熱源
關(guān)注創(chuàng)建者：Here 。 創(chuàng)建時間：2021-03-16
熱源的視頻教程
高斯移動熱源——workbench中雙熱源的加載
如何加載雙熱源或者多熱源的問題，從幾何模型到結(jié)果提取以及中間錯誤的處理方法包括以下 內(nèi)容 幾何模型的建立 網(wǎng)格劃分和邊界條件講解 熱源加載方程講解 熱源命令生成方法講解 單熱源計算 雙熱源計算
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基于ANSYS Workbench2023R1 移動熱源插件 進(jìn)行螺旋移動熱源加載 前兩個是熱源和熱應(yīng)力視頻 第一章節(jié)是移動熱源， 第二章節(jié)是移動熱源、瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析。 附件為移動插件，應(yīng)用于2017版本之上。
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組合熱源子程序，面熱源子程序，體熱源子程序，圓柱型和錐型攪拌針熱源編寫 附件是子程序。 有問題私信，看到會第一時間回復(fù)，
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熱源的實(shí)例教程
高斯移動熱源——workbench中雙熱源的加載
作者：范文哲（fwz0703@163.com，公眾號：CAE_ANSYS）
上次我們看了一下移動熱源的加載方式，請查看《金龍盤玉柱，高斯熱源游----Workbench中移動熱源的加載方法》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，對應(yīng)平面就是圓環(huán)熱源。然后該熱源不停的向前移動，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間和位置不斷變化的一個方程，該方程通過經(jīng)典界面的方程對話框設(shè)置并后面導(dǎo)出。所以為一個移動的熱源，表示熱源隨著時間在移動。那么我們?nèi)绻谕粋€面上直接加載第二個熱源命令，
SF,A1,HFLUX, %FLUX02%
結(jié)果就會出錯，沒有第一個熱源的移動，為什么會這樣呢？
這個主要原因其實(shí)和軟件以及個人理解相關(guān)，在ANSYS中，同一個元素（點(diǎn)、線、面）加載載荷，后面的會替換前面的，除非不同的元素。在此第一個面加載熱源后，后面的熱源加載方式會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 焊接模擬各種熱源公式.docx
含有 高斯 雙橢球 旋轉(zhuǎn)高斯曲面熱源 高斯圓柱，熱流密度分布均勻的高斯柱體熱源 的熱源公式。
1.高斯熱源公式的建立
高斯熱源本質(zhì)就是熱源的分布呈正態(tài)分布，如果理解二維正態(tài)分布的話就很容易理解三維的正態(tài)分布，如下圖，熱源其實(shí)就是一個中心高，然后沿著等半徑往外逐漸降低，通過中心的任意切面就是一個二維的正態(tài)分布曲線圍成的面。
將高斯熱源的溫度分布用公式表達(dá)為下式：
其中q為熱流密度，Q為高斯分布下的最大熱流密度，R是距熱源中心的距離，r是熱源的半徑，下面以一個長寬均為0.1m，厚度為0.004m板的焊接為例來說明高斯熱源的加載方法。
從上圖可見，熱源要加載的面是板的上表面，焊接方向是沿著y方向，板厚方向?yàn)閦向，熱源加載的初始點(diǎn)的坐標(biāo)為（0.05,0,0.004），那么根據(jù)高斯熱源的熱流密度表達(dá)公式可知，在初始加載位置的熱流密度分布可以用下式表達(dá)：
剛才說明過R為距熱源中心的距離，那么上式中R^2=(x-0.05)^2+(y-0)^2，為中學(xué)學(xué)過的兩點(diǎn)之間的距離公式，為何里面不涉及到z坐標(biāo)呢？是因?yàn)?em>熱源加載的面是板的上表面，其實(shí)已經(jīng)暗含z的坐標(biāo)就是固定的了，所施加的是一個xoy面內(nèi)熱源分布，所以與z坐標(biāo)無關(guān)。
那么接下來就是如何實(shí)現(xiàn)熱源移動的問題了，熱源移動肯定是與速度有關(guān)，速度為0自然就是靜態(tài)的熱源分布，速度大于0才是一個移動的熱源，那么與速度有關(guān)就是等效地說與時間有關(guān)，在ANSYS中時間{TIME}正好是一個變量，所以如何在公式中體現(xiàn)呢？
展開 傳熱方程中有個熱源項(xiàng)，那是一個函數(shù)。SYSWELD將之視為熱能密度分布函數(shù)，它的全域積分就是總能量輸入。
很顯然，不同焊接方法，熱流密度分布函數(shù)都不一樣。激光柱、電子束柱形狀類似柱面，而埋弧焊類似橢球。由于這種形似，就可以使用數(shù)學(xué)函數(shù)來描述熱源。
2. 高斯熱源
上文提到了利用數(shù)學(xué)函數(shù)描述熱源的基本原理，詳細(xì)資料參見《焊接熱過程與熔池形態(tài)(武傳松 山東大學(xué) 2008 )》第二章的內(nèi)容。
這本書的2.4.1節(jié)給出了高斯熱源的形式，這里把它編寫成SYSWELD可以識別的函數(shù)形式，以它為例，描述SYSWELD熱源的開發(fā)過程。
3. 熱源描述
熱源斑點(diǎn)：電弧傳給焊件的熱能中，有95%落在以rH為半徑的加熱斑點(diǎn)內(nèi)。在加熱斑點(diǎn)上熱流的分布，一般近似用高斯函數(shù)描述。
這就是熱源的數(shù)學(xué)函數(shù)形式，SYSWELD熱源開發(fā)要做的，就是用FORTRAN描述它，讓SYSWELD在求解過程中調(diào)用。
1. SYSWELD對熱源的處理
x0，y0，z0 表示熱源中心在由焊接線和參考線確定的局部坐標(biāo)系(以焊接線開始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，焊接線指向參考線方向?yàn)閤0，沿著焊接線方向?yàn)閥0，右手定則確定z0軸)中的坐標(biāo)。
ay 熱源進(jìn)入方向是沿著z0軸的反方向，ay是熱源進(jìn)入方向沿著y0軸旋轉(zhuǎn)的角度，順時針為正。假設(shè)不旋轉(zhuǎn)。
參考線、焊接線都是在前處理（畫圖）過程中指定的。
SYSWELD會將熱源作上述處理，像這樣：
因此要編寫熱源，絕對坐標(biāo)x、y、z和絕不坐標(biāo)x0、y0、z0的關(guān)系一定要搞清楚，這是高中課本坐標(biāo)平移部分的內(nèi)容，不會的需要回去補(bǔ)習(xí)。
熱原函數(shù)的基本形式是這樣的（注意已經(jīng)寫成了fortran格式）：
F = Q0 * EXP( - R^2 / R0^2 )
現(xiàn)在要做的就是怎么讓這個函數(shù)沿著y0軸移動。
如下圖所示的這個點(diǎn)，它的熱載荷是多少呢？
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ABAQUS仿真平臺不僅支持豐富的前后處理二次開發(fā)，還提供了多樣的計算程序自定義接口，例如可通過DFLUX、VDFLUX子程序自定義非均勻分布的移動熱源，實(shí)現(xiàn)各種焊接過程的熱應(yīng)力、溫度場的仿真；可通過DLOAD、VDLOAD子程序自定義非均勻分布的表面壓力載荷等等。
對于比較復(fù)雜的問題，熱源和載荷的移動軌跡數(shù)目多、路徑曲折，若要詳細(xì)描述這些復(fù)雜的過程，需要根據(jù)模型的空間坐標(biāo)位置相應(yīng)地在Fortran程序中定義路徑，這個過程往往伴隨著大量的試錯過程，是枯燥無味的，也占用大量時間。
為了解決上述問題，盡最大可能簡化建模過程，縮短仿真周期，基于Python和Fortran聯(lián)合對ABAQUS進(jìn)行二次開發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)了任意路徑移動熱源的快速建模。單熱源程序之前已在論壇發(fā)布， (見：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1272428）
程序已完美支持多熱源、多路徑仿真。其中v2.0用于定義高斯面熱源，v3.0為雙橢球體熱源。通過該程序可直接省略Fortran子程序的編程過程，讓熱源乖乖地沿著你設(shè)定的路徑運(yùn)行。因此對于不熟悉ABAQUS子程序的初學(xué)者是十分友好和適用的。
經(jīng)過多個實(shí)例驗(yàn)證，該插件均順利按照指定的路徑、順序以及功率參數(shù)生成了預(yù)期的移動熱源。
實(shí)例一：同路徑雙熱源
實(shí)例二：4條熱源路徑
實(shí)例三：10條熱源路徑
實(shí)例四：基于局部坐標(biāo)系的熱源定向技術(shù)
雙橢球與高斯熱源的主要區(qū)別不僅是體熱源與面熱源的區(qū)別，更關(guān)鍵的是，由于雙橢球熱源模型是非對稱的，因此它具有方向性，下圖是兩種熱源分布形態(tài)示意圖。
本程序中，基于熱源路徑方向和表面法向定義了熱源的局部坐標(biāo)系，從而實(shí)現(xiàn)了雙橢球熱源隨路徑自適應(yīng)地轉(zhuǎn)換模型的方向。
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熱源的最新內(nèi)容
關(guān)鍵詞：熱源，瞬態(tài)，熱傳導(dǎo)，有限元求解器，三角形單元，自研
在《瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元求解器開發(fā)》一文中，我們介紹了自研的二維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)求解器。
當(dāng)時那個控制方程沒有考慮熱源，邊界條件中只涉及溫度、熱流、對流。然而在很多問題中，熱源才是最關(guān)鍵的邊界條件，比如電發(fā)熱、化學(xué)反應(yīng)生熱。
熱源的處理
熱源是體熱，相對應(yīng)的熱流是面熱。
本研究利用瞬態(tài)平面熱源法導(dǎo)熱儀進(jìn)行了系統(tǒng)測試，規(guī)避了自然對流帶來的誤差。
▲ 圖6 純冷卻液與不同體積分?jǐn)?shù)納米顆粒冷卻液的導(dǎo)熱系數(shù)：（a）氧化銅與（b）氧化鋁
純液態(tài)在25°C與55°C時的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.1390 W/(m·K)與0.1450 W/(m·K)。測試數(shù)據(jù)表明，微量納米顆粒的介入引起了導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)變。
球體采用鋼材作為材料，用以表示熱源。
3. 導(dǎo)入模型，其外觀如圖1所示。
圖1：太陽能電池板與熱源
4. 為幾何模型賦予材料屬性。
5. 對球體施加10000W/m3 的內(nèi)部熱生成，用以表示發(fā)熱物體；然后在球體表面與太陽能電池板上表面之間定義表面對表面輻射，使熱量通過輻射在這兩個表面之間傳遞，如圖2所示。
但當(dāng)熱源被觸摸時間尺度稍長（比如數(shù)秒），同時熱源又不持續(xù)發(fā)熱，熱源溫度將會因其自身熱量傳入其它物體而降低，比熱容大的熱源，熱容量高，表面被別的低溫物體（比如人手）接觸后，傳出相同的熱量，溫度下降幅度相對較小，反而導(dǎo)致燙感比熱容低的熱源更強(qiáng)。因此，D選項(xiàng)是一個有爭議的選項(xiàng)，具體是比熱容更大更燙，還是比熱容更小更燙，取決于熱源是否持續(xù)發(fā)熱、熱源尺寸大小以及觸摸時間尺度。
以下是標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)平流程，適用于條形、T型槽及圓形平臺：
第和一步：調(diào)平前準(zhǔn)備
環(huán)境與地基：確保平臺安裝在堅固的混凝土基礎(chǔ)上（厚度≥300mm，強(qiáng)度≥C20），并避開振動和熱源。
工具與輔料：準(zhǔn)備精度為 0.02mm/m 的框式/合像水平儀（或電子水平儀）、可調(diào)墊鐵/地腳螺栓、扳手、橋板及清洗防銹油。
開箱檢驗(yàn)：檢查平臺外觀有無磕碰銹蝕，并核對出廠合格證。
以下是標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)平流程，適用于條形、T型槽及圓形平臺：
第和一步：調(diào)平前準(zhǔn)備
環(huán)境與地基：確保平臺安裝在堅固的混凝土基礎(chǔ)上（厚度≥300mm，強(qiáng)度≥C20），并避開振動和熱源。
工具與輔料：準(zhǔn)備精度為 0.02mm/m 的框式/合像水平儀（或電子水平儀）、可調(diào)墊鐵/地腳螺栓、扳手、橋板及清洗防銹油。
開箱檢驗(yàn)：檢查平臺外觀有無磕碰銹蝕，并核對出廠合格證。
環(huán)境要求：安裝地點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離振動源（如沖床、大型壓力機(jī)）、高溫熱源及腐蝕性氣體或液體，防止溫度變化和振動影響平臺精度。理想環(huán)境應(yīng)保持通風(fēng)、干燥。
工具與材料準(zhǔn)備
測量工具：這是調(diào)平的關(guān)鍵。常用的有框式水平儀（精度0.02mm/m）或精度更高的電子水平儀，以及配合使用的條形橋板。
調(diào)整與固定工具：根據(jù)安裝方式準(zhǔn)備可調(diào)墊鐵、地腳螺栓、膨脹螺栓、扭矩扳手、起重設(shè)備（叉車或起重機(jī)）等。
明明給四個LED設(shè)置了熱源，Q0=5.142857e9 W/m3, 但計算出來的結(jié)果看起來LED是隨機(jī)變熱變冷。為什么會這樣呢
環(huán)境溫度控制
比較佳使用溫度：(20±5)℃，避免陽光直射、熱源、冷風(fēng)口直吹。
溫度劇變會導(dǎo)致熱脹冷縮，嚴(yán)重破壞平面度。
T 型槽 / 螺紋孔防護(hù)
螺栓緊固用力矩扳手，勿過度用力以防滑牙、拉壞螺紋。
及時清理槽內(nèi)鐵屑，禁止在槽內(nèi)敲擊、焊接。
三、使用后：即時保養(yǎng)（延長壽命）
徹和底清潔
立即移除工件，用軟布 + 中性清潔劑 / 無水乙醇擦凈油污、冷卻液、碎屑。
當(dāng)接觸時間足夠長，熱源與人體皮膚將達(dá)成熱平衡，不同材質(zhì)的燙感將趨于一致。2018年IEC推行的這個標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)表面材質(zhì)不同、觸膚時間不同，劃分了多個等級。那些只可能被短時間觸摸的表面，其溫度要求與材質(zhì)密切相關(guān)。如果你想了解詳細(xì)內(nèi)容，可以自行閱讀這一標(biāo)準(zhǔn)。
這道題想表達(dá)的另外一層意思是，智能電子產(chǎn)品的形態(tài)和使用習(xí)慣演進(jìn)很快，標(biāo)準(zhǔn)只存在有限的合理性。
