ansys激光熱源的案例
移動的激光熱源加熱及熱形變仿真（COMSOL) ￥25
<p><strong> 激光加熱及激光焊接非常常見，，如何仿真激光焊接過程的熔深及路徑上的熱應(yīng)變呢？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。
展開 激光焊模擬-熱源模型+附：ABAQUS與MSC.Marc焊接模擬的簡要對比
<p>近期將在技術(shù)鄰?fù)瞥?em>激光焊接的有限元模擬視頻教程，歡迎關(guān)注！</p><p>激光焊接的焊縫形貌為窄而深的“釘子狀”，通常使用復(fù)合熱源來實現(xiàn)，因此一般需要進行子程序開發(fā)。</p><p>下面對MSC.Marc和ABAQUS的激光焊接模擬進行簡要介紹：</p><ol><li>MSC.Marc：作為大型通用有限元軟件，在焊接模擬方面獨樹一幟，在很早的版本中就添加了焊接模塊（注意，非插件！！），提供了高斯面、雙橢球等常用焊接熱源，在設(shè)置焊接路徑和焊縫填充的設(shè)置上非常方便，其中焊縫填充過程提供了生死單元法和靜態(tài)單元法兩種方案。Marc從2016版開始，添加了柱狀熱源，將其與高斯面熱源復(fù)合，可作為激光焊的熱源模型。但是該熱源的熱流密度在厚度方向上是均勻的（沒有衰減），這與實際情況不符。常用的高斯面熱源與高斯旋轉(zhuǎn)體熱源復(fù)合而成的激光焊熱源模型，仍然需要子程序開發(fā)。</li><li>ABAQUS：同樣作為大型通用有限元軟件，與Marc同出一家，用戶眾多。在激光焊接模擬，甚至普通的焊接模擬方面，都需要子程序二次開發(fā)來實現(xiàn)。6.14版本時代，abaqus推出過一款插件AWI，功能還算不錯，但無奈ABAQUS求解器不支持逐漸激活，導(dǎo)致每焊接一步，就要建立1個（或2~3個）step，對于焊縫較多的仿真，很不方便；另外，該插件不支持選擇熱源模型，只能將焊縫單元設(shè)置為某一溫度（比如熔點）。從2016版開始，ABAQUS求解器支持了逐漸激活（EPA，ELELMENT PROGRESSIVE ACTIVATION），以實現(xiàn)經(jīng)典應(yīng)用場景：焊接與3D打印；但熱源模型和逐漸激活全都需要子程序開發(fā)，本人對新版本探索了一段時間，仍然覺得非常懵逼。
展開 【Ansys線上直播回看】“聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器
『點擊觀看直播回放』
本次網(wǎng)絡(luò)研討會中展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會說明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來描述整個激光器件。重點介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來計算光的傳播與增益特性。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
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展開 報名 | “聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器仿真
在本次網(wǎng)絡(luò)研討會中，將展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會說明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來描述整個激光器件。研討會將重點介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來計算光的傳播與增益特性，介紹如何將物理仿真或?qū)嶒灹繙y的結(jié)果導(dǎo)入TWLM來表征包含量子井增益的波導(dǎo)，并進行增益與激光器設(shè)計。無論您是從事電路集成的系統(tǒng)設(shè)計人員還是從事分立元件的激光器設(shè)計人員，本次研討會都將幫助您學(xué)習(xí)如何進行激光器的設(shè)計。歡迎報名！
展開 
報名 | “聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器仿真
在本次網(wǎng)絡(luò)研討會中，將展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會說明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來描述整個激光器件。研討會將重點介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來計算光的傳播與增益特性，介紹如何將物理仿真或?qū)嶒灹繙y的結(jié)果導(dǎo)入TWLM來表征包含量子井增益的波導(dǎo)，并進行增益與激光器設(shè)計。無論您是從事電路集成的系統(tǒng)設(shè)計人員還是從事分立元件的激光器設(shè)計人員，本次研討會都將幫助您學(xué)習(xí)如何進行激光器的設(shè)計。歡迎報名！
展開 ANSYS Workbench移動熱源施加
本篇博文主要介紹如何在ANSYS
WORKBENCH里面如何施加移動熱源，本人也是通過借鑒網(wǎng)上資料、論壇和請教交流，做出的一個移動熱源初級實例。
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方向施加一個移動熱源，熱源的速度為0.1m/s，熱源為熱流密度，值為時間位移函數(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)格要細化，如下圖所示：
在幾何體上表面創(chuàng)建一個Named Selection，命名為A1，如下圖所示：
求解設(shè)置，設(shè)置仿真時間為10s，子步為50，如下圖所示；
創(chuàng)建對流換熱，選擇除上表面之外的其余5個面。
（3）插入命令流。
展開 ANSYS經(jīng)典中使用APDL語言施加移動高斯熱源
很多人在使用ANSYS模擬焊接和增材制造過程中都面臨高斯熱源施加的難題，現(xiàn)在我來演示一下如何在ANSYS經(jīng)典中使用APDL語言施加高斯熱源，以及如何實現(xiàn)熱源的移動。
打開經(jīng)典界面，然后選擇Parameters→Functions→Define/Edit
然后在彈出的Function Editor中選取你想要輸入的熱源函數(shù)，我這里使用了一個高斯體熱源函數(shù)，也可以替換成高斯面熱源或者雙橢球熱源，具體函數(shù)請自行查找文獻
點擊Save后，保存后綴名為.func的函數(shù)文件，其名稱為func11.func
然后退出，重新選擇Parameters→Functions→Read From file
選擇剛才定義的函數(shù)
此時彈出對話框，要求輸入函數(shù)的名稱，及對應(yīng)的參數(shù)的大小，我們定義名稱為gauss，兩個參數(shù)常量分別為qmx=1，r=1，局部坐標系選0就意味著這個函數(shù)是在全局坐標系中施加的，可以換成其他已經(jīng)定義的任何局部坐標系
然后點擊List→Files→Log file
然后我們就可以發(fā)現(xiàn)在Log file文件里自動生成了函數(shù)func11對應(yīng)的數(shù)據(jù)表，其是一個維度6*20的Table表，我們在array parameter中也可以查看其具體數(shù)據(jù)，為什么會生成這段呢，其實就是ANSYS根據(jù)你所定義的函數(shù)，自動生成了一個Table表做了這個函數(shù)的插值，這樣系統(tǒng)在計算時就可以根據(jù)這個Table表進行對應(yīng)的索引，生成任何你想要的函數(shù)值了。
展開 ANSYS Workbench移動熱源施加
本篇博文主要介紹如何在ANSYS WORKBENCH里面如何施加移動熱源，本人也是通過借鑒網(wǎng)上資料、論壇和請教交流，做出的一個移動熱源初級實例。
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方向施加一個移動熱源，熱源的速度為0.1m/s，熱源為熱流密度，值為時間位移函數(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)格要細化，如下圖所示：
?
在幾何體上表面創(chuàng)建一個Named Selection，命名為A1，如下圖所示：
?
求解設(shè)置，設(shè)置仿真時間為10s，子步為50，如下圖所示；
?
創(chuàng)建對流換熱，選擇除上表面之外的其余5個面。
（3）插入命令流。
展開 ANSYS中如何施加高斯移動熱源
很多人在使用ANSYS模擬焊接和增材制造過程中都面臨高斯熱源施加的難題，現(xiàn)在我來演示一下如何在ANSYS經(jīng)典中使用APDL語言施加高斯熱源，以及如何實現(xiàn)熱源的移動。
打開經(jīng)典界面，然后選擇Parameters→Functions→Define/Edit
然后在彈出的Function Editor中選取你想要輸入的熱源函數(shù)，我這里使用了一個高斯體熱源函數(shù)，也可以替換成高斯面熱源或者雙橢球熱源，具體函數(shù)請自行查找文獻
點擊Save后，保存后綴名為.func的函數(shù)文件，其名稱為func11.func
然后退出，重新選擇Parameters→Functions→Read From file
選擇剛才定義的函數(shù)
此時彈出對話框，要求輸入函數(shù)的名稱，及對應(yīng)的參數(shù)的大小，我們定義名稱為gauss，兩個參數(shù)常量分別為qmx=1，r=1，局部坐標系選0就意味著這個函數(shù)是在全局坐標系中施加的，可以換成其他已經(jīng)定義的任何局部坐標系
然后點擊List→Files→Log file
然后我們就可以發(fā)現(xiàn)在Log file文件里自動生成了函數(shù)func11對應(yīng)的數(shù)據(jù)表，其是一個維度6*20的Table表，我們在array parameter中也可以查看其具體數(shù)據(jù)，為什么會生成這段呢，其實就是ANSYS根據(jù)你所定義的函數(shù)，自動生成了一個Table表做了這個函數(shù)的插值，這樣系統(tǒng)在計算時就可以根據(jù)這個Table表進行對應(yīng)的索引，生成任何你想要的函數(shù)值了。
展開 ANSYS workbench的免費插件，設(shè)置移動熱源
ACT_MovingHeat_R170_v4.1.zip
官網(wǎng)也可以免費下載，分享給下載不便的同學(xué)們，解壓之后里面doc文件夾里有使用說明
利用 ANSYS Workbench 模擬高斯熱源在圓柱表面螺旋線移動
在數(shù)學(xué)上，高斯熱源的熱流密度分布呈現(xiàn)出鐘形曲線的特征。這種分布使得熱源在中心區(qū)域具有較高的能量密度，而隨著距離中心的增加，能量密度逐漸降低。
分布情況
高斯熱源的能量分布并非均勻的，而是集中在一個較小的區(qū)域內(nèi)，并以中心為峰值向四周逐漸衰減。這種非均勻的分布特點使其能夠模擬諸如激光焊接、電子束焊接等局部集中加熱的過程。
應(yīng)用案例
在焊接工藝中，高斯熱源常用于模擬焊接過程中的熱輸入。通過合理設(shè)置高斯熱源的參數(shù)，如峰值熱流密度、熱源半徑等，可以準確地預(yù)測焊縫區(qū)域的溫度場分布，從而評估焊接質(zhì)量和殘余應(yīng)力。
在激光加工領(lǐng)域，高斯熱源可用于模擬激光切割、激光表面處理等過程中的熱量傳遞，有助于優(yōu)化工藝參數(shù)，提高加工效率和質(zhì)量。
例如，在某汽車制造企業(yè)的車身焊接生產(chǎn)線上，采用高斯熱源模型對焊接過程進行仿真分析，成功優(yōu)化了焊接工藝參數(shù)，減少了焊接缺陷的產(chǎn)生，提高了車身的整體強度和安全性。
四、模擬過程關(guān)鍵步驟與參數(shù)設(shè)置
（一）模型建立與準備
在 ANSYS Workbench 中建立圓柱模型，我們可以使用 DesignModeler 模塊。首先，確定圓柱體的半徑、高度和厚度等尺寸參數(shù)。然后，通過數(shù)學(xué)公式或軟件自帶的功能來設(shè)置螺旋線軌跡。對于螺旋線的設(shè)置，需要確定旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)、螺距等參數(shù)。確定好螺旋線后，將高斯熱源的位置放置在螺旋線的起始點或特定位置。這需要精確計算坐標，以確保熱源位置的準確性。
（二）物理模型與參數(shù)選擇
選擇合適的物理模型是準確模擬的關(guān)鍵。對于熱傳導(dǎo)問題，要設(shè)置熱傳導(dǎo)系數(shù)，這取決于圓柱材料的性質(zhì)。常見的金屬材料熱傳導(dǎo)系數(shù)較高，而絕熱材料則較低。
展開 
ANSYS Workbench 回流焊 移動熱源 傳熱仿真 APDL程序 ￥99
通過APDL命令實現(xiàn)對流換熱位置隨時間變化的傳熱計算，可用于回流焊工藝溫度場分析等。
程序為溫度沿Y方向移動，模型形狀、溫區(qū)長度、移動速度、換熱系數(shù)、溫度、區(qū)間數(shù)量均可調(diào)整。
Ansys Zemax | 大功率激光系統(tǒng)的 STOP 分析（四）
大功率激光器廣泛用于各種領(lǐng)域當中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應(yīng)用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應(yīng)，將導(dǎo)致在光學(xué)系統(tǒng)中由于激光能量吸收所產(chǎn)生的影響也顯而易見，大功率激光器系統(tǒng)帶來的激光能量加熱會降低此類光學(xué)系統(tǒng)的性能。為了確保焦距穩(wěn)定性和激光光束的尺寸和質(zhì)量，有必要對這種效應(yīng)進行建模。在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應(yīng)進行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機械應(yīng)力和熱彈性效應(yīng)造成的結(jié)構(gòu)變形。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
FEA 分析準備
在本文中，我們將在 OpticStudio 中打開完整的光機系統(tǒng)，準備記錄光束穿過鏡頭和反射鏡時被吸收的激光功率。隨后，我們使用可以導(dǎo)入到FEA軟件的格式來導(dǎo)出此數(shù)據(jù)。打開附件中的 ‘system_NSC_2022.zar’ 文件。
體探測器物體
與 2D 探測器物體（例如矩形探測器、表面探測器、顏色探測器等）不同，體探測器為 3D 物體形式的探測器，探測器將通過像元（體積形式的像素）記錄對應(yīng)的吸收通量、入射通量以及體吸收通量。為了獲得鏡頭中對應(yīng)的吸收通量數(shù)據(jù)，我們將在系統(tǒng)中使用體探測器物體。
當使用體探測器時，我們可以充分利用非序列模式中的嵌套規(guī)則，計算鏡頭等物體內(nèi)部吸收的通量。如果兩個非序列模式物體在空間里重疊，則重疊區(qū)域中的光線行為由嵌套規(guī)則進行確定。嵌套規(guī)則規(guī)定：如果光線在空間里的同一位置上照射到一個以上的物體，NSC 編輯器中列出的最后一個物體將用于確定該位置上用于與光線相互作用的表面屬性或體屬性。
添加體探測器物體
為了獲得鏡頭吸收的通量，我們將為每個元件添加一個體探測器物體。根據(jù)嵌套規(guī)則，在 NSCE 的每個鏡頭前面插入一個略大于相應(yīng)鏡頭元件的體探測器。
展開 Ansys apdl多激光模型建立
有哪位大佬懂多激光建模的，求教！！！
Ansys Zemax | 大功率激光系統(tǒng)的 STOP 分析（五）
大功率激光器廣泛用于各種領(lǐng)域當中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應(yīng)用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應(yīng)，將導(dǎo)致在光學(xué)系統(tǒng)中由于激光能量吸收所產(chǎn)生的影響也顯而易見，大功率激光器系統(tǒng)帶來的激光能量加熱會降低此類光學(xué)系統(tǒng)的性能。為了確保焦距穩(wěn)定性和激光光束的尺寸和質(zhì)量，有必要對這種效應(yīng)進行建模。在本系列的 5 篇文章中，我們將對激光加熱效應(yīng)進行仿真，包括由于鏡頭材料溫度升高而引起的折射率變化，以及由機械應(yīng)力和熱彈性效應(yīng)造成的結(jié)構(gòu)形變。本篇是這個系列的最后一篇內(nèi)容。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
使用 STAR 模塊分析 STOP 效應(yīng)
在您的 FEA 軟件中完成結(jié)構(gòu)與熱分析后，可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為一系列簡單的文本文件，以便利用 STAR 模塊導(dǎo)入到 OpticStudio 中。在這篇文章中，我們將演示如何執(zhí)行完整的 OpticStudio 分析，以幫助您量化和了解系統(tǒng)光學(xué)性能的影響。有關(guān)所需 STAR 數(shù)據(jù)格式的完整詳細信息，請參閱 OpticStudio 幫助文件 STAR 選項卡> FEA 數(shù)據(jù)組>加載 FEA 數(shù)據(jù)章節(jié)。對于 Ansys Mechanical，有 ACT 擴展可用于以正確格式自動輸出數(shù)據(jù)。
在 OpticStudio 中加載和擬合 FEA 數(shù)據(jù)
1 首先，我們打開文章下載附件中的 ‘Lens-3P_D25.4_2022.zar’ 文件，這是系列文章第一篇中介紹的原始序列模式光學(xué)系統(tǒng)。我們將在 STAR 模塊上應(yīng)用來自 FEA 工具的結(jié)構(gòu)和熱數(shù)據(jù)，并評估其對名義光學(xué)系統(tǒng)性能的相關(guān)影響。
2 如果要加載 FEA 數(shù)據(jù)，我們點擊 STAR…FEA數(shù)據(jù)…加載FEA數(shù)據(jù)（STAR…FEA Data…Load FEA Data），瀏覽到對應(yīng)數(shù)據(jù)文件位置，選擇全部相關(guān)文件，并點擊 打開（Open）。
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