多孔材料建模的案例
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
座椅也可以定義為多孔材料。如果在同一模擬解決方案中需要不同的聲場，例如機艙空氣和多孔座椅，則需要將它們與Simcenter 3D中的“聲學連續性”（Acoustic Continuity）模擬對象連接。
包括吸收域和多孔域，可以用可滲透的輻射表面聲載荷來解決HVAC艙室噪聲。動畫顯示感興趣頻率之一的傳播中的效果艙。很明顯，忽略聲學傳播中的艙室效應（左），聲波在介質中自由輻射。然而，包括機艙屬性在內，聲輻射更加復雜，因為它現在包括反射和吸收。
自由場（左）和機艙（右）的聲學傳播
過去的研究表明，將聲學和流動分開求解的混合方法可以提供比其他參考解決方案更具代表性的結果。使用這些技術，我們可以看到，在我們期望駕駛員耳朵的區域，安裝條件可以提供超過10
dB
的聲級。因此，一旦安裝，包括傳播中的座艙屬性，將對
HVAC
噪聲預測產生重大影響。
駕駛員位置的自由場和安裝的聲音水平
Simcenter 3D
現在還支持具有異質流體結構域的模型。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。'
展開 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：
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 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 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 
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。
展開 在 COMSOL 中分析特殊的多孔彈性超材料
多孔彈性超材料結構的多角度視圖。圖片來自 Jingyuan Qu。
作為比對點，研究人員還研究了一個普通的多孔結構和一個由連續各向同性材料制成的立方體。當周圍的靜水壓力增大時，兩個結構的體積都會縮小。在相同的條件下，多孔超材料則會膨脹，突出了自身的等效壓縮性特征。
后續步驟
通過大量的研究，該小組能夠捕獲超材料的行為，改進設計，并利用這些信息加快進入制造階段。雖然利用傳統的加工技術來制造這類材料并非不可能，但是 3D 打印可以作為制造負壓縮性超材料的替代選擇。3D 打印機可以使用在靜水壓力下收縮的普通材料來制成這種超材料。
Qu 指出，因為即使在高壓環境中，超材料也能夠保持恒定不變的等效體積，或許可以在高壓應用中發揮特殊作用。
本文來自 ：COMSOL 博客
展開 【技術應用】具有壓力相關多孔介質系數的彈簧安全閥建模示例
通過將表達式（1）與Simcenter STAR-CCM+中多孔介質中的壓降（2）聯立求解，我們可以導出模擬中使用的多孔系數的值；為了簡單起見，我們可以將多孔粘性系數Pv設置為零，并僅使用多孔慣性系數Pi來對閥門行為進行建模。
對特性曲線上足夠數量的閥門開度點重復之前方程組的求解（即確定流量和系統壓力并求解損失系數Kloss），可以獲得作為高于環境條件的系統相對壓力函數的Pi曲線。對于低于閥門啟動壓力（零流量）的任何點，需要非常高的Pi值來阻斷流量。將Pi值保存在.csv表中，并將其導入模擬中。如下圖所示：
創建一個新的“表面平均值”或“質量流量平均值”報告來評估閥門上游部分的壓力，然后在新的標量場函數中使用該報告來插值模擬中每次應用于多孔介質的正確Pi值。
對應此方法的示例模型可從以下鏈接中獲取。此案例中，兩個電芯的排氣口分別兩次排氣增加了封閉區域中的壓力，當多孔介質系統中達到一定壓力時，該區域通流，部分氣體被釋放到外部環境。
下面是此案例的計算結果的動畫：
總結
文章中介紹了一種替代的、可能更準確的方法，用于在不使用DFBI和動網格運動建模的情況下對安全閥進行模擬分析。對于相似問題的分析，尤其是電池安全閥排氣的CFD分析可以進行參考借鑒。
文章來源STAR-CCM-Online
展開 COMSOL生成多孔材料的教程
在COMSOL生成多孔材料可以采用CAD圖形導入的方式，在CAD內生成多孔幾何模型后導入到COMSOL中進行差集操作即可。
CAD多孔模型的建立—以曲邊泰森多邊形為例
1、設置好模型參數后運行CAD_Voronoi圖 V2.1.exe可直接生成CAD圖，將無用的圖層刪除后，僅保留曲邊泰森多邊形圖像，并將CAD文件另存為.dxf格式文件備用。
2、打開COMSOL新建模型選擇“二維”，并選擇合適的“物理場”。在模型開發器的 “幾何”上右擊選擇“導入”。找到先前保持的dxf文件構建選定對象。
3、選擇“幾何”菜單點擊“繪圖”-“矩形”，建立矩形實體。
4、選擇“幾何”菜單“布爾操作與分割”-“差集”。分別選擇矩形與導入的實體。構建選定對象。
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