泡沫金屬
關(guān)注創(chuàng)建者：琳泓c(diǎn)omsol 創(chuàng)建時(shí)間：2020-12-11
泡沫金屬的視頻教程
Digimat與Abaqus聯(lián)合使用系列——泡沫金屬沖擊模型實(shí)例概述
本課程是Digimat與Abaqus聯(lián)合使用系列課程的第六章，主要講解通過Digimat建立多空泡沫金屬的細(xì)觀模型，隨后導(dǎo)入到abaqus中進(jìn)行前后處理，通過嵌入全局Cohesive單元引入損傷破壞，掌握泡沫金屬沖擊損傷的細(xì)觀模型分析的全流程
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Digimat復(fù)合材料建模平臺(tái)與Abaqus的聯(lián)合使用
分為以下7個(gè)章節(jié)： 1.Digimat簡單概述 2.二維混凝土（骨料相+砂漿相+纖維相）Digimat+Abaqus 3.三維混凝土（骨料相+砂漿相+纖維相）Digimat+Abaqus 4.三維編織復(fù)合材料（纖維相+基體相）Digimat+Abaqus 5三維細(xì)觀復(fù)合材料FRP（層內(nèi)纖維取向相同）Digimat+Abaqus 6.三維泡沫金屬材料（孔洞+基體相）Digimat+Abaqus
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泡沫金屬的實(shí)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(jié)構(gòu)的新型工程材料。它結(jié)合了金屬和泡沫材料的優(yōu)點(diǎn)，擁有獨(dú)特的物理、力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立具備連通孔隙結(jié)構(gòu)的三維泡沫金屬結(jié)構(gòu)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(shù)應(yīng)設(shè)置為負(fù)數(shù)，以確保生成的模型中的孔隙具備連通性。
為達(dá)到泡沫金屬孔隙穿過邊界的效果，需要截取模型的內(nèi)部區(qū)域。刪除所有紅色球體，在模型內(nèi)部新建一個(gè)長方體部件，并用交集建立新模型。
將模型導(dǎo)出為sat文件，即可導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)建立連通孔隙的泡沫金屬部件。
可對(duì)金屬泡沫模型劃分網(wǎng)格及進(jìn)行后續(xù)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(jié)構(gòu)的先進(jìn)工程材料。該材料融合了金屬與泡沫材料的特性優(yōu)勢，形成了獨(dú)特的物理和力學(xué)性能，因而被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。本案例旨在描述如何在COMSOL軟件中構(gòu)建具有連通孔隙結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)，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(shù)應(yīng)設(shè)定為負(fù)值。截取模型的內(nèi)部區(qū)域作為泡沫金屬模型。
在AutoCAD中將模型導(dǎo)出為SAT文件格式后，可導(dǎo)入COMSOL軟件中，以建立具有連通孔隙結(jié)構(gòu)的泡沫金屬部件。
根據(jù)模擬需求，可對(duì)多孔結(jié)構(gòu)部件設(shè)定相應(yīng)的材料屬性。
此外，還需根據(jù)模擬要求完成網(wǎng)格劃分，以確保分析的精確性與計(jì)算效率。
展開 Comsol的泡沫金屬模型 ￥680
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學(xué)耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p> 泡沫金屬是指含有泡沫氣孔的特種金屬材料。通過其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，泡沫金屬擁有密度小、隔熱性能好、隔音性能好以及能夠吸收<a href="https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E7%A3%81%E6%B3%A2/102449" rel="noopener noreferrer" target="_blank">電磁波</a>等一系列良好優(yōu)點(diǎn)，是隨著人類科技逐步發(fā)展起來的一類新型材料常用于航空航天、石油化工等一系列工業(yè)開發(fā)上。</p><p><br></p><p>以下是電鏡掃描的一種泡沫金屬微觀結(jié)構(gòu)。</p><p>可以看到泡沫金屬的孔隙率很高，內(nèi)部由近似周期排列的骨架單元組成。</p><p><img src="http://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202012/78832b9684784574bf87e5096e74f8da.png"></p><p><br></p><p>參考電鏡照片，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)泡沫金屬的一個(gè)基本單元，以下是三視圖展示。這是一個(gè)4*4*4微米的單元。
展開 一、金屬泡沫材料簡介
目前常用金屬泡沫材料主要為泡沫鋁，國內(nèi)的主流商業(yè)制備方法為發(fā)泡法，即在鋁或鋁合金基體中增加發(fā)泡劑，通過控制壓力來完成發(fā)泡。本文即以泡沫鋁為例進(jìn)行討論。
泡沫鋁的力學(xué)性能受基體材料力學(xué)性能和細(xì)觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩方面的影響，因此不同廠家生產(chǎn)的泡沫鋁即使相對(duì)密度相近，力學(xué)性能也各不相同。可以通過單軸壓縮實(shí)驗(yàn)獲取特定泡沫鋁的宏觀力學(xué)性能。
下圖為典型的泡沫鋁壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線，其中主要分為彈性段，平臺(tái)段和密實(shí)段。長長的平臺(tái)段是這種材料的特點(diǎn)，也是其吸能的主要階段。
此外，彈性段只是近似彈性段，同時(shí)其斜率一般小于真實(shí)的泡沫鋁彈性模量。要獲得泡沫鋁的彈性模量，需在泡沫鋁壓縮應(yīng)變?cè)?%之內(nèi)時(shí)進(jìn)行卸載，卸載曲線的斜率即為彈性模量，如下圖所示。
泡沫鋁的平臺(tái)應(yīng)力和密實(shí)應(yīng)變的近似值可以通過應(yīng)力應(yīng)變曲線讀出來，也可以通過多軸實(shí)驗(yàn)測得，也可以使用如下經(jīng)驗(yàn)公式：
其中，sigma（pl）為平臺(tái)應(yīng)力；sigma（y，s）為基體屈服強(qiáng)度；rho為泡沫鋁密度；rho（s）為基體密度；m為系數(shù)，一般為1.5-2.0；epsilon（D）為密實(shí)應(yīng)變；alpha為系數(shù)，一般為1.4-2.0。
二、有限元中的金屬泡沫模型
在有限元數(shù)值模擬中，最早出現(xiàn)的金屬泡沫模型為宏觀等效模型，即假設(shè)泡沫為各向同性均勻材料，通過賦予其泡沫鋁宏觀力學(xué)性能來對(duì)其進(jìn)行模擬。目前LS-DYNA中的所有泡沫模型均為宏觀等效模型。
除了宏觀等效模型之外，還有細(xì)觀泡沫模型。此類模型中的泡沫胞孔由規(guī)則化幾何體或不規(guī)則幾何體表征，只需要輸入基體材料的力學(xué)參數(shù)，就可以描述細(xì)觀結(jié)構(gòu)的變形行為，主要有kelvin模型，Voronoi模型，CT掃描模型等。
展開 一、金屬泡沫材料簡介
目前常用金屬泡沫材料主要為泡沫鋁，國內(nèi)的主流商業(yè)制備方法為發(fā)泡法，即在鋁或鋁合金基體中增加發(fā)泡劑，通過控制壓力來完成發(fā)泡。本文即以泡沫鋁為例進(jìn)行討論。
泡沫鋁的力學(xué)性能受基體材料力學(xué)性能和細(xì)觀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩方面的影響，因此不同廠家生產(chǎn)的泡沫鋁即使相對(duì)密度相近，力學(xué)性能也各不相同。可以通過單軸壓縮實(shí)驗(yàn)獲取特定泡沫鋁的宏觀力學(xué)性能。
下圖為典型的泡沫鋁壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線，其中主要分為彈性段，平臺(tái)段和密實(shí)段。長長的平臺(tái)段是這種材料的特點(diǎn)，也是其吸能的主要階段。
此外，彈性段只是近似彈性段，同時(shí)其斜率一般小于真實(shí)的泡沫鋁彈性模量。要獲得泡沫鋁的彈性模量，需在泡沫鋁壓縮應(yīng)變?cè)?%之內(nèi)時(shí)進(jìn)行卸載，卸載曲線的斜率即為彈性模量，如下圖所示。
泡沫鋁的平臺(tái)應(yīng)力和密實(shí)應(yīng)變的近似值可以通過應(yīng)力應(yīng)變曲線讀出來，也可以通過多軸實(shí)驗(yàn)測得，也可以使用如下經(jīng)驗(yàn)公式：
其中，sigma（pl）為平臺(tái)應(yīng)力；sigma（y，s）為基體屈服強(qiáng)度；rho為泡沫鋁密度；rho（s）為基體密度；m為系數(shù)，一般為1.5-2.0；epsilon（D）為密實(shí)應(yīng)變；alpha為系數(shù)，一般為1.4-2.0。
二、有限元中的金屬泡沫模型
在有限元數(shù)值模擬中，最早出現(xiàn)的金屬泡沫模型為宏觀等效模型，即假設(shè)泡沫為各向同性均勻材料，通過賦予其泡沫鋁宏觀力學(xué)性能來對(duì)其進(jìn)行模擬。目前LS-DYNA中的所有泡沫模型均為宏觀等效模型。
除了宏觀等效模型之外，還有細(xì)觀泡沫模型。此類模型中的泡沫胞孔由規(guī)則化幾何體或不規(guī)則幾何體表征，只需要輸入基體材料的力學(xué)參數(shù)，就可以描述細(xì)觀結(jié)構(gòu)的變形行為，主要有kelvin模型，Voronoi模型，CT掃描模型等。
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泡沫金屬的最新內(nèi)容
◆ 展品范圍
導(dǎo)熱填料：無機(jī)非金屬：氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化鎂、氧化鈹、石墨、炭黑等；金屬粉體：銅粉、銀粉、金粉、鎳粉和鋁粉、鈉鉀合金、鉛鉍合金、鎵銦合金、液態(tài)金屬原液；化工原料：有機(jī)硅、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、酚醛樹脂及化工原料等
電子封裝材料：金屬：鋁、銅（鈹銅）、鎢/銅、鉬/銅、硅/鋁、鈹/鋁、泡沫金屬
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(jié)構(gòu)的先進(jìn)工程材料。該材料融合了金屬與泡沫材料的特性優(yōu)勢，形成了獨(dú)特的物理和力學(xué)性能，因而被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。本案例旨在描述如何在COMSOL軟件中構(gòu)建具有連通孔隙結(jié)構(gòu)特征的三維泡沫金屬模型。
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(jié)構(gòu)的新型工程材料。它結(jié)合了金屬和泡沫材料的優(yōu)點(diǎn)，擁有獨(dú)特的物理、力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立具備連通孔隙結(jié)構(gòu)的三維泡沫金屬結(jié)構(gòu)模型。
基于Voronoi圖的方法通過調(diào)整生成點(diǎn)的位置和密度，控制多孔結(jié)構(gòu)的孔隙大小和分布，可用于模擬自然界中的多孔介質(zhì)，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)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。
模型具備單連通域及周期性邊界條件，通常用于模擬具有重復(fù)幾何特征的多孔材料，如泡沫金屬、多孔陶瓷、復(fù)合材料等。通過采用周期性邊界條件，研究者可以高效地分析無限大或非常大的多孔材料中的局部行為，而無需對(duì)整個(gè)體積進(jìn)行完全建模。
三維多孔結(jié)構(gòu)廣泛存在于材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、土木工程等領(lǐng)域，如泡沫金屬、骨組織、過濾介質(zhì)等，通過ANSYS Workbench對(duì)三維多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬，是對(duì)其進(jìn)行性能分析的有效手段。
泡沫鋁經(jīng)典應(yīng)用之一就是泡沫鋁夾層結(jié)構(gòu)[2],由于綜合了泡沫鋁和金屬板件的性能，這種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，得到了廣泛的應(yīng)用。但隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，在整個(gè)汽車新產(chǎn)品開發(fā)或選購的過程中，人們對(duì)于乘坐過程中的舒適性有了更高的要求。
對(duì)于不同的制造方法，功能梯度多孔材料的幾何形狀可以是確定性的（例如，晶格結(jié)構(gòu)）或隨機(jī)的（例如金屬泡沫）。利用長期建立的拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)前者的設(shè)計(jì)進(jìn)行了廣泛研究，而后者盡管在航空航天和生物醫(yī)學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用，卻鮮有研究案例。
此項(xiàng)提出了一種新的兩步拓?fù)鋬?yōu)化框架來設(shè)計(jì)二維隨機(jī)多孔結(jié)構(gòu)。
盡管如此，石墨烯泡沫表現(xiàn)出接近金屬泡沫的導(dǎo)熱性，其孔隙度更高一個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，石墨烯泡沫具有非常高的可壓縮性，使其對(duì)TIM應(yīng)用具有吸引力。石墨烯泡沫主要通過石墨烯CVD在Ni泡沫上合成，隨后蝕刻N(yùn)i模板，留下獨(dú)立的石墨烯結(jié)構(gòu)。通過冷凍鑄造或水熱還原氧化石墨烯懸浮液也可以形成類似的結(jié)構(gòu)。
將泡沫金屬和翅片應(yīng)用于 PCM 被動(dòng)冷卻中，以增強(qiáng) PCM 的傳熱，證明 PCM、泡沫金屬和翅片的組合可以有效提高 LIB 的熱性能并將溫度保持在較低水平。在 PCM 壁上耦合了石墨烯增強(qiáng)的高導(dǎo)熱金屬隔板，該系統(tǒng)可以有效地將 4C 充電期間的最高溫度限制在 55°C 以下。
