多孔材料聲學建模的案例
ABAQUS隨機雙相材料多孔結構建模
對兩個部件指定不同的材料類型，并裝配形成雙相材料幾何模型。
進行網格劃分操作。
設置兩部件之間的相互作用。
設置分析步后對模型添加載荷，這里將下側邊界設置為固定約束，上邊界添加向下的位移，實現模型的受壓狀態模擬。
創建作業并提交分析查看結果。
智能座艙聲振建模技術：HVAC噪音傳播與多孔吸聲材料
這意味著可以將座椅和其他吸收的表面建模為重空氣或真實的多孔材料，而機艙的其余部分則以常規的空氣流為模型。
綜述
CFD和聲學耦合仿真為HVAC致機艙噪聲問題提供了一種解決方案，并通過優化的源建模和數據傳輸，同時將流量和聲學角色保持在自己的平臺上。可以有效地考慮機艙性能，而無需增加CFD解決方案的開銷。'
原文來源于SIEMENS博客，作者Korcan Kucukcoskun和Jonathan Melvin
ANSYS多孔材料孔隙介質建模教程 基于蒙特卡洛算法Voronoi圖生成
打開ANSYS Workbench，導入事先生成的.sat文件，并進行添加矩形，刪掉導入的卵石形實現二維多孔模型的構建：
進行網格劃分等操作：
基于comsol熱黏性聲學模塊仿真聲學超材料的聲學特性
研究內容：
傳統的聲學吸收器被用于具有與工作波長相當的厚度的結構，這在低頻范圍的實際應用中造成了主要障礙。我們提出了一種基于超表面的完美吸收體，能夠在極低頻區域實現聲波的完全吸收。具有深亞波長厚度至特征尺寸k＝223的超表面由多孔板和螺旋共面氣室組成。基于完全耦合的聲學熱力學方程和理論阻抗分析的模擬被用于揭示基礎物理和聲學性能，顯示出極好的一致性。
圖1.傳統微穿孔板與聲學超表面的結構示意圖
圖2.論文中阻抗分析和數值模擬的吸聲系數曲線
數值模擬：
在comsol中利用熱黏性聲學接口對聲學超材料的聲學特性進行仿真分析。建立的幾何模型如下所示。
圖3.幾何模型的構建
吸聲系數曲線的數值模擬值如下所示：
圖4.數值模擬中的吸聲系數
理論計算：
通過聲電類比法計算得到聲學超表面的吸聲系數，其理論計算如下：
首先由經典的微穿孔理論得到吸聲結構的聲阻抗和吸聲系數：
yc為環繞型腔體的等效聲阻抗：
在計算軟件中導入吸聲系數理論計算的公式，從而計算出吸聲系數曲線
吸聲系數曲線的理論計算值如下所示
圖5.理論計算得到的吸聲系數
綜上，理論計算和數值分析的吸聲系數曲線具有很好的一致性，同時與論文中的結果完全相同。
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”聯系我們
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ABAQUS多孔結構建模2D
ABAQUS二維隨機多孔結構建模，可有效表征孔隙隨機分布與連通特性，結合有限元方法精確模擬在復雜載荷下的力學響應與損傷演化過程，或進行孔隙區域內的流體模擬滲流分析。本案例介紹在ABAQUS內建立隨機分布的多孔結構二維模型。
多孔結構模型采用單連通周期邊界多孔結構2D軟件參數化生成，模型為png格式的圖片文件。
采用CAD圖像導入插件將多孔結構模型導入到AutoCAD內轉換為CAD文件。
將CAD文件進行面域生成預處理后導出為iges格式文件，并導入到ABAQUS內建立部件。
在部件編輯中將模型空間更改為二維平面。
新建一個與原模型尺寸相同的矩形部件，并在裝配中與導入的部件進行切割幾何操作，建立多孔結構二維模型。
也可與導入的部件裝配建立孔隙＋顆粒兩相材料模型。
可進行網格劃分及完成后續的多孔結構仿真模擬。
展開 發現控制氣體在多孔材料擴散的“局域柔性”材料
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 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 復合材料夾層結構常用PVC多孔泡沫材料參數
復合材料夾層結構常用PVC多孔泡沫材料參數.pdf
ABAQUS單連通域多孔結構建模
多孔結構由于其復雜的幾何形態和分布特性，使得其力學行為難以用傳統方法精確描述。本案例介紹在ABAQUS內建立單連通域多孔結構模型，并研究其復雜結構內部的應力、應變分布以及變形模式。
本案例中多孔結構模型采用AbyssFish單連通域周期邊界多孔結構2D軟件V1.0隨機生成，模型也可采用照片或掃描圖。
采用CAD圖像導入插件V1.1版本將圖片導入到CAD內形成閉合線條。
將模型建立面域并形成多孔結構模型。
將模型以部件的形式導入到ABAQUS內。
根據研究內容為模型添加材料。
設置約束及載荷，上部設置豎向位移。
為模型劃分網格。
提交作業并查看模擬結果。
展開 氣動聲學建模指南
COMSOL Multiphysics? 軟件及其附加的“聲學模塊”提供了線性納維-斯托克斯接口，支持詳細模擬對流動和聲學之間復雜的相互作用。現在，當系統的聲學屬性可以由湍流背景流場改變或決定時，您可以對系統進行穩健的仿真；例如汽車的排氣系統。在本文中，我們將介紹重要的建模概念，并展示相關應用案例。
氣動聲學建模入門
穩態背景流場和聲場之間復雜的相互作用可以使用“聲學模塊”中的線性納維-斯托克斯物理場接口來模擬。此接口支持詳細分析流體流動——可以同時是湍流和非等溫流——是如何影響不同系統中的聲場的。這包括當背景流場與聲場發生相互作用時，以及當流場改變聲場時發生的所有線性效應。線性納維-斯托克斯接口不包含流致噪聲源項。這些方程基本上求解的是一般形式 CFD 方程的全線性擾動——質量、動量和能量守恒。
對于許多行業和應用領域，模擬與仿真背景流場對聲場的具體影響具有重要意義。在汽車工業中，流經的流體會改變排氣和進氣系統的聲學屬性，例如，旁路背景流場的大小會影響消聲器的傳輸損耗。在航空航天應用中，襯墊和穿孔板在系統引入流動時的聲學性能是一個研究重點。子系統的具體聲學屬性（吸收、阻抗和反射系數）可以影響整個系統的性能，噴氣發動機便是如此。
在消聲器和襯墊的示例中，線性納維-斯托克斯方程也可以捕獲背景流場中的湍流所導致的聲信號衰減。此外，這些模型中的背景流場通常屬于非等溫流動。
汽車應用的示例。上圖顯示了基于亥姆霍茲共振器的流場示例的結果。前側的彩色表面圖顯示了聲壓級。后側流線圖顯示了背景流場。
線性納維-斯托克斯接口提供了一個與結構相互耦合的內置多物理場，因此我們能夠在頻域（或者線性化的時域中）中現成地設置流-固耦合（FSI）模型。在許多應用中，流動、聲學和結構振動的相互作用都是重要的考慮因素。一個應用案例是科里奧利流量計的流量感測功能。
展開 汽車聲學建模
導言
對于很多汽車生產商來說，一輛汽車的完整聲學建模設計依然是一個夢想。然而，聲學仿真方法受到越來越廣泛的應用，而且正成為致力減少開發時間的重要設計工具。
聲學建模常被誤解為是一個可以解決所有問題的魔術工具。其實到目前為止，聲學和振動建模只能夠提供重要的建議而不是確切的答案，而且還必須具備在開發和原型階段就將其當作解決問題的工具的觀念才行。
由于不太被人相信，在設計階段并沒有將車輛的所有聲學問題考慮在內，因而導致聲學問題就在原型或更遲的階段出現。假如實驗人員能夠得到FEM（有限元法）模型，那么聲學問題從一開始就可以被考慮到；同時假如設計人員能夠明白一份測量報告的真正含義，問題也更容易被解決。因此說，聲學建模應該是一種結合原型開發、以問題解決為導向的額外工具，同時相關的流程可以遵循以下原則步驟。
在設計階段：1.獲得簡化的聲學FEM模型；2.在估算輸入力下，利用BEM或SEA方法評估噪聲水平；3.計算出設計階段是否會出現嚴重的問題。
在原型階段：1.從原型獲取實驗數據和孤立噪聲問題；2.獲得每個問題的循環模型和檢查輸入力振幅；3.嘗試可能的解決方法和對期望結果進行仿真；4.檢驗施加在原型上的解決方法；5.利用實驗數據完善解決方案。
設計方法
以下是從Vibro-Acoustics Science Inc. Application Note(振動聲學方面的報刊)引用的一個案例，其描述AUTOSEA仿真軟件在車內噪聲方面的應用（見圖1）。
圖1 帶有子系統的車輛的AUTOSEA模型
就車內噪聲而言，典型的問題有：車內…………
閱讀全文：http://tech.caenet.cn/Article2108.html
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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 COMSOL微觀多孔介質二維滲流模擬基于四參數隨機生長建模
微觀多孔介質流體
微觀多孔介質廣泛存在于巖石、土層等流體介質之中，這使得流體穿過存在復雜性，滲流的微觀結構決定其宏觀現象，在研究中可采用表征單元體（representative elementary volume，簡稱REV）方法，這就涉及到微觀介質的模型重構。
這里采用AbyssFish四參數隨機生長2D軟件進行微觀多孔介質的構建，V1.1版本軟件通過優化改進的算法，可指定四參數隨機增長的分布概率、生長概率、孔隙率、以及孔隙尺寸特征等參數，并可進行同一參數不同孔隙率的動態輸出，方便對比研究。
這里生成尺寸為寬度為2.0，高度為0.5的多孔介質模型，并將其導入到COMSOL內，多孔介質的孔隙率為70%(白色)。COMSOL模型構建方法可以參考：COMSOL建立孔隙尺度多孔介質結構模型教程
多孔介質中的孔隙為單聯通域，無無效幾何，如果指定的孔隙率過小，軟件生成的孔隙可能非單聯通，需要將非聯通的的幾何進行手動刪除處理。
物理場采用流體流動中的層流，左側為流體入口，右側為出口，以下為流速及壓力計算結果。
模型樣圖
建模采用的AbyssFish四參數隨機生長2D軟件可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1899410
展開 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 Deform多孔材料的滾珠軸承環成形 ￥2.99
多孔材料與塑性材料（可壓縮的剛性-粘塑性材料）的處理方式本質上相同，只是多了一個密度的設置。多孔材料應該設置為Porous類型，而不是我們通常計算的Plastic類型。另外，密度的設置可以對整個工件進行統一設置也可以通過Element data來對單獨的區域進行設置。
材料密度變化的對象（例如粉末成型中使用的材料）應建模為多孔對象。
當前可用于多孔材料的唯一迭代方法是直接求解方法。該方法不具有快速收斂能力，因此，多孔材料模擬可能比可比較的塑性材料模擬花費更長的時間。
下面是一個滾珠軸承環（如下圖）壓縮成形的實例，這里只取一個其橫截面進行分析。
1 新建一個問題，并命名為Porous_race。然后進入前處理，打開2D模塊。
2 模擬控制部分只考慮變形不考慮傳熱。依次導入工件幾何體PM_pre.igs，上下模幾何體PM_top.igs和PM_btm.igs。
3 設置坯料基本性質。溫度2000F，密度0.9，材料AISI-4340[1550-2200F ( 850-1200C)]。
這里的密度是相對密度，不是絕對密度，取值為0-1。這個值最好設置成0.7及以上，因為DEFORM不能對散粉壓縮進行計算，即需要一定密實的材料。
設置材料密度除了這樣統一設置之外，還可以通過Advanced中的Element data設置。這兩種方法的區別是，后者能設置局部的密度信息，見下圖。
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