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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，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。

結果表明：(1)三明治復合結構泡沫鋁的隔聲性能要優于純泡沫鋁，尤其在高頻段(2)三明治復合結構泡沫鋁傳遞損失存在周期性規律，即傳遞損失在低頻段先增后減、中頻段先減后增、高頻段逐漸增大的趨勢。關鍵詞：COMSOL;復合結構;泡沫鋁;傳遞損失;泡沫鋁是一種輕質多孔金屬材料，在其鋁基體中含有不計其數的氣泡[1],且同時呈現出金屬相氣泡特征，是一種應用前景十分廣闊的物理功能性材料。

插件介紹CAD多孔結構3D QSGS插件可用于在AutoCAD軟件內生成三維多孔結構模型，可用于數字巖心、多孔介質、多孔結構等方面的建模及模擬。 插件可指定模型的長度、寬度、高度，可構建任意幾何尺寸三維幾何模型。 多孔結構建模基于四參數隨機生長（QSGS）原理。

多孔結構傳熱模擬涉及對多孔介質內部復雜的熱量傳遞過程進行建模和分析，這類模擬對于優化材料設計、提高能源效率以及解決環境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內建立全連通多孔結構幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進行多孔結構的傳熱仿真模擬。

此項提出了一種新的兩步拓撲優化框架來設計二維隨機多孔結構。 在第一步中，基于順應性最小化（或剛度最大化）進行拓撲優化，以獲得均勻的材料密度分布。在第二步中，開發了一種新的去均質方法，將均質材料轉化為隨機多孔結構。通過幾個算例驗證了該方法的有效性。由于采用隨機材料和相關的密度約束，與由固體材料制成的優化結構相比，優化的多孔結構表現出更高的順應性。

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。

多孔結構廣泛應用于過濾、催化、能量吸收等領域。基于Voronoi圖的方法通過調整生成點的位置和密度，控制多孔結構的孔隙大小和分布，可用于模擬自然界中的多孔介質，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內建立三維多孔材料。

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。

ANSYS多孔結構板等效應力分析結果可看出，CAD Voronoi插件建立的曲邊多孔結構板，可有效避免孔洞處的應力集中現象，在滿足結構功能的前提下對于提高結構承載力及使用壽命，防止疲勞破壞等方面有借鑒意義。

下載地址：多孔固體結構與性能第2版

多孔球結構在催化、吸附及能源存儲等領域應用廣泛。通過對多孔球的建模可實現孔隙結構精準調控，揭示傳質-反應耦合機制，優化材料性能。仿真可預測流體動力學行為及反應效率，為實驗設計提供理論指導，推動多孔材料在環境、能源等領域的創新應用。本案例介紹在COMSOL內建立多孔球結構模型。

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。

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。

三維多孔結構廣泛存在于材料科學、生物醫學工程、土木工程等領域，如泡沫金屬、骨組織、過濾介質等，通過ANSYS Workbench對三維多孔結構進行有限元模擬，是對其進行性能分析的有效手段。

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。

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。

軟件更新 AbyssFish單連通周期邊界多孔結構2D軟件 V2.0（以下簡稱軟件）新增顆粒雙軸尺寸及顆粒走向控制功能，可實現各向異性多孔結構模型建立。

功能梯度多孔材料（FGM）通過梯度調控孔隙率，實現力學性能的連續分布，其彈性模量、強度等呈均勻變化。通過建立梯度多孔結構有限元模型，解析梯度參數對應力場及失效機制的影響，突破傳統試驗限制，優化設計。該研究對航空熱防護及生物醫用仿生植入體等功能化結構具有重要價值。

圖2.6 原鋼制前防撞梁系統100%重疊剛性墻低速碰撞能量時間曲線3、鋁合金前防撞橫梁的結構確定 鋁合金橫梁截面形狀采用中空加強筋結構能兼顧質量、成本和性能，此次研究使用軟件一共快速分析了12種截面形狀。