孔隙結構的案例
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
ANSYS三維梯度孔隙結構受壓模擬
ANSYS對三維梯度孔隙結構的力學分析具有重要研究意義。其高精度建模揭示孔隙率梯度分布、幾何特征對彈性模量、強度及斷裂韌性的影響機制，量化應力集中與失效風險，為航空航天、生物醫用等領域的結構優化提供理論支撐與方法創新。本案例介紹在ANSYS內對功能梯度孔隙材料（FGM）的受壓模擬。
梯度孔隙3D模型采用CAD球體功能梯度材料3D插件建模，AutoCAD參數化建模完成后將多孔結構梯度模型導出為sat格式文件。
在ANSYS Workbench內選擇與研究相適應的分析系統，并在幾何結構下導入梯度孔隙幾何模型。
對模型劃分網格并在分析設置中添加受壓荷載。
求解并查看計算結果。
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
圖2 內、外壓力的變化對驅動力及能量曲線的影響規律
綜上所述：涂層中復雜、不規則的孔隙結構是造成熔體自發浸滲困難的主要因素之一。通過調節孔隙內外壓力的方法能夠在一定程度上克服由孔隙擴張結構和潤濕性差引起的浸滲阻力，該方法應用于調控熔體在復雜孔隙內的浸滲深度具有熱力學可行性。
AbyssFish四參數隨機生長2D軟件 V1版本 ￥296
更新說明：
AbyssFish四參數隨機生長2D軟件V1.1版本更新，新增孔隙邊界平滑處理功能。
四參數隨機生長法(QSGS)可在一定程度上進行孔隙結構的模擬，但由于其孔隙生長極為離散，因此很難將其應用于有限元軟件內進一步進行模擬計算。AbyssFish四參數隨機生長2D軟件V1.1版本在四參數隨機生長法的基礎上進行了改良優化，采用聚集算法將離散的像素點集中到一起，并對孔隙的邊緣進行平滑處理，同時內置算法保證了在處理前后的孔隙率保持一致，減少了離散孔隙結構。
改進的隨機生長算法同樣可將每一步結果進行輸出，保存生成過程。
優化后的四參數隨機生長法可處理為CAD文件，可導入COMSOL、ANSYS、Fluent、Abaqus等軟件進行孔隙結構、微觀滲流、金屬晶格、金屬侵蝕等方面的模擬。
說明提醒
軟件需要注冊，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
更新日志
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2023/03/07 V1.0 版發布
1、軟件發布，支持四參數隨機生長（兩相）。
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2023/03/08 V1.1 版發布
1、新增粒子聚集邊緣平滑功能。
2、精簡軟件大小。
展開 COMSOL多孔金屬結構泡沫鋁泡沫鎳連通孔模型
泡沫金屬，亦稱多孔金屬，涵蓋了如泡沫鋁、泡沫鎳及泡沫鈦等多種類型，是一種具備三維連通孔隙結構的先進工程材料。該材料融合了金屬與泡沫材料的特性優勢，形成了獨特的物理和力學性能，因而被廣泛應用于眾多領域。本案例旨在描述如何在COMSOL軟件中構建具有連通孔隙結構特征的三維泡沫金屬模型。
泡沫金屬的建模可通過CAD球體密堆積3D插件V2.0版本實現，其中為確保生成模型中孔隙的連通性，球體間的最小間距參數應設定為負值。截取模型的內部區域作為泡沫金屬模型。
在AutoCAD中將模型導出為SAT文件格式后，可導入COMSOL軟件中，以建立具有連通孔隙結構的泡沫金屬部件。
根據模擬需求，可對多孔結構部件設定相應的材料屬性。
此外，還需根據模擬要求完成網格劃分，以確保分析的精確性與計算效率。
展開 adina中的“孔隙”資料
（ADINA-Structures理論手冊的的第413頁解釋）
TL，total lagrangian（總拉格朗日），位移和旋轉能夠很大，但是應變可能很小或者依賴材料特性很大
ULH，updated lagrangian hencky,應變可以很大
混合（u/p）公式能夠在孔隙結構中運用，然而，不協調模態特性不能在多孔結構中運用
多孔介質模型能夠運用在下列問題之中：
瞬態靜力分析（固結）：孔隙壓力的分布，位移和應力的分布，以及他們隨時間的變化。
瞬態動力分析：除了孔隙壓力，位移和應力結果，孔隙結構的可能性破壞將更加引人注意，液化，作為在地震災難中對基礎結構有著極其嚴重的破壞類型，能夠用多孔介質模型來進行研究
不排水分析：在不排水條件下，孔隙壓力和總應力之間沒有明確的公式給定。不排水分析能夠由給定不排水邊界條件和微小時間步得以進行。
所有的適用于實體單元的材料模型（包括彈塑性材料模型）都可以在多孔介質分析中運用，你能運用任何一個在物理意義上適合你的問題的材料
控制多孔介質模型的一般方程為
宏觀應力必須滿足下列平衡方程
其中總應力為
孔隙應力，四階彈性張量，彈性應變張量
對輕微可壓縮液體流動的連續性條件必須滿足
多孔材料的滲透矩陣，孔隙骨架的體積應變，材料的孔隙性，流體的體積模量，如果是不可壓縮的，最后一項會是0.
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 Nature Mater. 金屬所首次制備出一種新型熱電材料！
傳統的熱電材料為無機共價鍵/離子鍵晶體，例如碲化鉍（Bi2Te3）是目前應用最廣的熱電材料，其周期性層狀結構內為共價鍵/離子鍵連接，而層間為弱范德華力連接，因而具有本征的脆性，不能發生柔性變形。傳統熱電材料在實際應用中無法緊密貼合具有復雜曲率變化的熱源表面（如熱源管道、人體體表等），這種不良熱接觸導致熱量散失和較低的熱電轉化效率；同時也難以適應熱電器件日趨微型化和高度集成化發展的需要。因此，高性能柔性熱電材料的研發已成為該領域研究的重點和難點。
近期，中國科學院金屬研究所研究員邰凱平課題組、劉暢課題組與合作者研制出一種高性能碲化鉍/單壁碳納米管（Bi2Te3/SWCNT）柔性熱電材料。研究人員采用自主設計改進的磁控濺射沉積系統，以具有優異力學和電學性能的自支撐碳納米管三維網絡為骨架，利用亞納米尺度的碳管束溝槽限制擴散和誘導有序形核以及薄膜材料的溫度選擇性晶面生長機理，首次制備出具有高度有序顯微特征的Bi2Te3/SWCNT復合自支撐熱電薄膜材料。
圖1 Bi2Te3-SWCNT復合自支撐熱電薄膜材料生長結構示意圖
該復合材料具有納米孔隙結構，沉積的Bi2Te3納米晶粒緊密附著于碳納米管束表面，且具有高度（000l）面織構，Bi2Te3<-12-10>晶向平行于碳納米管束軸線，相鄰Bi2Te3納米晶粒間為小角度取向傾轉晶界。Bi2Te3（000l）面織構有利于提高載流子面內傳導，小角度晶界能進一步降低其對于傳導載流子的散射作用，納米孔隙結構和Bi2Te3/SWCNT界面等缺陷起到散射聲子降低熱導率的作用。
展開 COMSOL建立孔隙尺度多孔介質結構模型教程
通過軟件將png格式的圖片轉換為DXF格式文件，也就是AutoCAD支持的文件：
下一步打開COMSOL軟件建立二維模型，導入事先準備好的dxf模型，需要注意導入選項選擇【不接合】
然后通過轉換為實體命令將圖形的外側輪廓及內部孔隙分兩步轉換為實體，這里在選擇內部孔隙時可采用全選的方式更快速的選擇。
通過布爾操作與分割中的差集做差，將孔隙部位挖空。
網格劃分等后續操作：
本教程用到的CAD文件下載：
AbyssFish.rar
隨機孔隙建模軟件：
隨機微觀孔隙2D軟件
ABAQUS泡沫金屬泡沫鋁泡沫鎳多孔結構
泡沫金屬，又稱為多孔金屬，常見的類型有泡沫鋁、泡沫鎳、泡沫鈦等，是一種具有三維連通孔隙結構的新型工程材料。它結合了金屬和泡沫材料的優點，擁有獨特的物理、力學性能，廣泛應用于多個領域。本案例介紹在ABAQUS內建立具備連通孔隙結構的三維泡沫金屬結構模型。
泡沫金屬通過CAD球體密堆積3D插件V2.0版本建立，其中的球體最小間距參數應設置為負數，以確保生成的模型中的孔隙具備連通性。
為達到泡沫金屬孔隙穿過邊界的效果，需要截取模型的內部區域。刪除所有紅色球體，在模型內部新建一個長方體部件，并用交集建立新模型。
將模型導出為sat文件，即可導入ABAQUS內建立連通孔隙的泡沫金屬部件。
可對金屬泡沫模型劃分網格及進行后續模擬。
展開 
AF多尺度孔隙處理軟件2D ￥96
孔隙特征
材料的孔隙特征又稱為孔隙結構，一般是指材料內部的孔隙率、孔隙大小、孔隙形狀、分布模式、數量、連通性等特征。如在巖石中，孔隙是流體的基本通道，同樣也是影響巖石力學性能的關鍵因素；在消音材料中，孔隙是能量耗散的主要因素；在混凝土中，微觀孔隙的存在是影響離子滲透進而影響耐久性能的重要原因。因此在模擬中孔隙特征的研究尤為重要。
一般的研究僅局限于孔隙率單一因素的影響，而忽視了孔隙的其他特征參數。AF多尺度孔隙處理軟件2D可在確保孔隙率不變的前提下，基于實際的孔隙圖像，進行孔隙的多尺度處理。
在工程實際中，一種材料的孔隙率參數易于測得，而材料的其他孔隙特征是難以測算的。針對這兩方面的問題，AF多尺度孔隙處理軟件2D采取指定孔隙率加材料圖片處理模式來進行生成多尺度孔隙圖片。具體而言，針對已知的孔隙率，軟件在進行孔隙處理中可保證孔隙率為定值，基本不發生改變，這樣就可控制孔隙率參數不變，研究孔隙的其他特征參數對材料性能的影響。而針對難以衡量的孔隙其他特征參數，如孔隙喉道、孔隙峰度、孔隙連通等特征，軟件采用基于圖像的處理模式，可在最大程度上保留原有的孔隙特征。對于黑白的二值圖片，軟件還提供自適應孔隙率測算功能，識別模式為白色為孔隙。
以下為處理文獻圖片的處理樣圖：
處理后的文件可進行有限元模型的建立，如COMSOL、ANSYS、Abaqus多尺度孔隙結構模型等：
說明提醒
軟件需要注冊，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。
展開 用于電磁干擾屏蔽的Mxene和石墨烯氣凝膠的制備、進展、面臨挑戰和前景
與固體電磁干擾屏蔽材料相比，結合多孔結構在屏蔽復合材料中產生豐富的內部表面/界面是改善入射EMWs多次反射從而提高EMI屏蔽性能的有效策略。此外，三維(3D)網絡結構的構建可以實現導電填料的均勻分散，有效連接導電填料導電電子，避免MXene和rGO納米片的團聚，實現超低填料負載復合材料的顯著EMI SE。特別是設計內部孔隙結構的形態，如有序孔隙結構，可以進一步控制屏蔽性能，從而獲得獨特的電磁干擾屏蔽性能和力學性能。與隨機均勻的孔隙結構相比，排列細胞壁的有序孔隙結構可以增強EMWs的多次反射和散射，延長EMWs的傳播路徑，增加與細胞壁和EMWs的相互作用。同時，在垂直入射的EMWs下，沿排列孔方向的細胞壁是連續的，產生的極化和微電流更強，這也增加了吸收損失。因此，研究可控的內部孔隙結構與相應的屏蔽行為之間的關系是制備具有高性能電磁干擾屏蔽的多孔材料的關鍵問題。
在此，本文回顧了近年來關于MXene和石墨烯基排列孔結構多孔材料用于高性能EMI屏蔽的研究(圖1)。特別是，考慮到其組成和結構特征，我們致力于回顧具有排列孔結構的MXene和石墨烯基材料的EMI屏蔽機制，制備，現狀，持續挑戰以及前景。為高性能EMI屏蔽架構的未來發展提供了指導。
圖1.具有排列多孔結構的MXene/石墨烯基材料的電磁干擾屏蔽示意圖。
01
電磁干擾屏蔽機理
EMWs由振蕩電場和磁場組成，可以通過阻斷這兩個場中的任何一個來實現電磁干擾屏蔽。從靜電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽的角度觀察電磁干擾屏蔽，揭示了多種屏蔽機制。其中，最被廣泛接受的電磁干擾屏蔽機制是基于傳輸線理論和schelkuoff理論。
展開 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 世界上最輕的固體？天問一號就用它！
氣凝膠是一種具有納米孔隙結構的輕質材料，被科學界譽為“改變世界的神奇材料”。它是由納米尺度的固體骨架構成的一個三維立體網絡，網絡結構間包含著豐富的納米孔隙，孔隙率可以高達99.8%。由于它的骨架結構是納米尺度的，可見光可以從中間穿過，同時會發生瑞利散射，讓最常見的二氧化硅氣凝膠肉眼看上去像是被凍住的藍色煙霧，這和天空呈現藍色的原理是一樣，所以它還有一個很好聽的綽號，叫做“藍煙”。
▲各種氣凝膠材料展示
氣凝膠有什么特性？
世界上最輕的固體
特殊的孔隙結構為氣凝膠帶來了獨特的性能，它的密度極低，甚至比同體積的空氣更輕，是世界上最輕的固體。來自中國航天科工三院306所的實驗人員通過一個小實驗展示了氣凝膠“輕”的特性。把一塊氣凝膠放置在一個新鮮的花蕾上，因為氣凝膠本身是非常輕的，因此不會對花蕾造成任何的影響。
導熱系數最低的固體
由于孔隙率極高且孔結構復雜，氣凝膠孔內沒有空氣對流，使其同時具有極低的氣相與固相熱傳導率。因此，具有輕質高效隔熱性能的氣凝膠材料在空間狹小、發射成本高昂的航空航天領域具有極高的應用價值。
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