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基于Voronoi圖的方法通過調(diào)整生成點(diǎn)的位置和密度，控制多孔結(jié)構(gòu)的孔隙大小和分布，可用于模擬自然界中的多孔介質(zhì)，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維多孔材料。 首先采用CAD Voronoi 3D插件建立圓柱體試件晶粒模型。

用戶界面如下： 圖2.48 泡沫結(jié)構(gòu)模塊兩種泡沫結(jié)構(gòu)生成流程如下：① 殼泡沫結(jié)構(gòu)生成： 圖2.49 殼泡沫結(jié)構(gòu)生成流程② 實(shí)體泡沫結(jié)構(gòu)生成： 圖2.50 實(shí)體泡沫結(jié)構(gòu)生成流程該模塊可結(jié)合不同的三維幾何Voronoi晶體生成模塊，產(chǎn)生不同類型的泡沫結(jié)構(gòu)，具體示例如下： 圖2.51 不同類型的泡沫結(jié)構(gòu)

用戶界面如下：圖2.48 泡沫結(jié)構(gòu)模塊兩種泡沫結(jié)構(gòu)生成流程如下：① 殼泡沫結(jié)構(gòu)生成：圖2.49 殼泡沫結(jié)構(gòu)生成流程② 實(shí)體泡沫結(jié)構(gòu)生成：圖2.50 實(shí)體泡沫結(jié)構(gòu)生成流程該模塊可結(jié)合不同的三維幾何Voronoi晶體生成模塊，產(chǎn)生不同類型的泡沫結(jié)構(gòu)，具體示例如下：圖2.51 不同類型的泡沫結(jié)構(gòu)2.4.3 周期性網(wǎng)格劃分模塊

插件可用于生成Voronoi和泡沫結(jié)構(gòu)模型，包含二維、三維和離散(背景網(wǎng)格)Voronoi模型生成模塊，所有功能模塊介紹如下：1.

在COMSOL中對(duì)兩種斷裂形式進(jìn)行模擬，模型采用Voronoi泰森多邊形構(gòu)建晶體的晶粒組織，幾何模型采用CAD Voronoi插件進(jìn)行參數(shù)化建模生成。插件采用合理的多邊形約束模式，可使得泰森多邊形晶粒結(jié)構(gòu)生成大小均勻，且可避免存在三角形晶體及角度過小的情況。模型對(duì)晶格及邊界分別定義不同的材料參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)開裂模式上的差異。

泰森多邊形模型通過CAD Voronoi V2.1插件建立，設(shè)置模型參數(shù)后運(yùn)行插件即可在AutoCAD內(nèi)自動(dòng)完成Voronoi的建模。 為了展示兩種不同形態(tài)的晶粒結(jié)構(gòu)，在CAD內(nèi)將圖紙進(jìn)行預(yù)處理，并刪除與建模無關(guān)的圖層內(nèi)容。

材料晶體塑性理論與細(xì)觀尺度上晶體幾何模型相融合的模擬方法為探究材料在塑性變形過程中的行為機(jī)制以及晶體材料優(yōu)化開辟了新途徑。本案例演示在CAD軟件內(nèi)通過Voronoi建立晶體三維模型，并將模型導(dǎo)入到Abaqus CAE內(nèi)，完成晶體材料的有限元建模。

此外，泡沫材料的高能量吸收能力在車輛碰撞等極端情況下尤為重要。它可以通過吸收和分散沖擊力，有效降低乘客所受的沖擊力，減少受傷風(fēng)險(xiǎn)。因此，準(zhǔn)確地對(duì)泡沫材料進(jìn)行建模和仿真分析，對(duì)于優(yōu)化汽車座椅設(shè)計(jì)、提升車輛整體安全性具有重要意義。

首先通過CAD Voronoi插件建立孔隙的幾何模型，該插件是基于蒙特卡洛隨機(jī)生成算法，進(jìn)行隨機(jī)布置控制點(diǎn)，同時(shí)具有控制區(qū)塊尺寸的功能。在CAD中生成相應(yīng)圖形的面域，并將生成的孔隙導(dǎo)出為.sat文件備用。打開ANSYS Workbench，導(dǎo)入事先生成的.sat文件，并進(jìn)行添加矩形，刪掉導(dǎo)入的卵石形實(shí)現(xiàn)二維多孔模型的構(gòu)建：進(jìn)行網(wǎng)格劃分等操作：

因此，本文利用COMSOL有限元軟件，針對(duì)泡沫鋁、鋁合金和碳纖維復(fù)合材料三種材料組合而成的三種常見三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)泡沫鋁進(jìn)行了三維幾何建模和聲學(xué)建模，并對(duì)其傳遞損失進(jìn)行了數(shù)值仿真計(jì)算。分析了不同材料組合對(duì)三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)泡沫鋁隔聲性能的影響。為實(shí)際工程應(yīng)用中三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)泡沫鋁的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了一定的理論基礎(chǔ)。

此類模型中的泡沫胞孔由規(guī)則化幾何體或不規(guī)則幾何體表征，只需要輸入基體材料的力學(xué)參數(shù)，就可以描述細(xì)觀結(jié)構(gòu)的變形行為，主要有kelvin模型，Voronoi模型，CT掃描模型等。本人目前的主要工作即為基于CT的細(xì)觀泡沫模型。 如下圖為目前典型金屬泡沫模型，具體內(nèi)容請(qǐng)查閱相關(guān)綜述。

COMSOL中梯度Voronoi晶粒結(jié)構(gòu)建模，可精準(zhǔn)研究非均勻晶粒對(duì)力學(xué)、熱傳導(dǎo)及失效的多物理場(chǎng)影響，為高性能梯度材料設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，助力航空航天與電子領(lǐng)域應(yīng)用，推動(dòng)微觀-宏觀性能關(guān)聯(lián)研究。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立大小尺寸梯度分布的晶粒結(jié)構(gòu)模型。

在工程和科學(xué)研究中，Voronoi骨架結(jié)構(gòu)幾何模型經(jīng)常被用來模擬多孔材料，也被廣泛應(yīng)用于各種仿真軟件中，以研究材料力學(xué)性能、熱傳導(dǎo)、流體滲透等問題。 ANSYS Workbench內(nèi)建立三維Voronoi骨架幾何模型可以采用CAD泰森多邊形框架3D插件建模后導(dǎo)入到Workbench內(nèi)。

在ANSYS Workbench內(nèi)建立包含晶格及晶格邊界在內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)模型，可用于模擬多種物理現(xiàn)象及材料行為。晶格模型適用于研究微觀尺度下的材料性質(zhì)，以及它們?nèi)绾斡绊懞暧^性能，如進(jìn)行金屬晶體結(jié)構(gòu)建模及斷裂的模擬等。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：生成自然紋理（如蜻蜓翅膀紋理）、地形建模。 路徑規(guī)劃：構(gòu)建避障最短路徑。 生物學(xué)與材料科學(xué)：模擬細(xì)胞結(jié)構(gòu)、晶體生長(zhǎng)。 無線通信：基站信號(hào)覆蓋優(yōu)化。

導(dǎo)入COMSOL 在CAD內(nèi)將Voronoi骨架模型導(dǎo)出為.iges格式，并導(dǎo)入到COMSOL有限元軟件內(nèi)。 模型賦值簡(jiǎn)單的均質(zhì)材料，并通過指定位移的方式進(jìn)行最基本的單軸受壓計(jì)算，應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖。 CAD Voronoi3D下載 建模采用了CAD Voronoi3D插件，可用于生成更為復(fù)雜的幾何模型。

、變晶粒、非等晶材料的幾何建模等。

通過ABAQUS三維晶體塑性有限元建模，深入揭示柱狀晶微觀結(jié)構(gòu)（如晶粒尺寸、取向）與力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)，為鑄造、焊接工藝優(yōu)化提供關(guān)鍵理論依據(jù)，顯著提升材料可靠性與使用壽命。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維晶體結(jié)構(gòu)有限元模型。

建模過程首先采用CAD Voronoi 生成插件 V2版本在AutoCAD內(nèi)進(jìn)行幾何模型的構(gòu)建，并另存為dxf文件導(dǎo)入到comsol軟件內(nèi)。注意導(dǎo)入后需要做一步差集操作以生成Voronoi孔隙形成骨架。進(jìn)入comsol建立模型，指定材料、邊界、網(wǎng)格等，進(jìn)行力學(xué)分析研究。

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。