泡沫鋁碰撞
關注創建者：老白CAE 創建時間：2019-01-12
泡沫鋁碰撞的實例教程
泡沫金屬，又稱為多孔金屬，常見的類型有泡沫鋁、泡沫鎳、泡沫鈦等，是一種具有三維連通孔隙結構的新型工程材料。它結合了金屬和泡沫材料的優點，擁有獨特的物理、力學性能，廣泛應用于多個領域。本案例介紹在ABAQUS內建立具備連通孔隙結構的三維泡沫金屬結構模型。
泡沫金屬通過CAD球體密堆積3D插件V2.0版本建立，其中的球體最小間距參數應設置為負數，以確保生成的模型中的孔隙具備連通性。
為達到泡沫金屬孔隙穿過邊界的效果，需要截取模型的內部區域。刪除所有紅色球體，在模型內部新建一個長方體部件，并用交集建立新模型。
將模型導出為sat文件，即可導入ABAQUS內建立連通孔隙的泡沫金屬部件。
可對金屬泡沫模型劃分網格及進行后續模擬。
展開 泡沫金屬，亦稱多孔金屬，涵蓋了如泡沫鋁、泡沫鎳及泡沫鈦等多種類型，是一種具備三維連通孔隙結構的先進工程材料。該材料融合了金屬與泡沫材料的特性優勢，形成了獨特的物理和力學性能，因而被廣泛應用于眾多領域。本案例旨在描述如何在COMSOL軟件中構建具有連通孔隙結構特征的三維泡沫金屬模型。
泡沫金屬的建模可通過CAD球體密堆積3D插件V2.0版本實現，其中為確保生成模型中孔隙的連通性，球體間的最小間距參數應設定為負值。截取模型的內部區域作為泡沫金屬模型。
在AutoCAD中將模型導出為SAT文件格式后，可導入COMSOL軟件中，以建立具有連通孔隙結構的泡沫金屬部件。
根據模擬需求，可對多孔結構部件設定相應的材料屬性。
此外，還需根據模擬要求完成網格劃分，以確保分析的精確性與計算效率。
展開 產業的發展離不開CMF（色彩、材料、工藝）
泡沫鋁，又叫發泡鋁，從名字上來看，是由分布著氣泡的鋁金屬結構構成的，整體非常的蓬松。材料本身擁有質輕、吸音等天然的特性，也可以做成非常豐富的色彩及透光效果。本文筆者用通俗易懂的語言及圖片來詳細介紹一下這種材料及產品，看看未來能不能跨界應用在您所從事的產品領域中。主要內容包括：
一、什么是泡沫鋁及其制備方法？
二、性能特點有哪些？
三、國內泡沫鋁部分生產企業介紹
四、主要應用領域及設計案例欣賞
圖 泡沫鋁制成、Michael Young設計
一、什么是泡沫鋁及其制備方法
泡沫鋁，通俗來講，就是將鋁金屬材料進行發泡處理，形成分布有大量氣泡的微觀金屬孔隙結構。其獨特魅力在于，材料在不同產品應用領域及對應的不同性能需求，可以通過改變材料本身的密度和孔結構來設計實現。
圖 泡沫鋁及結構特點
泡沫鋁的制備方法多種多樣，主要有固態金屬燒結、液態金屬凝固及金屬沉積法等，詳情可見下圖：
泡沫鋁可以說是一種新型的功能性結構材料，潛力巨大，目前歐美、日韓等國家都在大力研發，并已經形成產業化生產，國內也有數十個科研單位在研究，目前制約發展的主要因素有成本、性能穩定性及設計精密度等。泡沫鋁可以說在諸多行業都有著廣闊的應用前景，是材料領域的“黑科技”。
圖 不同孔徑大小的泡沫鋁材料剖面
二、性能特點有哪些？
展開 圖7 不同材料組合三明治復合結構泡沫鋁傳遞損失對比分析圖
4 結論
利用COMSOL有限元軟件對純泡沫鋁結構和三種常見三明治復合結構泡沫鋁傳遞損失進行了仿真計算，通過分析對比可得出以下結論：
(1)當頻率在100-2300Hz頻段范圍內時，三明治復合結構泡沫鋁的隔聲性能要優于純泡沫鋁，但三明治復合結構泡沫鋁在2300-3800Hz頻段內傳遞損失均存在先減后增的現象且局部頻段隔聲性能較差，當頻率大于3800Hz時三明治復合結構泡沫鋁相比于純泡沫鋁結構隔聲性能優越性更加明顯；
(2)三明治復合結構泡沫鋁傳遞損失存在周期性規律，即傳遞損失在低頻段先增后減、中頻段先減后增、高頻段逐漸增大的趨勢且在全頻段范圍內鋁合金-泡沫鋁-鋁合金三明治復合結構泡沫鋁的隔聲性能更為優異。
參考文獻
[1] 張樂，鄭順奇，鄭陽升，史秀梅，程英曄.我國泡沫鋁材料關鍵技術進展與展望[J/OL].中國材料進展：1-7[2022-07-03].TG.20211118.2100.002.
[2] 徐竹.泡沫夾層結構復合材料的研究進展[J].合成材料老化與應用，2016,45(04):96-99.DOI:10.16584/1671-5381.2016.04.022.
[3] 徐平，范中海，于英華，沈佳興.圓形泡沫鋁復合結構救生艙碰撞及隔聲性能分析[J].安全與環境學報，2022,22(01):123-131.DOI:10.13637/1009-6094.2020.1090.
[4] 唐振正，崔承勛.泡沫鋁復合結構的聲學性能研究[J].延邊大學學報(自然科學版),2019,45(02):185-188.DOI:10.16379/1004-4353.2019.02.018.
展開 基于Voronoi圖的方法通過調整生成點的位置和密度，控制多孔結構的孔隙大小和分布，可用于模擬自然界中的多孔介質，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內建立三維多孔材料。
首先采用CAD Voronoi 3D插件建立圓柱體試件晶粒模型。
刪掉晶界后，將晶粒進行平滑處理。
新建一個圓柱體，并利用差集建立多孔結構幾何模型。將模型導出為iges格式文件。
在ABAQUS內將模型以部件的形式導入。
可對模型設置材料。
設置載荷及邊界條件。
劃分網格。
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多孔結構廣泛應用于過濾、催化、能量吸收等領域。基于Voronoi圖的方法通過調整生成點的位置和密度，控制多孔結構的孔隙大小和分布，可用于模擬自然界中的多孔介質，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內建立三維多孔材料。
首先采用CAD Voronoi 3D插件建立圓柱體試件晶粒模型。
摘 要：泡沫鋁夾層結構因其優良的物理性能被廣泛應用于汽車工業領域，為研究不同材料組合對三明治復合結構泡沫鋁隔聲性能的影響，利用COMSOL有限元軟件對純泡沫鋁和三種常見三明治復合結構泡沫鋁三維幾何模型進行建模，并對其傳遞損失進行了數值仿真計算。分析了不同材料組合對三明治復合結構泡沫鋁隔聲性能的影響。結果表明：(1)三明治復合結構泡沫鋁的隔聲性能要優于純泡沫鋁，尤其在高頻段(2)三明治復合結構泡沫鋁傳遞損失存在周期性規律
產業的發展離不開CMF（色彩、材料、工藝）
泡沫鋁，又叫發泡鋁，從名字上來看，是由分布著氣泡的鋁金屬結構構成的，整體非常的蓬松。材料本身擁有質輕、吸音等天然的特性，也可以做成非常豐富的色彩及透光效果。本文筆者用通俗易懂的語言及圖片來詳細介紹一下這種材料及產品，看看未來能不能跨界應用在您所從事的產品領域中。主要內容包括：
一、什么是泡沫鋁及其制備方法
泡沫填充薄壁結構能有效地改善汽車薄壁吸能部件的耐撞性。為設計更輕與更有效的吸能結構并滿足汽車安全性設計要求提出一種新穎的輕質鋁泡沫填充雙管薄壁結構并對其耐撞性展開確定性最優化設計。但是由于薄壁結構的厚度、屈服強度以及鋁泡沫的密度等設計參數易受到仿真以及制造誤差等不確定性因素的影響導致確定性最優解收斂于約束邊界從而丟失了應有的使用可靠性要求。因此提出基于Kriging近似模型與一階可靠性分析方法的鋁泡沫填充結構可靠性最優設計方法
