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<ul><li class="ql-align-justify">研究目的：利用COMSOL Multiphysics 軟件建立了受注礫巖層的孔隙－單裂隙介質(zhì)數(shù)值模型，分析了帷幕墻的注漿效果。</li><li class="ql-align-justify">模型簡介：將注漿層位礫巖含水層視為孔隙－單裂隙介質(zhì)，建立40 m×30 m 的孔隙－單裂隙介質(zhì)數(shù)值模型，布置1 個注漿孔和一條單裂隙。

Voronoi模型在comsol內(nèi)建立泰森多邊形骨架支撐網(wǎng)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(yīng)力分布。通過comsol的固體力學(xué)計算可看出擬圓形Voronoi孔隙支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布更為合理，可有效避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。

孔隙結(jié)構(gòu)在comsol內(nèi)生成球體或立方體結(jié)構(gòu)的多孔材料結(jié)構(gòu)：comsol泡沫結(jié)構(gòu)，泡沫球體顆粒占比80%： 建模方法采用陣列式隨機(jī)分布，生成符合規(guī)定比例的隨機(jī)孔洞。模型采用CAD隨機(jī)孔隙3D插件生成，然后將多孔結(jié)構(gòu)3D模型導(dǎo)入到comsol軟件內(nèi)。

通過軟件將png格式的圖片轉(zhuǎn)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(dǎo)入事先準(zhǔn)備好的dxf模型，需要注意導(dǎo)入選項選擇【不接合】然后通過轉(zhuǎn)換為實體命令將圖形的外側(cè)輪廓及內(nèi)部孔隙分兩步轉(zhuǎn)換為實體，這里在選擇內(nèi)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。

混凝土模型三維混凝土細(xì)觀模型的建立是進(jìn)行混凝土性能模擬的有效方法，而在comsol建模過程中隨機(jī)凸多面體骨料的生成是幾何模型的難點。這里提供一種快速高效的三維凸多面體骨料建模的方案，以實現(xiàn)不同集配的混凝土模型。建模教程首先采用CAD隨機(jī)多面體3D插件在AutoCAD內(nèi)生成所需要的三維混凝土細(xì)觀模型。

FGM構(gòu)建本文采用COMSOL軟件進(jìn)行FGM模型的構(gòu)建，以下表現(xiàn)三種不同形式的功能梯度材料模型：粒徑均勻變化雙材料擴(kuò)散變粒徑分布建模教程在COMSOL內(nèi)建立功能梯度材料可以采用AutoCAD模型導(dǎo)入的方式，這里用到了CAD建模插件。插件下載：CAD 功能梯度材料（FGM）2D插件

參考文獻(xiàn)[1] 李柯柯，徐穎，李金寶等.基于COMSOL的多孔介質(zhì)熱-流-變形耦合數(shù)值模擬[J].當(dāng)代化工，2022,51(02):441-445.[2] 尹紅球，陳滔.基于COMSOL Multiphysics軟件的回采工作面開挖模擬模型優(yōu)化[J].煤炭技術(shù)，2020,39(11):50-52.

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。

COMSOL模型構(gòu)建方法可以參考：COMSOL建立孔隙尺度多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型教程多孔介質(zhì)中的孔隙為單聯(lián)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(lián)通，需要將非聯(lián)通的的幾何進(jìn)行手動刪除處理。物理場采用流體流動中的層流，左側(cè)為流體入口，右側(cè)為出口，以下為流速及壓力計算結(jié)果。

泡沫金屬的建?？赏ㄟ^CAD球體密堆積3D插件V2.0版本實現(xiàn)，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(shù)應(yīng)設(shè)定為負(fù)值。截取模型的內(nèi)部區(qū)域作為泡沫金屬模型。 在AutoCAD中將模型導(dǎo)出為SAT文件格式后，可導(dǎo)入COMSOL軟件中，以建立具有連通孔隙結(jié)構(gòu)的泡沫金屬部件。

三維梯度多孔結(jié)構(gòu)（FGM）是一種孔隙率、孔徑等參數(shù)在三維空間內(nèi)呈梯度分布的多孔材料。梯度孔隙結(jié)構(gòu)的研究可優(yōu)化傳熱傳質(zhì)效率，調(diào)控流動路徑，提升能源存儲與材料性能，為復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計提供關(guān)鍵理論支持。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立三維球體梯度孔隙結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行滲流仿真模擬。

水驅(qū)油是一種在石油開采中常用的提高原油采收率的技術(shù)，其原理是通過向油藏中注入水，利用水的壓力將原油從地下巖石的孔隙中推向生產(chǎn)井，從而實現(xiàn)原油的開采。本COMSOL案例介紹在重力作用下多孔介質(zhì)中的水油兩相流模型。

插件介紹CAD隨機(jī)孔隙3D插件可用于在AutoCAD內(nèi)生成超高孔隙率的隨機(jī)孔隙。插件可以指定生成基體的尺寸信息、孔隙分布的區(qū)域、孔隙的類型、尺寸、孔隙率以及孔隙間的間距等信息。生成的孔隙模型可導(dǎo)入COMSOL、ABAQUS、ANSYS、LS-DYNA、Fluent等有限元軟件內(nèi)進(jìn)行模擬計算，也可用于科研領(lǐng)域多孔結(jié)構(gòu)論文圖片的繪制。

以下為處理文獻(xiàn)圖片的處理樣圖： 處理后的文件可進(jìn)行有限元模型的建立，如COMSOL、ANSYS、Abaqus多尺度孔隙結(jié)構(gòu)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(tài)，注冊請聯(lián)系QQ：1135122921。

1、COMSOL井壁周圍環(huán)向應(yīng)力與徑向應(yīng)力 2021年12月17日927本案例考察不同地應(yīng)力下井壁周圍環(huán)向應(yīng)力與徑向應(yīng)力分布，同時考慮孔隙水壓對圍巖應(yīng)力分布影響。comsol后處理中并不能直接得到環(huán)向應(yīng)力與徑向應(yīng)力，需要通過x、y方向應(yīng)力轉(zhuǎn)化得到。具體結(jié)果如下，從圖中可以看到不同的水平、垂直地應(yīng)力大小，會產(chǎn)生不同的應(yīng)力分布。

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。

圖像處理使用帝國理工學(xué)院孔隙尺度模型（PERM）聯(lián)盟提供的開源巖石CT圖像庫中的micro-CT 數(shù)據(jù)，獲得孔隙空間和微觀結(jié)構(gòu)的RAW圖像文件。在Simpleware ScanIP中將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為基于3D體素的幾何結(jié)構(gòu)，為網(wǎng)格劃分做準(zhǔn)備。由于CT掃描通常會產(chǎn)生噪音，此步驟的處理極其復(fù)雜。

插件介紹CAD隨機(jī)孔隙3D插件可用于在AutoCAD內(nèi)生成指定孔隙率的三維長方體幾何實體，形成多孔結(jié)構(gòu)。插件生成的CAD文件可導(dǎo)入Abaqus、Comsol、ANSYS Workbench、LS DYNA等有限元軟件內(nèi)進(jìn)行模擬分析計算。插件可指定帶有微觀隨機(jī)孔隙基體材料的尺寸，可設(shè)置不同的孔隙尺寸及孔隙率的大小。

多孔介質(zhì)是指內(nèi)部含有大量微小孔隙和通道的材料，如巖石、土壤等。在石油工程領(lǐng)域，多孔介質(zhì)中的孔隙為油和水提供了儲存空間和流動路徑。本案例介紹COMSOL相場法進(jìn)行多孔介質(zhì)下的油水兩相驅(qū)替模型。

通過對多孔球的建?？蓪崿F(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，為實驗設(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。