多孔結(jié)構(gòu)建模的案例
ABAQUS多孔結(jié)構(gòu)建模2D
ABAQUS二維隨機(jī)多孔結(jié)構(gòu)建模，可有效表征孔隙隨機(jī)分布與連通特性，結(jié)合有限元方法精確模擬在復(fù)雜載荷下的力學(xué)響應(yīng)與損傷演化過程，或進(jìn)行孔隙區(qū)域內(nèi)的流體模擬滲流分析。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立隨機(jī)分布的多孔結(jié)構(gòu)二維模型。
多孔結(jié)構(gòu)模型采用單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件參數(shù)化生成，模型為png格式的圖片文件。
采用CAD圖像導(dǎo)入插件將多孔結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入到AutoCAD內(nèi)轉(zhuǎn)換為CAD文件。
將CAD文件進(jìn)行面域生成預(yù)處理后導(dǎo)出為iges格式文件，并導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)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(dǎo)入的部件進(jìn)行切割幾何操作，建立多孔結(jié)構(gòu)二維模型。
也可與導(dǎo)入的部件裝配建立孔隙＋顆粒兩相材料模型。
可進(jìn)行網(wǎng)格劃分及完成后續(xù)的多孔結(jié)構(gòu)仿真模擬。
展開 CAD多孔結(jié)構(gòu)3D_QSGS 插件 ￥899
插件介紹
CAD多孔結(jié)構(gòu)3D QSGS插件可用于在AutoCAD軟件內(nèi)生成三維多孔結(jié)構(gòu)模型，可用于數(shù)字巖心、多孔介質(zhì)、多孔結(jié)構(gòu)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(gòu)建任意幾何尺寸三維幾何模型。
多孔結(jié)構(gòu)建模基于四參數(shù)隨機(jī)生長（QSGS）原理。
（1）在二維空間中按照一定分布概率隨機(jī)布置孔隙，此分布概率須小于設(shè)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(diǎn)生長。
（3）重復(fù)上述步驟，直到生長相達(dá)到設(shè)定孔隙率時，停止生長，即QSGS 重構(gòu)多孔介質(zhì)模型完成。
其構(gòu)建過程可參考以下流程。
插件在四參數(shù)隨機(jī)生長的基礎(chǔ)上，進(jìn)行算法改進(jìn)，使得孔隙結(jié)構(gòu)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(tài)，注冊請聯(lián)系QQ：1135122921。
樣圖下載
CAD三維多孔結(jié)構(gòu)QSGS樣圖.rar
展開 ABAQUS三維多孔結(jié)構(gòu)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(nèi)基于Quartet Structure Generation Set（QSGS）隨機(jī)生長四參數(shù)生成法構(gòu)建三維多孔介質(zhì)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(wǎng)格單元尺寸。可控制隨機(jī)生長四參數(shù)中的分布概率(Distribution probability)、生長概率(Growth probability)及體積分?jǐn)?shù)(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(shù)。
QSGS原理
1． 在設(shè)定范圍內(nèi)隨機(jī)布置指定數(shù)量的種子作為生長核。
2． 給定相應(yīng)的生長概率，使得生長核在鄰域范圍內(nèi)以一定概率向周圍擴(kuò)展生長并形成新的生長核。
3． 迭代（2.）步驟，直到生長核擴(kuò)展到指定的體積分?jǐn)?shù)結(jié)束程序。
模型展示
插件可基于隨機(jī)生長四參數(shù)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(chuàng)建網(wǎng)格部件后刪除孔隙單元來實(shí)現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)并進(jìn)行模擬分析。以下為多孔結(jié)構(gòu)的軸心受壓應(yīng)力及位移模擬結(jié)果。
適用版本
插件可運(yùn)行在Windows10、11系統(tǒng)上，支持Abaqus2024及以上版本。
展開 ABAQUS隨機(jī)雙相材料多孔結(jié)構(gòu)建模
首先采用AbyssFish四參數(shù)隨機(jī)生長2D軟件V1.3版本隨機(jī)生成一張模型圖像。
通過CAD圖像導(dǎo)入插件將圖像導(dǎo)入到AutoCAD內(nèi)，并將圖像的黑白區(qū)域分別處理成三維部件，并導(dǎo)出為iges格式文件。
在Abaqus CAE軟件內(nèi)，將兩份iges文件導(dǎo)入。
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(jìn)行網(wǎng)格劃分操作。
設(shè)置兩部件之間的相互作用。
設(shè)置分析步后對模型添加載荷，這里將下側(cè)邊界設(shè)置為固定約束，上邊界添加向下的位移，實(shí)現(xiàn)模型的受壓狀態(tài)模擬。
創(chuàng)建作業(yè)并提交分析查看結(jié)果。
ABAQUS單連通域多孔結(jié)構(gòu)建模
多孔結(jié)構(gòu)由于其復(fù)雜的幾何形態(tài)和分布特性，使得其力學(xué)行為難以用傳統(tǒng)方法精確描述。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立單連通域多孔結(jié)構(gòu)模型，并研究其復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變分布以及變形模式。
本案例中多孔結(jié)構(gòu)模型采用AbyssFish單連通域周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件V1.0隨機(jī)生成，模型也可采用照片或掃描圖。
采用CAD圖像導(dǎo)入插件V1.1版本將圖片導(dǎo)入到CAD內(nèi)形成閉合線條。
將模型建立面域并形成多孔結(jié)構(gòu)模型。
將模型以部件的形式導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)。
根據(jù)研究內(nèi)容為模型添加材料。
設(shè)置約束及載荷，上部設(shè)置豎向位移。
為模型劃分網(wǎng)格。
提交作業(yè)并查看模擬結(jié)果。
展開 ABAQUS三維多孔結(jié)構(gòu)建模及軸壓力學(xué)模擬
多孔結(jié)構(gòu)由孔隙及固相所組成，在建筑結(jié)構(gòu)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，多孔材料的力學(xué)性能對其應(yīng)用場景至關(guān)重要。本案例采用CAD隨機(jī)球體插件專業(yè)版建立三維多孔結(jié)構(gòu)圓柱體模型，并將模型導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)進(jìn)行力學(xué)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(jī)球體插件專業(yè)版V1.3在AutoCAD內(nèi)建立多孔結(jié)構(gòu)三維模型，插件可設(shè)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(nèi)部為例。
將多孔結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)出為iges格式文件后導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)，這里采用EasyCDP插件建立混凝土損傷塑性模型為多孔結(jié)構(gòu)指定C30強(qiáng)度的混凝土材料，用于模擬泡沫混凝土試件。
將試件下側(cè)固定，上側(cè)指定Z軸方向的位移，模擬混凝土試件軸心受壓的力學(xué)場景。
進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選擇四面體單元。
提交作業(yè)查看泡沫混凝土模型的破壞情況。
展開 ABAQUS基于CT斷層掃描的三維圓柱體多孔結(jié)構(gòu)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(nèi)，采用AbyssFish CT2Model 3D V1.0插件對CT斷層掃描文件在Abaqus內(nèi)進(jìn)行多孔結(jié)構(gòu)的三維重建。
將此模型建立網(wǎng)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(wǎng)格-編輯-單元-刪除下，區(qū)域選擇中選取Set-1，刪除單元集，形成多孔結(jié)構(gòu)模型。
對模型添加材料，并指派截面、裝配、設(shè)置分析步、載荷。模型的上表面添加位移條件，下表面設(shè)置固定支撐，使模型處于軸心受壓狀態(tài)。
創(chuàng)建并提交作業(yè)，查看結(jié)果。
展開 Abaqus斷層掃描三維重建插件CT2Model 3D V1.1版本更新 ￥1898
插件介紹
插件說明：
ABAQUS CT2Model 3D V1.0
https://www.yqgqt.org.cn/post/1947552
應(yīng)用案例：
ABAQUS基于CT斷層掃描的細(xì)觀混凝土三維重建數(shù)值模擬
https://www.yqgqt.org.cn/post/1947861
ABAQUS基于CT斷層掃描的三維圓柱體多孔結(jié)構(gòu)建模
https://www.yqgqt.org.cn/post/1950189
適用版本
插件可運(yùn)行在Windows10、11系統(tǒng)上，支持Abaqus 6.14~2023版本。
說明提醒
插件需要注冊，注冊完成后永久可用，售價為單機(jī)許可的價格，購買后請聯(lián)系QQ：1135122921或微信：AbyssFish_LJR獲取許可證。
展開 重大《AFM》：一種具有多異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面和三維多孔結(jié)構(gòu)的電催化劑
來自重慶大學(xué)等單位的研究人員合成了一種具有多異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面和三維多孔結(jié)構(gòu)的電催化劑，闡明了結(jié)合多特征和密度泛函計算的電催化活性增強(qiáng)機(jī)理。特別是，所制備的Co2P/N@Ti3C2Tx@NF(下文表示為CPN@TC)表現(xiàn)出15毫伏的超低過電位，以達(dá)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(yōu)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(zhì)界面、電子傳輸?shù)母唠妼?dǎo)率以及設(shè)計良好的離子和氣體快速傳輸結(jié)構(gòu)。因此，有理由認(rèn)為CPN@TC的合成策略可以擴(kuò)展到過渡金屬基磷化物的制備，以提高催化性能。相關(guān)成果發(fā)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(zhì)結(jié)構(gòu)界面的CPN@TC。經(jīng)過精心設(shè)計的CPN@TC可以用于吸附H2O和H*的多個異質(zhì)界面、電子傳輸?shù)腇NE導(dǎo)電性以及用于離子和氣體快速傳輸?shù)慕橘|(zhì)。另一方面，該催化劑在1m KOH中表現(xiàn)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(wěn)定。另外，通過密度泛函理論計算進(jìn)一步優(yōu)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(fā)的一條潛在途徑。（文：SSC）
圖1|a)催化劑合成策略示意圖。
展開 這結(jié)構(gòu)，太漂亮了！研究海星，登上Science封面！ 附多孔固體結(jié)構(gòu)與性能第2版下載
海星生物礦化骨骼登上
泡沫或蜂窩狀結(jié)構(gòu)多孔固體材料具有質(zhì)輕和高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，因其高機(jī)械效率和結(jié)構(gòu)可定制特性而廣泛存在于自然和工程系統(tǒng)中。與金屬和聚合物基材料相比，陶瓷表現(xiàn)出更優(yōu)異的耐高溫和抗腐蝕性能，在汽車和航空航天制造業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，陶瓷易脆，在實(shí)際應(yīng)用中，人們往往傾向于使用聚合物和金屬泡沫材料來抵抗沖擊或吸收能量，而對多孔陶瓷的使用較少。
在海洋中，許多動物的身體正是由這類脆弱易碎的碳酸鈣或由其形成的光子晶體結(jié)構(gòu)組成。然而，這些天然生物陶瓷結(jié)構(gòu)往往表現(xiàn)出令人驚訝的高強(qiáng)度或機(jī)械韌性。
弗吉尼亞理工大學(xué)機(jī)械工程助理教授
Li Ling
一直帶領(lǐng)團(tuán)隊
專注于研究天然生物陶瓷結(jié)構(gòu)，從自然中汲取設(shè)計靈感，以開發(fā)輕質(zhì)、高強(qiáng)度陶瓷材料，并解決泡沫陶瓷的機(jī)械弱點(diǎn)。早在2020年，該團(tuán)隊就通過研究墨魚骨（生物礦化的內(nèi)部骨骼）高度有序的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其具有獨(dú)特的、分腔室的“墻-隔板”（wall-septa）結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)高剛度和耐受損傷的特性。該工作為設(shè)計工程多孔陶瓷和晶格超材料提供了重要的指導(dǎo)策略，并以題為“Mechanical design of the highly porous cuttlebone: A bioceramic hard buoyancy tank for cuttlefish”發(fā)表在PANS上（
吃墨魚發(fā)了一篇頂刊《PNAS》！墨魚骨的秘密被揭開！）。
Li Ling教授以及3D 打印的海星骨架模型
2022年2月11日，Li Ling教授團(tuán)隊在多節(jié)海星（Protoreaster nodosus ）的生物礦化骨架中發(fā)現(xiàn)了
一種天然陶瓷的雙尺度微晶格結(jié)構(gòu)。
展開 COMSOL多孔結(jié)構(gòu)傳熱模擬
多孔結(jié)構(gòu)傳熱模擬涉及對多孔介質(zhì)內(nèi)部復(fù)雜的熱量傳遞過程進(jìn)行建模和分析，這類模擬對于優(yōu)化材料設(shè)計、提高能源效率以及解決環(huán)境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立全連通多孔結(jié)構(gòu)幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進(jìn)行多孔結(jié)構(gòu)的傳熱仿真模擬。
多孔結(jié)構(gòu)幾何模型采用AbyssFish單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件隨機(jī)生成png格式的圖片。
通過CAD圖像導(dǎo)入插件將模型導(dǎo)入到AutoCAD內(nèi)建立多孔結(jié)構(gòu)草圖，并另存為dxf格式文件。
將多孔結(jié)構(gòu)草圖模型導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)，建立孔隙部件。
在COMSOL內(nèi)新建與原模型尺寸一致的矩形，并通過布爾操作和分割中的差集建立多孔結(jié)構(gòu)部件。
再次導(dǎo)入原孔隙模型，并構(gòu)建聯(lián)合體。將孔隙部分材料屬性設(shè)置為空氣，完成多孔結(jié)構(gòu)兩相材料模型構(gòu)建。
添加固體傳熱瞬態(tài)研究，模型左側(cè)設(shè)置熱源，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
進(jìn)行計算查看多孔結(jié)構(gòu)傳熱模擬結(jié)果
展開 
COMSOL多孔球結(jié)構(gòu)模型
多孔球結(jié)構(gòu)在催化、吸附及能源存儲等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。通過對多孔球的建模可實(shí)現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)調(diào)控，揭示傳質(zhì)-反應(yīng)耦合機(jī)制，優(yōu)化材料性能。仿真可預(yù)測流體動力學(xué)行為及反應(yīng)效率，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計提供理論指導(dǎo)，推動多孔材料在環(huán)境、能源等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立多孔球結(jié)構(gòu)模型。
多孔球體結(jié)構(gòu)模型采用CAD三維Voronoi劃分插件參數(shù)化建模生成。
建模的詳細(xì)操作步驟為：建立球體后采用插件實(shí)現(xiàn)Voronoi劃分，對生成的晶粒進(jìn)行平滑處理，最后新建球體與平滑處理后的晶粒進(jìn)行差集，實(shí)現(xiàn)多孔球結(jié)構(gòu)模型。
將模型導(dǎo)出為stl格式文件，并導(dǎo)入COMSOL內(nèi)。
可劃分網(wǎng)格并進(jìn)行后續(xù)多孔球的仿真分析。
展開 AbyssFish單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件 ￥896
<h1>軟件介紹</h1><p>AbyssFish單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件（以下簡稱軟件）可用于生成具備周期性邊界條件的單連通域多孔結(jié)構(gòu)PNG圖片，軟件可設(shè)置生成模型的尺寸、孔隙率、孔隙尺寸、孔喉尺寸等參數(shù)，并且具備孔隙形態(tài)控制功能。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202407/attachment/f53143cc9be047fb92a5b8b0577b6d09.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/f53143cc9be047fb92a5b8b0577b6d09.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/f53143cc9be047fb92a5b8b0577b6d09.png?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/f53143cc9be047fb92a5b8b0577b6d09.png?
展開 ANSYS多孔結(jié)構(gòu)穿孔板力學(xué)模擬
多孔結(jié)構(gòu)板在減輕結(jié)構(gòu)重量、滿足吸聲功能等環(huán)境下應(yīng)用廣泛，本案例采用ANSYS Workbench對曲線邊界孔洞的隨機(jī)多孔板進(jìn)行軸心受拉力學(xué)分析。
隨機(jī)微穿孔板可采用CAD Voronoi插件構(gòu)建，三維模型構(gòu)建如下。
CAD Voronoi插件采用參數(shù)化建模方式，根據(jù)設(shè)定參數(shù)隨機(jī)生成模型草圖，如對草圖生成不滿意可重新生成一份，或在原圖基礎(chǔ)上進(jìn)行手動微調(diào)。
隨機(jī)多孔板的建模參數(shù)如下，CAD內(nèi)通過實(shí)體-拉伸生成板的厚度為10 mm，建模完成后將多孔板導(dǎo)出為.sat格式備用。
關(guān)于CAD Voronoi插件使用功能的詳細(xì)介紹可查看：
CAD Voronoi V2
https://mp.weixin.qq.com/s/QIt4yoXjb52k7CFuQbCvKA
打開ANSYS Workbench，將多孔板模型導(dǎo)入，模型采用默認(rèn)材料，然后對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元近似尺寸為0.5 mm。
對模型指定邊界條件及外荷載，將左側(cè)邊界設(shè)定為固定支撐，右側(cè)邊界設(shè)置大小為1 N的力。
提交求解并查看結(jié)果。
ANSYS多孔結(jié)構(gòu)板等效應(yīng)力分析結(jié)果可看出，CAD Voronoi插件建立的曲邊多孔結(jié)構(gòu)板，可有效避免孔洞處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，在滿足結(jié)構(gòu)功能的前提下對于提高結(jié)構(gòu)承載力及使用壽命，防止疲勞破壞等方面有借鑒意義。
展開 Abaqus三維多孔結(jié)構(gòu)插件：Random Porous Structure 3D ￥898
插件介紹
Random Porous Structure 3D - AbyssFish 插件可在Abaqus軟件內(nèi)生成三維多孔結(jié)構(gòu)，可用于兩相材料或多孔介質(zhì)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(shù)，其參數(shù)控制原理可參考四參數(shù)隨機(jī)生長法（QSGS）相關(guān)文獻(xiàn)。
原理介紹
插件基于背景網(wǎng)格的方式生成兩種材料的單元，以實(shí)現(xiàn)不同材料的指定。插件內(nèi)置隨機(jī)孔隙生成算法，算法基于優(yōu)化后的四參數(shù)隨機(jī)生長原理，進(jìn)一步提高孔隙的聚集性，使模型與自然界中的孔隙結(jié)構(gòu)具有更高的相似性。
模型同時可處理為刪除孔隙單元的網(wǎng)格部件，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的孔隙效果。
基于不同材料的單元映射算法，解決了多孔結(jié)構(gòu)這種復(fù)雜部件網(wǎng)格難以劃分的問題，使得模型構(gòu)建更加簡單，也極大降低了三維多孔結(jié)構(gòu)、孔隙介質(zhì)等模型模擬中的計算量。
說明提醒
插件可運(yùn)行在WindowsXP、7、8、10、11系統(tǒng)上，支持Abaqus2018~2023及以上版本。
插件需要注冊，售價為單機(jī)許可的價格，購買后請聯(lián)系QQ：1135122921獲取許可證。
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