多孔材料
關注創建者：獨行俠1 創建時間：2019-01-31
多孔材料的視頻教程
Actran聲學仿真入門教程
Actran可以處理的問題包括：聲的輻射、散射問題，聲波通過簡單或復合結構的聲透射問題，封閉空腔中的聲場問題，在管道中的聲傳播問題，吸聲材料、多孔材料及高阻尼材料對能量的耗散問題，氣動噪聲問題，對流中的聲傳播問題，高馬赫流場中的聲傳播問題等。 聲學仿真入門教程，主要包括聲學、振動聲學、氣動聲學
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多孔材料的實例教程
以下是吉林大學教授陳書明的發言：
吉林大學教授 陳書明
我今天跟大家分享的是多孔材料在汽車輕量化及NVH中的應用。多孔材料無論在我們日常生活中還是在汽車上用的非常多，比如汽車的內飾，不管是軟內飾還是硬內飾基本上都是在多孔材料材料范疇內。多孔材料顧名思義就是孔多，這是它的特點，這個孔通常我們可以按照孔徑的大小進行區分，基本上多孔材料屬于納米級的，一般小于2個納米的材料我們把它稱為微孔材料，2個納米到50納米之間我們稱為介孔材料，大于50納米我們稱為大孔材料。我們研究的多孔材料基本上是大孔材料，甚至可以說是超大孔材料。上午馬老師也介紹了，馬老師現在主編一本微結構材料方面的書，我也有幸參加到這個書的編寫過程當中。多孔材料上午我們也提到微結構材料有可能是輕量化最終解決方案，這個還有待進一步的研究和考證。我們今天圍繞的主題是輕量化，這是我們四化當中最重要的一化，輕量化、智能化、網聯化、電動化，還有現在的共享化等等，甚至可能以后還會出來更多的化。
下面我主要從以下這幾個方面介紹一下，首先是對多孔材料做一個簡單的介紹。其次是聚氨酯組份的優化以及聲學性能分析，還有植物纖維復合材料制備及性能分析，多孔材料參數測試設備開發，最后我們簡單的介紹一下它在汽車聲學包裝上的應用。
多孔材料有非常多的優點，輕質，密度低是其中一個非常重要的優點，質量小、密度低而且還能夠吸收很多的能量，尤其用在吸聲材料的時候，顯現出的優勢非常明顯。多孔材料大概有這么幾大類，一個是纖維類、泡沫類、顆粒類。纖維和泡沫在我們車上用的非常多，纖維包括有機的纖維和無機的纖維，泡沫有開孔的和閉孔的，有機纖維有動物纖維、化學纖維、植物纖維，無機纖維，比如說玻璃、礦渣棉、金屬等等。開孔的有金屬、塑料還有其它的一些復合材料。閉孔的有塑料、玻璃、鋁。
展開 多孔性吸聲材料的吸聲性能與空氣通過多孔材料阻力密切相關，有經驗的聲學工程師通過向多孔材料吹氣就能像中醫“搭脈”一樣判斷出多孔材料的吸聲性能好壞。
空氣通過多孔材料阻力用流阻這一物理量來表述，流阻在描述多孔性吸聲材料聲學性能中有著巨大的影響力，包括著名的Biot[1]多孔性吸聲材料理論以及著名的Delany-Bazley[2]經驗模型都是用流阻來描述多孔吸聲材料特性的。因此，如果對流阻這樣霸氣的物理量不了解的話，你都沒有與別人討論多孔性材料聲學性能的勇氣和自信。所以，我們把流阻專門拿出來，細細地跟大家吹一吹，有助于更加深刻地理解多孔材料的吸聲性能。
什么？吸聲性能是吹出來的？
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流阻的定義
流阻定義為，當穩定氣流通過多孔材料時，材料兩面的靜壓差和氣流線速度之比，用公式可表示為：
式中，△P 為材料兩面的靜壓差， Pa；u 為氣流線速度， m/s。流阻的單位為：Pa·s/m。
展開 多孔材料在氣體存儲和分離方面已經取得了突飛猛進的發展，然而如何控制氣體在多孔材料中的擴散一直是難以解決的問題。1月25日，一項發表于《科學》雜志的研究利用金屬—有機框架（MOF）材料這一設計性極高的結構平臺，在剛性骨架的MOF的籠狀孔壁上編入溫度響應的動態“開關”，通過控制孔壁微擾來控制氣體分子在多孔材料中的擴散。
論文第一作者、華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室研究員顧成告訴《中國科學報》記者：“新材料具有溫度控制的吸附特性，這種獨特的吸附性質不僅能讓材料在較高溫度下進行相似氣體的動態篩分，也可以實現常溫常壓下氣體的物理存儲。”
圖片說明：(A)通過動態孔道控制氣體擴散的原理示意圖。(B) 1a的晶體結構。 (C) 1a的孔道結構。(D) 溫度響應的層內擴散控制示意圖；低溫下OPTz單元形成的“門”關閉，氣體分子無法擴散，高溫下通過熱振動打開“門”，氣體分子進行層內擴散。
根據熱力學定律，隨著溫度升高，多孔材料對氣體的吸附量會降低。但是MOF材料表觀上違反熱力學吸附法則，它在各種氣體的沸點溫度附近幾乎沒有任何吸附，但隨著溫度升高氣體吸附量逐漸升高并達到最大值，之后隨溫度升高氣體吸附量又逐漸降低。研究人員發現，這是熱力學控制的骨架—氣體相互作用力和動力學控制的擴散限制相互作用的結果。
為何MOF材料會出現這樣的結果？顧成表示，研究人員設計了一種蝴蝶型的配體，在間苯二甲酸的5-位上引入氧化吩噻嗪，這是一種可以有效發生熱振動的單元。“這像蝴蝶扇動翅膀一樣，溫度越高，振動幅度越強。”顧成說。
氧化吩噻嗪的熱振動引起了微擾，而這一微擾已足夠為氣體分子擴散打開“大門”。由于MOF材料引入了動力學控制，在不同的溫度下，“大門”打開的幅度也不相同。
該材料特殊的吸附特性使之有可能在較高溫度下進行相似氣體的高效篩分。
展開 【引言】
已有研究證明在均勻孔徑的多孔材料體系中，材料的密度或孔隙率會對材料的熱輸運能力發揮關鍵作用。為了生產超級絕熱材料，研究人員已經追求材料的高孔隙度長達數十年。最近有研究闡明了如何通過引入不均勻的孔洞進一步降低材料熱運輸。報道指出，由于多尺度孔徑引起熱傳播路徑曲折導致熱輸運性能劣化，因此與具有均勻孔隙度的對照物相比，非均勻孔徑和低孔隙分布會導致多孔介質的晶格熱導率顯著降低。此外，對垂直排列的碳納米管陣列的研究顯示出不均勻直徑和長度的分布會誘導聲子散射概率增加及不匹配，能有效降低熱導率。從微觀角度來看，多孔陶瓷材料結構可以簡化為三維立方細胞晶格，微晶界面間的導熱系數會對整體的熱傳輸起主導作用。通過實驗可以進一步證實界面導熱系數較高的青銅顆粒會顯著提高燒結多孔青銅材料的導熱性。不均勻的孔徑會大幅限制材料系統中的熱傳遞，因此相關研究人員正努力揭示孔徑不均勻性對熱量傳輸產生影響的機制，并設計導熱系數較低的通用多孔材料。
【成果簡介】
北京科技大學邱琳副教授（第一作者），馮妍卉教授（通訊作者）團隊研究了不均勻孔徑對多孔絕熱材料的影響，在Applied Thermal Engineering上發表了題為“Inhomogeneity in pore size appreciably lowering thermal conductivity for porous thermal insulator ”的文章。該工作定量評估了孔徑的不均勻性，以解釋多孔材料體系中導熱系數的減小。通過自行開發的適應性界面熱傳感器技術，準確表征了一系列孔隙均勻的微孔泡沫的熱導率，研究表明孔隙率的演化趨勢與典型的均相模型吻合較好。為了與均勻材料進行比較，邱等人通過耦合三維層析成像和有限元方法計算了非均質多孔材料的導熱系數。
展開 案例4：多孔吸聲材料的吸聲效果比較一個長方體盒子，內部是空氣，在盒子側面給定單位激振力，空氣中某點的聲壓作為響應。
多孔材料參數設置：
多孔材料屬性設置：
單層吸聲材料，厚度分別為1mm，2mm，3mm
無多孔吸聲材料的計算結果
有多孔吸聲材料的計算結果（1mm）
有多孔吸聲材料的計算結果（2mm）
有多孔吸聲材料的計算結果（1mm）
吸聲材料的吸聲效果一般在中高頻比較明顯。另外隨著吸聲材料厚度的增加，吸聲效果越來越明顯。
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COMSOL多孔球結構模型16天前
仿真可預測流體動力學行為及反應效率，為實驗設計提供理論指導，推動多孔材料在環境、能源等領域的創新應用。本案例介紹在COMSOL內建立多孔球結構模型。
多孔球體結構模型采用CAD三維Voronoi劃分插件參數化建模生成。
本案例從CT掃描微觀粒子斷層數據中，重建起來三維模型，計算氧氣電化學反應，橫向對比不同形態微觀粒子的反應強度分布。
通過對微觀粒子重建、分析，可以有效評估該粒子的多種性能表現，輔助研究人員快速發現和優化所需的粒子體系。
歡迎交流。
軟件內置涵蓋多孔吸聲材料、纖維復合材料、彈性體等 120 + 類材料的聲學特性數據庫，支持自定義材料參數擬合，結合 1D/2D/3D 多維度單元庫（含無限元、邊界元、周期性結構單元），可高效處理復雜邊界條件（如非均勻聲場、運動邊界、聲阻抗邊界），計算精度滿足 ISO 3744/3745 等國際聲學測試標準要求。
三維多面體骨料密堆積混凝土細觀抗壓模擬
https://www.yqgqt.org.cn/post/1978427
功能梯度多孔材料軸壓模擬—— 通過EasyCDP定義C20混凝土，研究梯度參數對失效機制的影響。
功能梯度多孔材料（FGM）通過梯度調控孔隙率，實現力學性能的連續分布，其彈性模量、強度等呈均勻變化。通過建立梯度多孔結構有限元模型，解析梯度參數對應力場及失效機制的影響，突破傳統試驗限制，優化設計。該研究對航空熱防護及生物醫用仿生植入體等功能化結構具有重要價值。
三維梯度多孔結構（FGM）是一種孔隙率、孔徑等參數在三維空間內呈梯度分布的多孔材料。梯度孔隙結構的研究可優化傳熱傳質效率，調控流動路徑，提升能源存儲與材料性能，為復雜系統設計提供關鍵理論支持。本案例介紹在COMSOL內建立三維球體梯度孔隙結構模型，并進行滲流仿真模擬。
功能梯度材料（FGM）模型包含大小梯度變化的球體及與之適配的長方體部件，可用于球體材料的梯度分布或梯度多孔結構材料建模。
插件支持設置上小下大、上大下小兩種球體的梯度分布模式，及隨機排布的非梯度模式。插件內置的動力學堆積算法可模擬實際工程中不同粒徑顆粒投放順序下的堆積效果。
將孔隙部分材料屬性設置為空氣，完成多孔結構兩相材料模型構建。
添加固體傳熱瞬態研究，模型左側設置熱源，并進行網格劃分。
進行計算查看多孔結構傳熱模擬結果
在適用材料方面，適合材料表面摩擦系數高（如 ABS ）、柱塞密封困難（高壓熔點溫度高于 300°C ）以及有氧環境受熱易分解的材料；不適用多孔材料，因為介質會深入到樣品中，影響體積測定。
三
PVT 曲線在射出成型中的關鍵作用
在現代制造業中，對聚合物材料制品精度的要求日益嚴苛，尤其是精密元器件，如光學鏡頭、高端裝配玩具等產品，對制品重復性精度的要求極高。
此外，應用最廣的可能是由 Hermann 提出的 P-a 模型，該模型中，為了區分由孔洞塌陷引起的體積變化和由基體材料的體積變化引起的體積變化，引進了孔隙度 a，它的定義為多孔材料的比容和基體材料的比容的比值;尸為壓力，它是比容、比內能和孔隙度的函數。該模型描述了多孔材料的動力壓縮特性，因此很多研究者用此作為沉積物的模型。
