门课程。和其它专业课一样，仪器分析课程也是非常抽象的学科。而仿真软件以声音、图像、动画等丰富的表现力帮助学生进行多感官学习[3]。同时，仿真软件上有练习题可以帮助同学们理解理论内容，可以自主进行学习和考试。 　　第二，仿真软件可以减少学生的错误操作。在学生实际操作时，由于仿真软件不易发生安全问题。仿真软件还可以对学生的操作过程进行自动检测，如果学生出现错误操作，则不能进行下一步操作，迫使学生反复演练，直至成功，有助于学生掌握正确的操作规程。 　　第三，仿真软件可以减少教学投入、减少仪器和药品的损耗。大型分析仪器仿真软件相对于购买一台大型分析仪器来说，价格都是很便宜的。仿真软件只需在现有计算机房的基础上安装一套软件，可以让每位学生都有机会练习实验，并且无维护费用。 　　对于实验室已有仪器，学生可在完成仿真实验后，再到实验室进行实际操作，错误操作大大减少，降低了药品浪费，减少对仪器的损害。仪器分析中所用的气相色谱一台都要好几万，不会使用仪器的学生在上面操作，会很容易造成损坏，所以对于大型仪器，特别是昂贵的仪器来说，先仿真再进行实验很有必要。对于实验室没有的仪器，可通过计算机多媒体进行模拟，在一定程度上掌握学习内容，使理论知识与实际操作有机结合，也几乎能达到我们所要求的教学效果，因为完成一次仿真实验，相当于完成了一次真正的仪器分析实验。 　　第四，仿真软件可以帮助仪分老师更好的考核这门课程。仪器分析是一门以实践为主的课程，按理其考核内容应以操作技能为主，但一般一个实验时间都比较长，分析设备数量较少等因素的影响，使技能考核难以实现。利用仪器仿真软件的智能评分系统，教师可以便捷地对学生技能掌握程度进行考核，利用仿真软件自带的试题还可对学生进行理论“在线测试”。仿真软件压缩了考核过程所用时间，做到“随堂考核、随时考核”，增强了考核成绩的客观性。 　　总之，将大型分析仪器仿真软件应用于《仪器分析》教学中，激发了学生学习的积极性，帮助学生理解课本理论知识和掌握仪器正确的操作规程，减少了教学、实训室投入和设备损耗，帮助教师进行《仪器分析》课程的理论和操作技能考核。 　　参考文献 　　[1]马竹青.仿真技术在高职仪器分析实训中的应用探讨.实验技术管理，2010（6）：134-136 　　[2]狄斌，吴春勇，李博.在仪器分析教学中引入仿真教学手段的思路[J].药学教育，2005（5）：13-16 　　[3]王钰.浅谈仿真技术在仪器分析教学中的应用.卫生职业教育，2011（17）：49-50 　　
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