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下載地址：多孔固體結(jié)構(gòu)與性能第2版

在第一步中，定制了傳統(tǒng)的基于SIMP（Solid isotropic material with penalisation，固體各向同性材料懲罰模型）的拓?fù)鋬?yōu)化方法，從而可以獲得由固體、空隙和多孔材料組成的優(yōu)化的均質(zhì)結(jié)構(gòu)。第二步使用基于Voronoi結(jié)構(gòu)的技術(shù)來(lái)基于來(lái)自第一步的優(yōu)化密度分布生成隨機(jī)多孔結(jié)構(gòu)。注意，在第二步中，多孔結(jié)構(gòu)的體積由單個(gè)參數(shù)（即，單元偏移距離t c ）確定。

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。 添加固體傳熱瞬態(tài)研究，模型左側(cè)設(shè)置熱源，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 進(jìn)行計(jì)算查看多孔結(jié)構(gòu)傳熱模擬結(jié)果

插件介紹CAD多孔結(jié)構(gòu)3D QSGS插件可用于在AutoCAD軟件內(nèi)生成三維多孔結(jié)構(gòu)模型，可用于數(shù)字巖心、多孔介質(zhì)、多孔結(jié)構(gòu)等方面的建模及模擬。 插件可指定模型的長(zhǎng)度、寬度、高度，可構(gòu)建任意幾何尺寸三維幾何模型。 多孔結(jié)構(gòu)建模基于四參數(shù)隨機(jī)生長(zhǎng)（QSGS）原理。

基于不同材料的單元映射算法，解決了多孔結(jié)構(gòu)這種復(fù)雜部件網(wǎng)格難以劃分的問(wèn)題，使得模型構(gòu)建更加簡(jiǎn)單，也極大降低了三維多孔結(jié)構(gòu)、孔隙介質(zhì)等模型模擬中的計(jì)算量。 說(shuō)明提醒插件可運(yùn)行在WindowsXP、7、8、10、11系統(tǒng)上，支持Abaqus2018~2023及以上版本。插件需要注冊(cè)，售價(jià)為單機(jī)許可的價(jià)格，購(gòu)買后請(qǐng)聯(lián)系QQ：1135122921獲取許可證。

ANSYS多孔結(jié)構(gòu)板等效應(yīng)力分析結(jié)果可看出，CAD Voronoi插件建立的曲邊多孔結(jié)構(gòu)板，可有效避免孔洞處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，在滿足結(jié)構(gòu)功能的前提下對(duì)于提高結(jié)構(gòu)承載力及使用壽命，防止疲勞破壞等方面有借鑒意義。

多孔球結(jié)構(gòu)在催化、吸附及能源存儲(chǔ)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。通過(guò)對(duì)多孔球的建模可實(shí)現(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(cè)流體動(dòng)力學(xué)行為及反應(yīng)效率，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)，推動(dòng)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。

多孔結(jié)構(gòu)模型采用單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件參數(shù)化生成，模型為png格式的圖片文件。 采用CAD圖像導(dǎo)入插件將多孔結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入到AutoCAD內(nèi)轉(zhuǎn)換為CAD文件。 將CAD文件進(jìn)行面域生成預(yù)處理后導(dǎo)出為iges格式文件，并導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)建立部件。

可將生成的模型創(chuàng)建網(wǎng)格部件后刪除孔隙單元來(lái)實(shí)現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)并進(jìn)行模擬分析。以下為多孔結(jié)構(gòu)的軸心受壓應(yīng)力及位移模擬結(jié)果。 適用版本 插件可運(yùn)行在Windows10、11系統(tǒng)上，支持Abaqus2024及以上版本。

多孔結(jié)構(gòu)由于其復(fù)雜的幾何形態(tài)和分布特性，使得其力學(xué)行為難以用傳統(tǒng)方法精確描述。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立單連通域多孔結(jié)構(gòu)模型，并研究其復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變分布以及變形模式。 本案例中多孔結(jié)構(gòu)模型采用AbyssFish單連通域周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件V1.0隨機(jī)生成，模型也可采用照片或掃描圖。

多孔結(jié)構(gòu)由孔隙及固相所組成，在建筑結(jié)構(gòu)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，多孔材料的力學(xué)性能對(duì)其應(yīng)用場(chǎng)景至關(guān)重要。本案例采用CAD隨機(jī)球體插件專業(yè)版建立三維多孔結(jié)構(gòu)圓柱體模型，并將模型導(dǎo)入到ABAQUS內(nèi)進(jìn)行力學(xué)模擬，分析多孔材料在軸向壓力作用下的破壞特征。

三維多孔結(jié)構(gòu)廣泛存在于材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、土木工程等領(lǐng)域，如泡沫金屬、骨組織、過(guò)濾介質(zhì)等，通過(guò)ANSYS Workbench對(duì)三維多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬，是對(duì)其進(jìn)行性能分析的有效手段。

功能梯度多孔材料（FGM）通過(guò)梯度調(diào)控孔隙率，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能的連續(xù)分布，其彈性模量、強(qiáng)度等呈均勻變化。通過(guò)建立梯度多孔結(jié)構(gòu)有限元模型，解析梯度參數(shù)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)及失效機(jī)制的影響，突破傳統(tǒng)試驗(yàn)限制，優(yōu)化設(shè)計(jì)。該研究對(duì)航空熱防護(hù)及生物醫(yī)用仿生植入體等功能化結(jié)構(gòu)具有重要價(jià)值。

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(dòng)路徑，提升能源存儲(chǔ)與材料性能，為復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。

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

圖1.多孔固體的類別和所選功能匯總圖十年磨一劍在過(guò)去的10年中，除了MOF，COF和多孔聚合物網(wǎng)絡(luò)外，還出現(xiàn)了其他種類的分子多孔固體，例如具有固有微孔性的聚合物和多孔有機(jī)籠。因此，多孔固體的可能功能范圍比以前寬得多。例如，共軛微孔聚合物和某些COF具有延伸的共軛結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在沸石或MOF中不存在，并導(dǎo)致形成多孔有機(jī)光催化劑和電子材料。

在鋰離子電池研究中，利用COMSOL進(jìn)行多孔顆粒夾雜電流計(jì)算模擬多孔顆粒中的電流分布情況，可以深入了解材料內(nèi)部的電傳輸機(jī)制。這對(duì)于設(shè)計(jì)高性能電池、超級(jí)電容器等能量存儲(chǔ)設(shè)備至關(guān)重要。本案例中建立球形多孔結(jié)構(gòu)（或顆粒夾雜）模型，并通過(guò)COMSOL研究在包含非導(dǎo)電顆粒夾雜的電解質(zhì)中電流分布情況。

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(nèi)，采用AbyssFish CT2Model 3D V1.0插件對(duì)CT斷層掃描文件在Abaqus內(nèi)進(jìn)行多孔結(jié)構(gòu)的三維重建。

在ANSYS Workbench內(nèi)建立隨機(jī)圓形多孔結(jié)構(gòu)模型可采用CAD隨機(jī)圓形骨料插件建模后將模型導(dǎo)入。 在插件內(nèi)設(shè)置好模型參數(shù)后運(yùn)行，插件會(huì)自動(dòng)完成CAD多孔結(jié)構(gòu)模型的建立，將模型生成面域并導(dǎo)出為IGES格式文件。

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(jié)構(gòu)的先進(jìn)工程材料。該材料融合了金屬與泡沫材料的特性優(yōu)勢(shì)，形成了獨(dú)特的物理和力學(xué)性能，因而被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。本案例旨在描述如何在COMSOL軟件中構(gòu)建具有連通孔隙結(jié)構(gòu)特征的三維泡沫金屬模型。