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ABAQUS二維隨機(jī)多孔結(jié)構(gòu)建模，可有效表征孔隙隨機(jī)分布與連通特性，結(jié)合有限元方法精確模擬在復(fù)雜載荷下的力學(xué)響應(yīng)與損傷演化過程，或進(jìn)行孔隙區(qū)域內(nèi)的流體模擬滲流分析。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立隨機(jī)分布的多孔結(jié)構(gòu)二維模型。

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（QSGS）原理。

可將生成的模型創(chuàng)建網(wǎng)格部件后刪除孔隙單元來實(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。

CAD Voronoi插件采用參數(shù)化建模方式，根據(jù)設(shè)定參數(shù)隨機(jī)生成模型草圖，如對(duì)草圖生成不滿意可重新生成一份，或在原圖基礎(chǔ)上進(jìn)行手動(dòng)微調(diào)。 隨機(jī)多孔板的建模參數(shù)如下，CAD內(nèi)通過實(shí)體-拉伸生成板的厚度為10 mm，建模完成后將多孔板導(dǎo)出為.sat格式備用。

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)傳熱模擬涉及對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)部復(fù)雜的熱量傳遞過程進(jìn)行建模和分析，這類模擬對(duì)于優(yōu)化材料設(shè)計(jì)、提高能源效率以及解決環(huán)境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立全連通多孔結(jié)構(gòu)幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進(jìn)行多孔結(jié)構(gòu)的傳熱仿真模擬。

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)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。

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。

通過將表達(dá)式（1）與Simcenter STAR-CCM+中多孔介質(zhì)中的壓降（2）聯(lián)立求解，我們可以導(dǎo)出模擬中使用的多孔系數(shù)的值；為了簡單起見，我們可以將多孔粘性系數(shù)Pv設(shè)置為零，并僅使用多孔慣性系數(shù)Pi來對(duì)閥門行為進(jìn)行建模。

微觀多孔介質(zhì)流體微觀多孔介質(zhì)廣泛存在于巖石、土層等流體介質(zhì)之中，這使得流體穿過存在復(fù)雜性，滲流的微觀結(jié)構(gòu)決定其宏觀現(xiàn)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(zhì)的模型重構(gòu)。

此項(xiàng)提出了一種新的兩步拓?fù)鋬?yōu)化框架來設(shè)計(jì)二維隨機(jī)多孔結(jié)構(gòu)。 在第一步中，基于順應(yīng)性最小化（或剛度最大化）進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，以獲得均勻的材料密度分布。在第二步中，開發(fā)了一種新的去均質(zhì)方法，將均質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為隨機(jī)多孔結(jié)構(gòu)。通過幾個(gè)算例驗(yàn)證了該方法的有效性。由于采用隨機(jī)材料和相關(guān)的密度約束，與由固體材料制成的優(yōu)化結(jié)構(gòu)相比，優(yōu)化的多孔結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更高的順應(yīng)性。

駕駛員位置的自由場和安裝的聲音水平 Simcenter 3D 現(xiàn)在還支持具有異質(zhì)流體結(jié)構(gòu)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(shí)的多孔材料，而機(jī)艙的其余部分則以常規(guī)的空氣流為模型。

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)格難以劃分的問題，使得模型構(gòu)建更加簡單，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，售價(jià)為單機(jī)許可的價(jià)格，購買后請(qǐng)聯(lián)系QQ：1135122921獲取許可證。

下載地址：多孔固體結(jié)構(gòu)與性能第2版

通過采用周期性邊界條件，研究者可以高效地分析無限大或非常大的多孔材料中的局部行為，而無需對(duì)整個(gè)體積進(jìn)行完全建模。 模型的建立采用AbyssFish單連通周期邊界多孔結(jié)構(gòu)2D軟件生成多孔結(jié)構(gòu)圖像文件。

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。

根據(jù)模擬需求，可對(duì)多孔結(jié)構(gòu)部件設(shè)定相應(yīng)的材料屬性。 此外，還需根據(jù)模擬要求完成網(wǎng)格劃分，以確保分析的精確性與計(jì)算效率。

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)。

功能梯度多孔材料（FGM）通過梯度調(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。