移動(dòng)荷載與熱源的案例
高斯移動(dòng)熱源——workbench中雙熱源的加載 ￥29
高斯移動(dòng)熱源——workbench中雙熱源的加載
作者：范文哲（fwz0703@163.com，公眾號(hào)：CAE_ANSYS）
上次我們看了一下移動(dòng)熱源的加載方式，請(qǐng)查看《金龍盤玉柱，高斯熱源游----Workbench中移動(dòng)熱源的加載方法》https://www.yqgqt.org.cn/content/post/442599.后面有工程師咨詢，如何加載雙熱源或者多熱源的問題，下面就關(guān)心的問題簡單描述一下.
首先該移動(dòng)熱源為高斯熱源，即點(diǎn)熱源，熱量是以中心點(diǎn)向四周擴(kuò)散，呈現(xiàn)球狀熱量，對(duì)應(yīng)平面就是圓環(huán)熱源。然后該熱源不停的向前移動(dòng)，則該熱源生產(chǎn)的溫度結(jié)果就成為了彗星狀的溫度結(jié)果，猶如拖著一個(gè)長長的尾巴，如圖所示.
那么如何加載雙點(diǎn)熱源呢，我們先明確加載熱源的方式，我們先將需要加載的面命名成A1，表示將該面的所有節(jié)點(diǎn)提取出來了，生成的名稱為A1的節(jié)點(diǎn)集合，而后面加載熱源我們通過命令的方式加載
SF,A1,HFLUX, %FLUX01%
表示在A1面上加載熱通量Flux，加載的大小是隨著時(shí)間和位置不斷變化的一個(gè)方程，該方程通過經(jīng)典界面的方程對(duì)話框設(shè)置并后面導(dǎo)出。所以為一個(gè)移動(dòng)的熱源，表示熱源隨著時(shí)間在移動(dòng)。那么我們?nèi)绻谕粋€(gè)面上直接加載第二個(gè)熱源命令，
SF,A1,HFLUX, %FLUX02%
結(jié)果就會(huì)出錯(cuò)，沒有第一個(gè)熱源的移動(dòng)，為什么會(huì)這樣呢？
這個(gè)主要原因其實(shí)和軟件以及個(gè)人理解相關(guān)，在ANSYS中，同一個(gè)元素（點(diǎn)、線、面）加載載荷，后面的會(huì)替換前面的，除非不同的元素。在此第一個(gè)面加載熱源后，后面的熱源加載方式會(huì)覆蓋第一次的加載結(jié)果，從而導(dǎo)致第一次熱源消失。這相當(dāng)于第一次的加載條件被替換刪除。
展開 移動(dòng)的激光熱源加熱及熱形變仿真（COMSOL) ￥25
本貼以激光加熱為例，模擬高斯分布熱源勻速經(jīng)過兩塊金屬體接縫處的場景。本例還適用于激光加熱，粒子轟擊加熱等以移動(dòng)的高斯熱源加熱的場景。</strong></p><p> 本例使用激光功率500W，熱源移動(dòng)速度10mm/s，焊接使用兩塊不銹鋼板。</p><p> 仿真主要流程就是：</p><p>1：定義激光熱源；</p><p>2：定義激光熱源行走路徑；</p><p>3：導(dǎo)入幾何</p><p>4：添加材料；</p><p>5：物理場設(shè)置，包含固體傳熱和固體力學(xué)；</p><p>6：網(wǎng)格劃分；</p><p>7：研究設(shè)置</p><p>8：后處理。結(jié)果可看熔深大小，焊接熱變形，激光行走過程等溫面分布等。</p><p>相關(guān)結(jié)果如下圖：</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202404/attachment/d54c29f7a4594311aa172be6a7a61367.gif" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202404/attachment/d54c29f7a4594311aa172be6a7a61367.gif" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202404/attachment/d54c29f7a4594311aa172be6a7a61367.gif?
展開 移動(dòng)熱源的模擬
做一熱源在一平板上運(yùn)動(dòng)時(shí)的傳熱。
設(shè)定方法，只需要在PHYSICs設(shè)定
在meshing&geometry下設(shè)定運(yùn)動(dòng)
PREPIN文件：
prepin.txt_(v10.rar
ANSYS Workbench移動(dòng)熱源施加
本篇博文主要介紹如何在ANSYS
WORKBENCH里面如何施加移動(dòng)熱源，本人也是通過借鑒網(wǎng)上資料、論壇和請(qǐng)教交流，做出的一個(gè)移動(dòng)熱源初級(jí)實(shí)例。
1.問題描述
如下圖所示，尺寸為0.1x0.1x0.005m長方體，在長方體中間沿著Y方向施加一個(gè)移動(dòng)熱源，熱源的速度為0.1m/s，熱源為熱流密度，值為時(shí)間位移函數(shù)，如下圖所示。
其中Q=4e7w/m2；R=0.005m；v=0.01m/s。
2.分析思路
（1）首先在APDL經(jīng)典界面施加創(chuàng)建高斯熱源函數(shù)的命令流；
（2）在WB中創(chuàng)建瞬態(tài)分析模塊，創(chuàng)建有限元模型；
（3）將APDL命令流插入到WB中；
（4）計(jì)算求解查看后處理。
3.步驟
（1）創(chuàng)建高斯熱源函數(shù)命令流
打開ANSYS經(jīng)典界面，在函數(shù)編輯器下創(chuàng)建如下函數(shù)：
4e7*exp(-3*(({X}-0.05)^2+({Y}-0.01*{TIME})^2)/0.005^2)
如下圖所示：
完成好函數(shù)輸入之后，保存函數(shù)；然后讀入剛剛保存的函數(shù)，命名為HFLUX，如下圖所示：
到此，高斯熱源函數(shù)即完成創(chuàng)建，只需要將以上操作的命令流提取出來即可，命令流件文章末尾。
（2）在WB中創(chuàng)建瞬態(tài)熱分析模塊，創(chuàng)建幾何模型、材料屬性和劃分網(wǎng)格，注意中間的網(wǎng)格要細(xì)化，如下圖所示：
在幾何體上表面創(chuàng)建一個(gè)Named Selection，命名為A1，如下圖所示：
求解設(shè)置，設(shè)置仿真時(shí)間為10s，子步為50，如下圖所示；
創(chuàng)建對(duì)流換熱，選擇除上表面之外的其余5個(gè)面。
（3）插入命令流。
展開 
移動(dòng)面熱源
熱源公式已知，去讓熱源移動(dòng)起來
移動(dòng)熱源加載
請(qǐng)問大家移動(dòng)熱源加載可以用gui操作加載嗎？
Moving heat 高斯移動(dòng)熱源插件及簡介 ￥20
Moving Heat Energy Source
該ACT擴(kuò)展模型對(duì)高斯熱源的計(jì)算公式如下:
E=熱能；
C1 =光束半徑；
C2 =功率強(qiáng)度；
AC=吸收系數(shù)；
(x0,y0,z0) =從“起點(diǎn)”到“路徑”距離“v x t”處熱流中心的瞬時(shí)位置；
v =熱源移動(dòng)速度；
t =時(shí)間。
四、應(yīng)用釋義：
右鍵單擊分析系統(tǒng)，插入“‘Moving Heat Flux”。
Face：物體的“面”，移動(dòng)的熱流將施加在其上；
Path：移動(dòng)熱源的路徑。可以是物體表面的任何邊緣；
Start Point：移動(dòng)熱源的“起點(diǎn)”。這是“路徑”的邊的兩個(gè)端點(diǎn)之一；
Index:移動(dòng)熱源的唯一id。對(duì)于不同的移動(dòng)熱源，有不同的index很重要；
First Patch:移動(dòng)的熱流是否第一個(gè)被激活，這將是最小的開始時(shí)間；
Last Patch:移動(dòng)的熱流是否最后被激活的標(biāo)志，這是最長的開始時(shí)間；
Velocity:熱流源的速度；
Radius of the beam:熱源半徑；
Source Power Intensity:熱源的強(qiáng)度；
Start Time:移動(dòng)熱源的啟動(dòng)時(shí)間；
End Time:移動(dòng)熱源的結(jié)束時(shí)間；
Number of Segments：將路徑在等距離點(diǎn)分割，將作為移動(dòng)的熱流的中心；
Minimum Steps for Cooling Phase:用戶可以設(shè)置總的分析時(shí)間大于“結(jié)束時(shí)間”，從而可以同時(shí)進(jìn)行冷卻基板。
Material Removal：材料移除是否被激活。
Melting Temperature:單元被移除時(shí)的平均溫度。
注意：這兩者只在“Last Patch”被激活時(shí)才能使用！
展開 COMSOL移動(dòng)高斯熱源
1、模型介紹
高斯移動(dòng)熱源常常用于描述焊接過程中的熱源分布。
ANSYS workbench 添加高斯移動(dòng)熱源需要利用APDL語言編程，COMSOL則可以直接輸入相應(yīng)公式，相對(duì)來說比較方便一些。
高斯移動(dòng)熱源加熱鋼板（長×寬×高：0.1m×0.1m×0.05m），鋼板采用COMSOL軟件自帶材料參數(shù)。加熱過程中其他邊界采用自然對(duì)流散熱邊界條件，分析了加熱過程中鋼板的溫度分布以及應(yīng)力分布。
模型結(jié)構(gòu)
高斯熱源公式
軟件中直接輸入公式
2、網(wǎng)格繪制
對(duì)移動(dòng)路徑進(jìn)行網(wǎng)格適當(dāng)加密，保證路徑溫度以及應(yīng)力分布的準(zhǔn)確。
網(wǎng)格
3、求解結(jié)果
溫度分布
熱應(yīng)力分布
大家有興趣的可以用workbench試一下！workbench以及ABAQUS可以考慮焊接過程中生死單元，從而對(duì)焊接進(jìn)行更加精準(zhǔn)的仿真，目前COMSOL應(yīng)該還不能做（最起碼自己還不了解）。
參考鏈接：
http://blog.sina.com.cn/s/blog_9e19c10b0102wg0d.html
http://blog.sina.com.cn/s/blog_c5ca9b4d0102xca8.html
更多案例請(qǐng)關(guān)注：iCAE工作室
展開 Abaqus雙橢圓模型焊接移動(dòng)熱源模擬 ￥39
最近在做焊接方面的研究，在此分享一個(gè)焊接移動(dòng)熱源模擬的案例供大家參考。
1，創(chuàng)建焊接工件，尺寸為100*50*5（單位mm）。
2，工件材料選用AISI1045鋼，材料參數(shù)來源：https://www.matweb.com。abaqus仿真過程中一定注意各參數(shù)單位制統(tǒng)一。
3，焊接熱源采用雙橢圓模型[1]，公式及圖像如下圖所示。該模型將焊接熱源假設(shè)為橢圓球形，并且前后兩部分可分別采用不同的橢圓表示。其中a,b,c分別代表橢圓球形x,y,z三個(gè)方向的特征長度，其數(shù)值根據(jù)焊接熔池的尺寸確定。本案例中采用a=4mm,b=4mm,熔池前半部分橢圓cf=2mm,后半部分cr=5mm。ff和fr為熱源前后兩部分所占輸入能量的比例，應(yīng)保證其和等于2，本案例中采用0.4和1.6。Q為熱源輸入的功率。
4，仿真結(jié)果
熱流向量
溫度
展開 Workbench的焊接模擬過程（高斯移動(dòng)熱源）
網(wǎng)格劃分
對(duì)加熱的表面named selection為A1、A2，因?yàn)楹竺娴母咚?em>熱源加載采用的是APDL，為后面加高斯熱源作準(zhǔn)備。
加載熱源面
設(shè)置好瞬態(tài)熱分析的步長和對(duì)流條件，插入Command定義高斯熱源。
*DEL,_FNCNAME
*DEL,_FNCMTID
*DEL,_FNC_C1
*DEL,_FNC_C2
*DEL,_FNC_C3
*DEL,_FNCCSYS
*SET,_FNCNAME,'GAOSI'
*DIM,_FNC_C1,,1
*DIM,_FNC_C2,,1
*DIM,_FNC_C3,,1
*SET,_FNC_C1(1),2000
*SET,_FNC_C2(1),0.01
*SET,_FNC_C3(1),0.007
*SET,_FNCCSYS,0
! /INPUT,HANJIE.func,,,1
*DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,19,1,,,,%_FNCCSYS%
!
展開 視頻教程 | 雙移動(dòng)熱源模型計(jì)算
本視頻為斯姆勒技術(shù)專家寧老師自制
僅供學(xué)習(xí)
模型為：尺寸0.1x0.1x0.005m長方體，在長方體中間沿著Y方向施加一個(gè)移動(dòng)熱源，熱源的速度為0.01m/s，熱源為熱流密度，值為時(shí)間位移函數(shù)
視頻如下
經(jīng)典案例模擬2-雙絲焊接移動(dòng)熱源模擬
本人長期從事ABAQUS軟件仿真模擬，擅長平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺(tái)柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發(fā)（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應(yīng)力強(qiáng)度因子、J積分等），裂紋擴(kuò)展（XFEM擴(kuò)展有限元、cohesive element、cohesive surface、debond），水化熱（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等），復(fù)合材料固化（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等)，粉末燒結(jié)模擬（基于子程序），蠕變，彈塑性變形模擬，常規(guī)熱力耦合等。
本人只研究ABAQUS一個(gè)軟件，因此對(duì)軟件認(rèn)識(shí)比較深入，對(duì)于ABAQUS軟件數(shù)值模擬非常有經(jīng)驗(yàn)，目前已經(jīng)完成有2000+的模擬案例。
如若有技術(shù)支持需要，可聯(lián)系我QQ 284589695。技術(shù)服務(wù)會(huì)適當(dāng)收費(fèi)，希望理解。
展開 ANSYS經(jīng)典中使用APDL語言施加移動(dòng)高斯熱源
我們將這段代碼復(fù)制下來，放在自己的代碼里，在每一步熱源加載時(shí)都調(diào)用，就實(shí)現(xiàn)了任意熱源函數(shù)的定義
那么，如何調(diào)整輸入?yún)?shù)呢，我們注意到生成的這段代碼里面的*Set,_FNC_C1(1),qmx，這句話就是定義了生成的參數(shù)的大小，通過修改這里的qmx的值，我們可以定義熱源函數(shù)的功率，通過修改r的值，我們可以修改熱源函數(shù)的半徑。
那么現(xiàn)在我們生成了不動(dòng)的熱源函數(shù)，那么如何實(shí)現(xiàn)熱源函數(shù)的移動(dòng)呢？有兩種方法，一種是定義一個(gè)隨時(shí)間變化的函數(shù)，比如我們的熱源沿X方向移動(dòng)，那么我就在上面的X項(xiàng)中插入一項(xiàng)V*Time，這樣這個(gè)熱源函數(shù)就會(huì)是一個(gè)隨X方向變化的熱源函數(shù)了。
但是顯然，這樣只適合單道焊接或熔覆，如果你的掃描路徑很復(fù)雜，或者是Z字形或涉及到多道焊或熔覆，那么這樣寫起來的代碼可能需要花一點(diǎn)心思定義熱源函數(shù)，我一般采用的是第二種方法，即定義局部坐標(biāo)系的方法。我們定義一個(gè)局部坐標(biāo)系11，并寫一個(gè)循環(huán)，讓這個(gè)循環(huán)中11的坐標(biāo)原點(diǎn)不斷變化，而熱源函數(shù)保持不變，而熱源函數(shù)是施加在局部坐標(biāo)系中的，因?yàn)榫植孔鴺?biāo)系相對(duì)于全局坐標(biāo)系的位置在不斷變化，那么相應(yīng)地也就實(shí)現(xiàn)了熱源函數(shù)在全局坐標(biāo)系中的不斷變化了。
展開 abaqus焊接移動(dòng)熱源模擬 ￥10
本案例講述了一個(gè)關(guān)于：熱通量15W/m^2、焊接速度3.33mm/min、熱效率0.87、熱圓半經(jīng)2mm的移動(dòng)熱源案例。
workbench移動(dòng)熱源插件實(shí)例 ￥20
目前ansys計(jì)算移動(dòng)熱源通常是基于APDL編寫移動(dòng)熱源命令，對(duì)大多數(shù)朋友來說，操作和使用門檻太高了。于是找到一個(gè)workbench中移動(dòng)熱源的插件，可以直接基于Mechanical中幾何模型定義移動(dòng)熱源。
插件支持workbench17.0及以上版本，支持Moving Heat Flux和Moving Heat Energy的輸入，支持一條焊縫或多條焊縫熱源輸入。
附件含測試案例（workbench2019R1版本），移動(dòng)熱源插件，以及插件的help。歡迎拿走。
