孔隙率分析的案例
【分析示例】電池正極制備過程（壓延）中的壓力和孔隙率計算
孔隙率和壓力是這一工藝的指標。在本案例研究中，我們介紹了假設壓延工藝形成固體顆粒（粉末）的模擬。VSOP-PS是J-OCTA的模擬器之一，它使用離散元法（DEM, Discrete Element Method）計算薄膜形成過程中的壓力和孔隙率，同時考慮到固體顆粒之間的接觸。在材料模型中，根據之前的研究，使用了6種活性材料和1種粘合劑表征不同直徑的顆粒。壓縮計算通過在封閉區域填充顆粒，然后降低上壁來實現。從計算區域的體積中減去顆粒的體積即可得到孔隙率。與之前的研究一樣，壓力和孔隙率之間的關系是通過壓縮到最大壓力，然后向上拉伸上壁得到的。
圖1. 使用J-OCTA的RVE模型構建的初始顆粒結構
二、結果
圖2顯示了拉伸過程中上壁所受壓力與孔隙率之間的關系。VSOP-PS 的結果（藍色圓圈）與前人的實驗和計算結果接近。
本文介紹了使用VSOP-PS對固體和粉末材料的接觸（摩擦）進行離散元法計算，如果您感興趣，請聯系我們。
圖2. 在拉伸過程中上壁壓力和孔隙率之間的關系
（轉載自：J-Octa官網）
（文章來源：轉載自J-Octa官網）
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展開 高孔隙率GelMA水凝膠（EFL-GM-PR系列）
雖然水凝膠內部也自帶孔隙結構，但其孔隙過小，使得包裹細胞進行三維培養及生物3D打印時內部的養物質傳輸及細胞代謝廢物排出不暢，致密的孔隙阻礙了細胞更好的功能化。為了提高水凝膠內細胞與外界的物質交換效率，并為細胞生長增殖提供更多空間，EFL團隊持續攻關，成功研制出了高孔隙率GelMA水凝膠（多孔GelMA，EFL-GM-PR系列）。
獲得數十乃至數百微米孔隙結構，常規做法是通過乳液造孔獲得，這些工藝存在穩定性差、操作復雜等缺點。EFL-GM-PR系列通過材料學顛覆性的設計，其使用體驗與常規GelMA材料無任何區別，只需要溶解、光照固化即可輕松獲得數百微米孔隙結構水凝膠（圖1）。
圖1 EFL-GM-PR系列多孔GleMA水凝膠操作流程
01 微觀形貌
EFL-GM-PR系列具有幾微米至幾百微米的孔道結構以適應不同應用需求。通常三維細胞培養時需要50微米以上的孔隙結構，大的孔隙結構可為細胞提供高效的物質交換通道，也為細胞增殖、生長提供空間，能顯著提高細胞的增殖活性。
通過通用偶聯型水凝膠熒光染料（EFL-DYE-UF-ENE系列）的熒光標記，可實現多孔GelMA水凝膠內部多孔結構的直觀觀察（圖2）。
圖2 EFL-GM-PR系列多孔GleMA水凝膠可控微觀孔道結構的激光共聚焦照片
02 細胞培養
EFL-GM-PR系列多孔水凝膠在細胞培養方面具有優異的性能，通過與GelMA無孔水凝膠對比可以明顯看出多孔GelMA水凝膠的優勢。兩種配方的多孔GelMA水凝膠其內部細胞增殖速率均高于GelMA無孔水凝膠，在培養第7天時出現了數倍的細胞數量差。
展開 降低航空發動機環境障涂層孔隙率
來自廣東省科學院新材料研究所與西安交通大學的研究人員合作，提出了壓滲熔融鋁的方法來封堵涂層中的開孔及微裂紋，重點從熱力學角度分析了熔融鋁在孔隙中浸滲的困難性。結果表明，通過控制外壓可獲得良好的浸滲效果，這一研究結果有望為制備高致密環境障涂層提供新思路。相關論文以題為“Infiltrationthermodynamics in wrinkle-pores of thermal sprayed coatings”發表在Applied Surface Science (董琳為第一作者、劉梅軍和張小鋒為通訊作者)。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433220336060
圖 TBCs的截面組織
該研究首先基于真實涂層的復雜孔隙結構建立了開放孔隙幾何模型——“褶皺孔”，以及熔體浸滲的物理模型和數學模型。通過數學模型計算獲得了熔體能量隨浸滲深度的變化規律，發現在浸滲過程中熔體能量出現多個平衡態，只有克服平衡態之后的能壘，熔體才能繼續浸滲。進而通過計算驅動力、分力等，得知外壓降低能量、驅動浸滲，內壓升高能量、阻礙浸滲，而造成能壘的主要因素是彎曲液面附加壓即毛細力，如圖1所示。
圖1 三種模型浸滲能量曲線
毛細力的決定性因素包括孔隙的幾何結構（孔寬和孔壁傾角）和熔體的潤濕特性（接觸角）。其中，孔隙結構中的擴張結構、熔體不良的潤濕性是造成毛細力阻礙浸滲的主要原因。但人為調控孔隙幾何和熔體在不均勻材料表面的潤濕性較難實現。
展開 comsol層流里面的多孔介質改變孔隙率不影響結果
comsol層流里面的多孔介質改變孔隙率不影響結果速度云圖不變
利茲大學《AM》多模態孔隙率/增強催化/微籠碳納米管氣凝膠
CNT Pickering 乳液能夠在根本不同的長度尺度上進行工程設計，從而
分別通過 CNT 類型、CNT 數密度和過程能量來分離和單獨控制微孔率、中孔率和大孔率。
此外，
金屬納米催化劑（Cu、Pd 和 Ru）通過優雅的升華和沖擊分解方法嵌入到結構中
；介紹了第一種方法，該方法可以使復雜的預先設
計的氣凝膠通過體積功能化而不會發生微觀結構降解。在制藥重要的酰胺化反應中探索了催化結構
- 功能關系；提供有關工程框架如何增強催化劑活性的見解。一系列先進的斷層掃描、光譜和顯微技術揭示了 CNT 構件的復雜 3D 組裝及其對增強型納米催化劑功能特性的影響。這些進展為以可控方式獨立調節功能氣凝膠材料的結構和化學奠定了基礎，用于各種應用，包括能量轉換和存儲、智能電子產品和（電）催化。
相關論文以題為
Engineering of Microcage Carbon Nanotube Architectures with Decoupled Multimodal Porosity and Amplified Catalytic Performance
發表在《
A
dvanced Materials
》上。
【主圖導讀】
示意圖1
具有微籠內部結構的均勻獨立式納米管氣凝膠的乳液模板化制造
(O/W)。甲苯液滴模板形成納米管微籠。乳液模板化的納米管通過單向冷凍、冷凍干燥和熱還原鎖定到位。交聯的 CNT 氣凝膠表現出由 CNT 內腔（微孔率）、CNT 數密度（中孔率）和液滴尺寸（大孔率）的選擇控制的解耦多峰孔隙率。
圖1
乳液模板化
DWCNT 和 MWCNT 氣凝膠的可調微籠內部結構。
展開 《Small Methods》馬里蘭大學胡良兵: 3D 打印、高孔隙率、高強度石墨氣凝膠
摘要
全球對
塑料泡沫材料
的需求是巨大的（
年價值約為 3413 億美元
），并且在現代社會需求不斷增長的推動下，仍在以
4.8% 的年增長率飆升
。大多數現有的泡沫材料由塑料制成，需要數百年才能降解，導致嚴重的全球污染問題。
最近，
馬里蘭大學
胡良兵教授
團隊
報道了一種基于
3D 石墨-纖維素納米纖維 (G-CNF) 泡沫的泡沫材料的可降解、可回收和經濟高效的解決方案，該泡沫材料由資源豐富的石墨和纖維素通過先進的 3D 打印制成。
CNF 可以在物理超聲處理下直接分散石墨，無需任何化學反應。CNFs 與石墨的相互作用通過 CNFs 中親水和疏水面的作用使分散體聚合物的流變特性和良好的可加工性以及可調節的粘度用于 3D 打印。
圖1
展示使用可回收、可降解和可印刷的甘蔗渣和石墨替代白色污染的照片和示意圖。a) 白色泡沫污染。b) 塑料泡沫和 G-CNF 泡沫的數字圖像。c）由自然界中的植物和石墨礦制成的印刷 G-CNF 氣凝膠的可回收性和可降解性示意圖。
具有設計形狀的堅固、
可降解和可回收的 G-CNF 泡沫可以大規模印刷，顯示出更高的機械強度（3.72 MPa 對 0.28 MPa 的拉伸強度和 2.34 MPa 對 1.11 MPa 的壓縮剛度），更好的耐火性，比商業聚苯乙烯泡沫材料具有可降解性和可回收性
。所展示的 G-CNF 泡沫有可能取代商業塑料泡沫材料，代表了解決白色污染的可持續解決方案。相關論文以題為
3D-Printed, High-Porosity, High-Strength Graphite Aerogel
發表在《
Small Methods
》上。
展開 COMSOL泰森多邊形Voronoi圖孔隙優化模型受力分析
Voronoi模型
在comsol內建立泰森多邊形骨架支撐網格，模型采用一般的多邊形泰森多邊形孔隙以及樣條曲邊泰森多邊形孔隙做對比研究，分析模型在承受壓力荷載下的應力分布。通過comsol的固體力學計算可看出擬圓形Voronoi孔隙支撐結構的應力分布更為合理，可有效避免應力集中現象。
建模過程
首先采用CAD Voronoi 生成插件 V2版本在AutoCAD內進行幾何模型的構建，并另存為dxf文件導入到comsol軟件內。注意導入后需要做一步差集操作以生成Voronoi孔隙形成骨架。
進入comsol建立模型，指定材料、邊界、網格等，進行力學分析研究。
這里的研究選擇瞬態，施加一致的面荷載指定單軸壓縮，最終的結果如下：
幾何建模插件
模型的建立需要用到的插件
CAD_Voronoi V2
技術支持
技術鄰淵魚
展開 DrillWorks——地層孔隙壓力和破裂壓力預測和分析工具
無論是鉆井工程師、 地球物理學家、地質師、巖石物理學家，都能夠有效地使用DrillWorks/PREDICT來預測世界各地的孔隙和破裂壓力變化曲線。軟件可以使用多種 數據，包括各種格式的測井數據、地震資料和MWD數據。這套軟件并不依賴于單一的孔隙壓力模型和方法，而是兼容并蓄地含蓋了眾多的模型和方法，用戶可以對 癥下藥，有選擇地使用模型來預測特定地質條件下的地層壓力。
DrillWorks/PREDICT是一套由用戶主導的軟件系統，它可以使用戶容易地、迅速地確定已鉆井和未鉆井的上覆巖層壓力梯度、孔隙壓力梯度和破 裂壓力梯度。用戶可以對多個計劃井和任意多個鄰井的數據進行觀察、處理、分析。在鉆井施工過程中，PREDICT使現場決策和儲存地質資料都變得得心應 手。軟件配備的“用戶定義方法”及“用戶定義程序”極大地擴展了這套系統的功能，使之得以處理井壁穩定和巖石力學的分析，而這些方面的分析因為斜井、大位 移井的出現，變得越來越重要。
展開 鑄造模具方案優化-用核心氣體模型檢測孔隙度（鑄造仿真分析-FLOW3D）
GM Powertrain的鑄造分析工程師David Goettsch博士使用 FLOW-3D 進行了15年的金屬鑄件填充和凝固分析。新的核心氣體模型對于在設計階段優化夾套核心排氣非常有用。對于核心印刷品的所有其他要求，將通風道實施到現有的芯盒中是非常困難的?！皩诵娜細馀欧诺那捌?em>分析工作可以幫助您在啟動過程中避免高廢品率，”他解釋說?！耙苍S流程變化可以解決問題。但要達到這一點可能需要很長的測試時間。“
隨著核心氣體模型現在在FLOW-3D中可用 ，Goettsch可以嘗試不同的插入和排氣位置，并獲得全球診斷：查看氣體產生的多少，氣體流向何處，以及在金屬前緣碰到之前多少氣體。
當你真的可以看到問題的根源時，這是非常好的。這些可視化對于試圖找到真正的現象在做什么的小窗口是很好的。
– GM動力總成鑄造分析工程師David Goettsch博士
多核挑戰
用于內部幾何形狀鑄造的核心印刷品
通用動力總成夾套板組件
另一位經驗豐富的鑄造工程師格雷厄姆 – 懷特制造公司的伊麗莎白賴德回應了這樣的觀點，即氣體孔隙一直難以調查。她補充說，“特別是對于多核心，很難確定哪個核心是問題的根源。你試圖解決整個系統?！?通過持續生產1700個零件，其中一些每年的零件數量為10,000個，Graham-White非常樂意通過仿真來改進其制造工藝。
使用激光掃描產生的灰色鐵件（大約3in x 4in）的3D模型，Graham-White提供了用于評估的當前排氣設計。這種澆口設計在水平分模的每個模板中包括四個印模，每個印模具有用于每個芯的通風口。中央澆口可以在不到兩秒的時間內填充每個模具。
使用FLOW-3D進行模擬 確認了填充率，但也顯示出一個內核排氣不足。
展開 三維洞察，驅動創新：Volume Graphics解鎖CT數據的多維價值
尺寸分析
在尺寸分析領域，VG具備從基本尺寸標注到復雜幾何尺寸與公差（GD&T）測量的全方位幾何測量功能。VG可以應用符合ISO和ASME測量要求的測量計劃。此外，VG的分析工具同樣適用于為其他全場測量設備（如結構光或激光掃描儀）生成的STL網格數據。使用CT數據進行坐標測量的優勢在于，能夠測量其他工具無法看到的內部特征或完全被其他材料包裹的材料
材料分析
在材料分析領域，CT數據對材料或制造工藝的行為提供了更深刻的見解。VG可以利用CT掃描提供的信息確定物體的內部結構。在討論材料結構時，有許多特性需要考慮，其中一個主要特性是孔隙率或材料中截留的空氣。孔隙率可能導致零件的弱點或結構問題。VG能夠非破壞性地分析物體的孔隙率，為理解其內部結構提供了獨特途徑。此類內部結構分析可貫穿制造全流程，從材料研究、工藝開發直至最終檢測。
孔隙率分析示例，按單個孔隙的體積著色
除了孔隙率，VG還可用于分析其他內部材料的不規則性，包括空洞、分層和裂紋。此外，VG還可用于識別基體材料中截留的其他材料。截留的材料被稱為夾雜物，夾雜物可能是生產過程中產生的缺陷，也可能是復合材料里特意添加的成分。如果是非預期的夾雜物，VG可以識別并標記零件中截留的任何材料。對于復合材料，VG可以更進一步分析這些材料的數量和分布。
VG可以檢測和分析不同類型的材料示例
模擬
通過映射內部特征，VG可將材料不規則性納入模擬過程。VG可以識別泡沫材料中的氣孔或顆粒材料中的單個顆粒（例如粉末金屬添加劑）。VG還可以模擬夾具，修正自由狀態與組裝狀態的幾何變異性。另外，VG提供多種模擬選項，包括結構分析、傳遞現象和電池陽極懸垂模擬等。
展開 分辨率的分析講解
如何更好地分辨物體是光學科學界一直存在的問題，因此如何判斷光學系統的分辨率是一個重要的問題。根據Ernst Karl Abbe(1840-1905)和John William Strutt，Third Baron Rayleigh(1842-1919)等人的工作，我們在VirtualLab Fusion中演示了阿貝分辨率極限和瑞利判據，并說明了如何使用這兩種分析來評估典型成像系統的性能。 用瑞利準則研究顯微鏡物鏡的分辨率
根據瑞利判據，我們研究了三種不同數值孔徑的顯微物鏡的分辨率。 阿貝理論成像的論證
我們搭建了成像系統，以金屬光柵為實驗對象，利用VirtualLab Fusion演示了阿貝的成像理論。 For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.comInternet: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 
[NEWSLETTER] 分辨率的分析
如何更好地分辨物體是光學科學界一直存在的問題，因此如何判斷光學系統的分辨率是一個重要的問題。根據Ernst Karl Abbe(1840-1905)和John William Strutt，Third Baron Rayleigh(1842-1919)等人的工作，我們在VirtualLab Fusion中演示了阿貝分辨率極限和瑞利判據，并說明了如何使用這兩種分析來評估典型成像系統的性能。
用瑞利準則研究顯微鏡物鏡的分辨率
根據瑞利判據，我們研究了三種不同數值孔徑的顯微物鏡的分辨率。
阿貝理論成像的論證
我們搭建了成像系統，以金屬光柵為實驗對象，利用VirtualLab Fusion演示了阿貝的成像理論。
For more information send a message to: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
展開 Qt工具|代碼覆蓋率分析工具Coco介紹
什么是代碼覆蓋率?
代碼覆蓋率是一種分析方法，它測量一個或多個測試所執行的代碼語句、決定和條件覆蓋的百分比。
代碼覆蓋率數據是通過一個測量工具來獲得，該工具對應用程序的二進制文件進行測量，在其中添加指令來跟蹤測試的執行。
當對測應用程序執行測試時，覆蓋率的報告就產生了。
為什么選擇Coco?
典型問題：
-測試是否充分？
-我們正在測試的內容正確嗎？
-我們是否能更智能的進行測試？
回答：
-需要知道我們的測試執行了哪些代碼
-需要知道我的代碼哪些是多余的
-發現測試的缺口（未測代碼）
-更多先進的分析手段
Coco特性概覽
-覆蓋級別：語句、條件、分支、MC/DC等
-動態和靜態代碼覆蓋
-內置函數分析器
-跨平臺（嵌入式）& 跨編譯器
-支持語言：C/C++, C# & QML
-報告格式：Text, HTML, XML, Junit, Cobertural
-單元測試框架：CPPUnit, GoogleTest, Qtest等記錄、報告測試執行時間
-為安全標準認證做好準備：包括ISO 26262,EN 50128、DO 330 (DO-178C and DO-278B), IEC 61508, FDA,IEC 62304, ISO 13485
Coco原理
Step1：Recompile
在代碼中加入Coco的檢查工具。
展開 金屬3D打印成品率影響要素分析
要想打印出完美無缺的產品，工藝程序必須層層把關，下面小編為大家介紹一下影響金屬3D打印成品率的三大要素：原材料、工藝參數、熱應力殘余。
原材料及耗材
金屬3D打印發生在一個充滿氬氣的成形倉中，這里氧氣含量低于100ppm，以確保在激光掃描時不產生氧化物。而且用于3D打印的金屬材料在純凈度、球型度、粒徑分布和含氧量等方面都有嚴格的要求。現在市面上常見的金屬材料有鈦合金、不銹鋼、鈷鉻合金、鎳基合金和鋁合金等。金屬基材的材質及厚度也決定了打印成品的品質及精度。增大基板厚度和提高基板溫度可顯著抑制造型物翹曲、提高造型物尺寸精度。
工藝參數對能量密度輸入的影響
每個最終的零件都是由一層層熔融而成，每熔融一層，平臺下降，新的粉末鋪滿此層重復上述過程。其真正的成型原理是激光將一定能量密度的能量輸入粉末層，使得所掃描的區域內粉末達到熔融狀態，粉末接收到的能量密度與激光所輸入和燒結過程中所控制的參數有關，比如掃描速度，掃描間距，掃描功率，激光的能量在金屬粉末表面形成熔池，熔池影響周圍粉末成型效果。
激光會按照一定的規律和方向掃描到需要熔融的成型區域，根據不同材料合理地歸化掃描路徑。
展開 代碼覆蓋率分析：Coco的實際應用
好消息是，我們的覆蓋率工具Coco正是為應對這些挑戰而生。
無論何種測試類型，Coco都能在測試執行時分析源代碼的覆蓋情況。Coco能幫助您查看和確定代碼中是否存在冗余測試，或代碼的任何部分存在測試空缺。
代碼覆蓋率分析——它為何如此重要？
在進一步介紹Coco之前，讓我們先回顧一下代碼覆蓋率分析以及它為何如此重要。
顯然，任何開發者都希望他們的代碼盡可能完美無瑕。然而，隨著運行環境變得越來越復雜，測試也變得越來越困難。當你達到難以確定是否所有代碼都已經被測試的地步時，問題就變得非常棘手了。
基本的代碼覆蓋率分析是代碼質量保證的關鍵部分。它為開發者提供了明確的指示，表明代碼已經經過測試，能夠讓人對工作成果感到放心。相反，一旦知道代碼還沒有經過測試，開發團隊會變得更加小心謹慎，并開始考慮如何制定新的測試用例以擴大覆蓋范圍。
然而，代碼覆蓋率分析不僅僅是為了讓人安心。
想想那些安全關鍵型系統，例如
醫療設備
、
汽車軟件
甚至是航空航天系統，在這些系統，哪怕是未經測試的代碼中最小的部分出現錯誤，都可能導致嚴重的后果。
還有那些涉及 ISO 標準或歐盟法規的嚴格監管業務領域，比如金融服務。該領域的合規要求甚至規定了一定的代碼覆蓋率。
為了避免錯過任何細節而帶來的風險，Coco這時就派上了用場。
可信賴的高負荷測試助手
對于判斷每個表達式是否經歷了徹底的測試，Coco是您值得信賴的助手。
Coco能幫助開發者在代碼覆蓋率分析中規避常見的陷阱，因為它支持跨平臺、跨編譯器，并支持廣泛的覆蓋率級別，因此它還提供了詳細的信息，以確定某些表達式是否在每種可能的組合中都得到了測試。
Coco支持多種編程語言，包括C、C++、C#和QML。
展開 