三維多孔結構的案例
Abaqus三維多孔結構插件：Random Porous Structure 3D ￥898
插件介紹
Random Porous Structure 3D - AbyssFish 插件可在Abaqus軟件內生成三維多孔結構，可用于兩相材料或多孔介質的模擬等。
插件可指定孔隙的分布概率、生長概率、孔隙率、平滑范圍等參數，其參數控制原理可參考四參數隨機生長法（QSGS）相關文獻。
原理介紹
插件基于背景網格的方式生成兩種材料的單元，以實現不同材料的指定。插件內置隨機孔隙生成算法，算法基于優化后的四參數隨機生長原理，進一步提高孔隙的聚集性，使模型與自然界中的孔隙結構具有更高的相似性。
模型同時可處理為刪除孔隙單元的網格部件，實現真實的孔隙效果。
基于不同材料的單元映射算法，解決了多孔結構這種復雜部件網格難以劃分的問題，使得模型構建更加簡單，也極大降低了三維多孔結構、孔隙介質等模型模擬中的計算量。
說明提醒
插件可運行在WindowsXP、7、8、10、11系統上，支持Abaqus2018~2023及以上版本。
插件需要注冊，售價為單機許可的價格，購買后請聯系QQ：1135122921獲取許可證。
展開 ANSYS Workbench隨機球體多孔結構三維模型
三維多孔結構廣泛存在于材料科學、生物醫學工程、土木工程等領域，如泡沫金屬、骨組織、過濾介質等，通過ANSYS Workbench對三維多孔結構進行有限元模擬，是對其進行性能分析的有效手段。
在ANSYS內建立多孔結構模型可采用CAD隨機球體插件專業版參數化建立模型后再將模型導入到Workbench內實現。
具體操作步驟為在AutoCAD內將生成的多孔結構模型導出為.sat格式文件，再通過Workbench幾何結構-導入幾何模型，將模型導入到Workbench內。
可對模型進行網格劃分。
后續可根據研究內容對模型進行有限元模擬分析。
CAD隨機球體插件 專業版
https://www.yqgqt.org.cn/post/1945446
展開 ABAQUS三維多孔結構建模及軸壓力學模擬
多孔結構由孔隙及固相所組成，在建筑結構、生物醫學等領域應用廣泛，多孔材料的力學性能對其應用場景至關重要。本案例采用CAD隨機球體插件專業版建立三維多孔結構圓柱體模型，并將模型導入到ABAQUS內進行力學模擬，分析多孔材料在軸向壓力作用下的破壞特征。
首先采用CAD隨機球體插件專業版V1.3在AutoCAD內建立多孔結構三維模型，插件可設置孔隙是否穿過模型的邊界，本案例以孔隙完全位于模型內部為例。
將多孔結構模型導出為iges格式文件后導入到ABAQUS內，這里采用EasyCDP插件建立混凝土損傷塑性模型為多孔結構指定C30強度的混凝土材料，用于模擬泡沫混凝土試件。
將試件下側固定，上側指定Z軸方向的位移，模擬混凝土試件軸心受壓的力學場景。
進行網格劃分，選擇四面體單元。
提交作業查看泡沫混凝土模型的破壞情況。
展開 CAD多孔結構3D_QSGS 插件 ￥899
插件介紹
CAD多孔結構3D QSGS插件可用于在AutoCAD軟件內生成三維多孔結構模型，可用于數字巖心、多孔介質、多孔結構等方面的建模及模擬。
插件可指定模型的長度、寬度、高度，可構建任意幾何尺寸三維幾何模型。
多孔結構建模基于四參數隨機生長（QSGS）原理。
（1）在二維空間中按照一定分布概率隨機布置孔隙，此分布概率須小于設置的孔隙率；
（2）在二維空間中，按照一定生長概率，令分布的孔隙單元向相鄰點生長。
（3）重復上述步驟，直到生長相達到設定孔隙率時，停止生長，即QSGS 重構多孔介質模型完成。
其構建過程可參考以下流程。
插件在四參數隨機生長的基礎上，進行算法改進，使得孔隙結構分布更為集中，減少離散孔隙的存在，同時可采用CAD軟件將孔隙邊緣處理的更為平滑。
插件生成的幾何模型為通用的CAD格式，支持如COMSOL、ANSYS、Abaqus、Fluent等主流有限元軟件。
說明提醒
插件適用于AutoCAD2010~2024及以上版本。插件需要注冊，注冊后可永久使用，版本更新不影響注冊狀態，注冊請聯系QQ：1135122921。
樣圖下載
CAD三維多孔結構QSGS樣圖.rar
展開 
COMSOL三維梯度多孔結構滲流模擬
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。
梯度多孔介質FGM模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建立，模型在AutoCAD內建立完成后導出為sat格式文件。通過插件可靈活控制孔隙率、梯度、孔徑分布及最小間距約束，生成符合實際工程需求的梯度孔隙結構。
將建立的三維梯度孔隙模型導入到COMSOL軟件，在COMSOL內定義流體屬性物理域后，需明確流體物性參數（如動力黏度、密度），為后續仿真提供基礎條件。
對模型添加滲流研究，設置邊界條件并劃分網格。網格劃分需兼顧計算效率與精度，并確保流動細節的捕捉能力。
提交計算查看流體在梯度多孔介質中的壓力及流速模擬結果。
展開 重大《AFM》：一種具有多異質結構界面和三維多孔結構的電催化劑
來自重慶大學等單位的研究人員合成了一種具有多異質結構界面和三維多孔結構的電催化劑，闡明了結合多特征和密度泛函計算的電催化活性增強機理。特別是，所制備的Co2P/N@Ti3C2Tx@NF(下文表示為CPN@TC)表現出15毫伏的超低過電位，以達到10mA·cm-2的電流密度，并且具有長期耐久性。另一方面，這種催化劑在1 m KOH中具有30mV·dec-1的小Tafel斜率，這甚至優于貴金屬催化劑。出色的HER活性歸因于吸附H2O和氫的多異質界面、電子傳輸的高電導率以及設計良好的離子和氣體快速傳輸結構。因此，有理由認為CPN@TC的合成策略可以擴展到過渡金屬基磷化物的制備，以提高催化性能。相關成果發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202102576
總的來說，通過兩步電沉積和隨后的氮化工藝，在MXene(Ti3C2Tx)改性的NF表面成功地制備了具有多異質結構界面的CPN@TC。經過精心設計的CPN@TC可以用于吸附H2O和H*的多個異質界面、電子傳輸的FNE導電性以及用于離子和氣體快速傳輸的介質。另一方面，該催化劑在1m KOH中表現出驚人的性能，在10 mA cm-2時的過電位僅為15 mV，并且長期穩定。另外，通過密度泛函理論計算進一步優化了水解離和氫吸附過程。有理由相信，該合成策略有可能成為高性能水堿電催化劑磷化物研究開發的一條潛在途徑。（文：SSC）
圖1|a)催化劑合成策略示意圖。
展開 ABAQUS三維功能梯度多孔結構材料FGM軸壓模擬
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。本案例介紹在ABAQUS內建立三維梯度功能材料多孔結構模型，并對梯度結構模型進行軸心受壓力學仿真模擬。
三維梯度孔隙結構模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建立，模型建立完成后將梯度孔基體部分導出為iges格式。
將梯度多孔結構模型以部件的形式導入到ABAQUS內。
對模型設置材料屬性，這里采用EasyCDP插件快速生成C20混凝土塑性損傷材料模型并指派給部件。
設置軸心受壓載荷工況，將模型一端固定，另一端指定位移。
對模型劃分網格。
創建并提交作業，查看模擬結果。
展開 COMSOL三維多孔結構骨架力學分析基于Voronoi泰森多邊形三維幾何
幾何生成
采用CAD Voronoi3D插件在AutoCAD內直接生成三維Voronoi，其計算參數如下：
模型生成后刪除晶格部件，并對晶粒進行一步平滑處理：
新建外部圓柱體部件，并與晶粒進行差集操作，形成多孔骨架支撐結構，同時可查看各部分的體積（MASS命令），方便進行孔隙率的計算。這里的晶粒也可用作卵石形狀集料的堆積模型。
導入COMSOL
在CAD內將Voronoi骨架模型導出為.iges格式，并導入到COMSOL有限元軟件內。
模型賦值簡單的均質材料，并通過指定位移的方式進行最基本的單軸受壓計算，應力計算結果如圖。
CAD Voronoi3D下載
建模采用了CAD Voronoi3D插件，可用于生成更為復雜的幾何模型。
插件下載鏈接：
CAD Voronoi3D
展開 ABAQUS三維多孔結構建模插件QSGS3D V2版本 ￥598
插件介紹
QSGS3D V2.0 - AbyssFish 插件可在Abaqus2024及以上版本軟件內基于Quartet Structure Generation Set（QSGS）隨機生長四參數生成法構建三維多孔介質雙相材料，插件可指定生成試件的長度、寬度、高度以及劃分的網格單元尺寸。可控制隨機生長四參數中的分布概率(Distribution probability)、生長概率(Growth probability)及體積分數(Volume fraction)。由于未涉及到多相生長之間的相互影響，故不需要考慮交互生長概率(Interaction growth probability)參數。
QSGS原理
1． 在設定范圍內隨機布置指定數量的種子作為生長核。
2． 給定相應的生長概率，使得生長核在鄰域范圍內以一定概率向周圍擴展生長并形成新的生長核。
3． 迭代（2.）步驟，直到生長核擴展到指定的體積分數結束程序。
模型展示
插件可基于隨機生長四參數法生成具有周期性邊界條件（Periodic Boundary Condition，PBC）的代表性體積單元（Representative Volume Elementary，RVE）模型等。
可將生成的模型創建網格部件后刪除孔隙單元來實現多孔結構并進行模擬分析。以下為多孔結構的軸心受壓應力及位移模擬結果。
適用版本
插件可運行在Windows10、11系統上，支持Abaqus2024及以上版本。
展開 comsol三維多孔結構 泡沫材料 孔隙介質模型
孔隙結構
在comsol內生成球體或立方體結構的多孔材料結構：
comsol泡沫結構，泡沫球體顆粒占比80%：
建模方法
采用陣列式隨機分布，生成符合規定比例的隨機孔洞。模型采用CAD隨機孔隙3D插件生成，然后將多孔結構3D模型導入到comsol軟件內。
插件鏈接
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1890691
ABAQUS基于CT斷層掃描的三維圓柱體多孔結構建模
首先采用CT掃描獲取多孔圓柱試件的斷層掃描文件。
在Abaqus CAE軟件內，采用AbyssFish CT2Model 3D V1.0插件對CT斷層掃描文件在Abaqus內進行多孔結構的三維重建。
將此模型建立網格部件后，采用Random Element Del插件，將外部單元刪除，形成圓柱體模型。
在網格-編輯-單元-刪除下，區域選擇中選取Set-1，刪除單元集，形成多孔結構模型。
對模型添加材料，并指派截面、裝配、設置分析步、載荷。模型的上表面添加位移條件，下表面設置固定支撐，使模型處于軸心受壓狀態。
創建并提交作業，查看結果。
展開 
CAD Voronoi泰森多邊形分區編號及面積計算插件 ￥299
在CAD內拉伸生成三維柱體模型。
利用旋轉構建三維多孔結構。
插件支持AutoCAD2007~2024及以上版本，兼容性好，售價為單機許可的價格，聯系作者QQ：1135122921獲取許可。
Abaqus混凝土損傷塑性材料插件：EasyCDP V2版本 ￥168
應用案例
三維多面體骨料混凝土抗壓模擬—— 基于EasyCDP生成20 MPa砂漿基體材料模型，分析骨料分布對力學性能影響。
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。
三維功能梯度多孔結構材料FGM軸壓模擬
https://www.yqgqt.org.cn/post/1978427
細觀混凝土三相模型軸壓破壞—— 利用EasyCDP為砂漿/ITZ分配CDP材料，驗證界面過渡區作用。
隨機多邊形骨料及ITZ細觀混凝土CDP模型
https://www.yqgqt.org.cn/post/1969097
泡沫混凝土多孔結構軸壓分析—— EasyCDP生成C30材料，模擬多孔結構壓縮破壞行為。
三維多孔結構建模及軸壓力學模擬
https://www.yqgqt.org.cn/post/1969171
圓形顆粒密堆積模型力學模擬—— EasyCDP設置基體CDP材料，研究顆粒堆積模型的力學響應。
展開 鋰氧電池高容量正極材料花球狀碳微球的三維復刻構筑
活性物質和電極的多孔結構設計是實現鋰氧電池中氧氣電極高容量和良好可逆性的關鍵措施.
武漢理工大學劉金平課題組報道了一種新穎的三維復刻策略, 并用于設計鋰氧電池氧氣電極用多孔碳材料的三維結構. 文章近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9367-3
圖1 三維復刻納米材料的路線
作為一個實例, 采用聚多巴胺包覆層為碳源, 通過完整復制納米結構氧化鋅模板的形貌, 成功地制備了由扭曲的中空碳納米片組裝而成的花球狀碳微球.
作為氧氣電極的活性物質, 花球狀碳微球的三維多孔結構不僅能容納放電產物過氧化鋰, 同時也能保持離子和氣體的擴散通道. 此外, 氮摻雜引入的高缺陷為氧還原/析出反應提供了充足的活性位點. 從而, 花球狀碳微球表現出高達
9163.7?mAh/g
的比容量和優異的可逆性.
本工作呈現了一種用于能源存儲和轉化的多孔碳材料的三維結構的有效可控制備方法, 即復制過渡金屬氧化物模板的納米結構.
來源：中國科學材料
展開 高強Janus三維多孔膜成為“藍色能源”的高效捕手
基于此，作者制備了系列Janus三維納米多孔膜，并將其利用于濃差發電，做“藍色能源”的納米轉化器。通過混合模擬海水和河水濃度的離子溶液，實現了2.66 W/m2的功率密度，并在更高濃差下實現了5.1 W/m2的高功率密度。通過多膜串聯，可以驅動計算器正常工作。這一成果以題為“Unique Ion-Rectification in Hypersaline Environment: A High-Performance and Sustainable Power Generator System”在線發表于Science Advances。(DOI: 10.1126/sciadv.aau1665 )。第一作者是吉林大學在讀博士朱軒伯。
該工作通過分子控制實現了對三維多孔膜孔隙率及電荷密度的調控，多孔膜的孔徑基本維持一致，并且通過簡單的方法實現系列Janus膜的大面積制備。該系列膜都表現出良好的離子選擇和整流性能，高的電荷密度打破了濃度對于整流的限制，避免了內部損耗，使得Janus膜在能差發電器件方面有非常不錯的表現。基于聚芳醚本身穩定的分子結構，Janus膜也展現出優異的穩定性。通過多膜串聯，可以驅動計算器正常工作。
這項工作已被新華社、科學雜志社亮點報道，且諸多國內外多家媒體對此工作進行評論，推進了在鹽差發電領域對于限域空間內離子傳輸和功能化聚芳醚材料設計的基本理解，拓寬了功能化特種工程高分子的應用前景，為設計和制備新型、高效的可持續清潔能源器件奠定了基礎，展現出巨大應用潛力。
【圖文簡介】
Figure 1. Janus膜的制備和結構示意圖。
通過簡單高效的方法實現了Janus膜的大面積制備。
Figure 2.
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