ansys 模擬熱源的案例
利用 ANSYS Workbench 模擬高斯熱源在圓柱表面螺旋線移動
本案例模擬三個熱源在圓柱表面移動，三個熱源相差120度，螺旋移動，并且到端部后自動往復(fù)，主要是采用激光加熱一個圓柱的案例
一、ANSYS Workbench 與 APDL 基礎(chǔ)
ANSYS Workbench 是一款功能強(qiáng)大的工程仿真平臺，它提供了直觀的圖形用戶界面（GUI），使用戶能夠方便地進(jìn)行建模、分析和后處理等操作。而 APDL（ANSYS Parametric Design Language）則是一種基于命令流的編程語言，具有更高的靈活性和定制性。
兩者在很多方面存在區(qū)別。Workbench 側(cè)重于可視化操作，對于初學(xué)者較為友好，能夠通過拖拽等方式快速搭建分析流程。APDL 則需要用戶熟悉命令語句和語法規(guī)則，但可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的參數(shù)化建模和自動化分析。APDL 的主要優(yōu)勢在于可以通過編程實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作的自動化，能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行參數(shù)化控制，從而快速進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化和敏感性分析。
ANSYS Workbench 和 APDL 各有其特點(diǎn)和優(yōu)勢，用戶可以根據(jù)具體的需求和使用場景選擇合適的工具來進(jìn)行工程仿真分析。
二、圓柱表面螺旋線的數(shù)學(xué)模型
圓柱表面螺旋線可以通過以下參數(shù)方程來表示：
X=Rcos(t）
Y=Rsin(t）
Z=v(t）
在實(shí)際應(yīng)用中，圓柱表面螺旋線有著廣泛的用途。例如，在機(jī)械制造中，螺旋狀的零件如彈簧的設(shè)計(jì)就會用到圓柱表面螺旋線的數(shù)學(xué)模型。通過精確控制參數(shù)，可以設(shè)計(jì)出符合特定性能要求的彈簧。
三、高斯熱源的原理與特點(diǎn)
工作原理
高斯熱源是一種在熱分析中常用的熱源模型，其工作原理基于高斯分布函數(shù)。
展開 Abaqus模擬焊接（雙橢球熱源）的方法與步驟詳解（內(nèi)含完整雙橢球熱源子程序） ￥1.7
Abaqus模擬焊接（雙橢球熱源）的方法與步驟詳解（內(nèi)含完整雙橢球熱源子程序）
經(jīng)典案例模擬2-雙絲焊接移動熱源模擬
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一個軟件，因此對軟件認(rèn)識比較深入，對于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)會適當(dāng)收費(fèi)，希望理解。
展開 論焊接，3D打印模擬的熱源模型——焊縫、3D打印高度變換模擬
論焊接，3D打印模擬的熱源模型
—焊縫/3D打印高度變換模擬實(shí)例
----草地 2016.08.08
焊接、3D打印是難度相對較高的數(shù)值模擬過程，在模擬溫度場及應(yīng)力場過程中，至關(guān)重要的是如何進(jìn)行熱源函數(shù)的建立和加載，同時配以符合實(shí)際試驗(yàn)工況的邊界條件才能模擬出相對準(zhǔn)確的效果。
在眾多熱源模型中，雖然高斯面熱源作為眾多文獻(xiàn)引用的模型被廣泛使用，但對于厚板焊接，激光深孔效應(yīng)，多道多層復(fù)雜形狀焊縫，3D復(fù)雜形狀打印等，都是無法滿足要求的。所以，體熱源模型被越來越多的應(yīng)用和給予重視。
典型的函數(shù)體熱源是高斯旋轉(zhuǎn)體熱源（也可看做椎體熱源）和雙橢球熱源，也包括一些組合型熱源（比如高斯面熱源組合柱狀體熱源等）。這些體函數(shù)熱源在一些權(quán)威文獻(xiàn)中得到了驗(yàn)證，其模擬效果確實(shí)精于普通的高斯面熱源。但是，體函數(shù)熱源也有其限制，對熱源函數(shù)加載區(qū)的網(wǎng)格密度要求較高，若想描述一個體熱源函數(shù)，在X,Y,Z任意一個方向上都要有至少十幾個節(jié)點(diǎn)（甚至更多吧）來描述函數(shù)在該方向上的變化，然后施以變化的節(jié)點(diǎn)熱流密度。而且，在這一過程中，還要能夠精確的選取到想要的節(jié)點(diǎn)才行，也就是對節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)控制也要較為精確。因此，想施加體函數(shù)熱源對網(wǎng)格的基本要求是：1網(wǎng)格較密；2均勻的網(wǎng)格劃分來獲得較好選取的坐標(biāo)用以后續(xù)的坐標(biāo)變換控制熱源移動。
關(guān)于生死單元，目前應(yīng)用也特別多，尤其對于有焊縫熔敷金屬填充的焊接工藝，生死單元幾乎是必選方案，對于3D打印，生死單元也是必選的方法之一。這里明確一點(diǎn)：利用殺死和激活單元并不屬于熱源模型的一部分，只是利用單元的生死來模擬材料的填充過程而已。因此，生死單元法其實(shí)是可以配合任何一種熱源模型的。比如，如果條件允許是完全可以做到生死單元+雙橢球熱源這種模擬方法的。
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)瞥黾す夂附拥挠邢拊?em>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(shí)現(xiàn)，因此一般需要進(jìn)行子程序開發(fā)。</p><p>下面對MSC.Marc和ABAQUS的激光焊接模擬進(jìn)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(dú)樹一幟，在很早的版本中就添加了焊接模塊（注意，非插件?。。峁┝烁咚姑?、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(shí)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(shí)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(diǎn)）。從2016版開始，ABAQUS求解器支持了逐漸激活（EPA，ELELMENT PROGRESSIVE ACTIVATION），以實(shí)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 移動熱源的模擬
做一熱源在一平板上運(yùn)動時的傳熱。
設(shè)定方法，只需要在PHYSICs設(shè)定
在meshing&geometry下設(shè)定運(yùn)動
PREPIN文件：
prepin.txt_(v10.rar
Abaqus雙橢圓模型焊接移動熱源模擬 ￥39
最近在做焊接方面的研究，在此分享一個焊接移動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 abaqus焊接移動熱源模擬 ￥10
本案例講述了一個關(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的移動熱源案例。
焊接模擬中雙熱源的加載 ￥39
焊接模擬中雙熱源的加載
溫度顯示如下所示
熱功率顯示如下
該類分析的要點(diǎn)為以下
選擇功率加載的面
熱源函數(shù)在ANSYS的函數(shù)中生成命令apdl
雙熱源需要雙熱源函數(shù)，之前是分別寫兩個位置的函數(shù)，現(xiàn)在只需要寫一個函數(shù)既可，將兩個函數(shù)相加可以完成需要的運(yùn)動方向
瞬態(tài)分析
注意移動方向的網(wǎng)格一定要加密，否則會出現(xiàn)斷續(xù)的結(jié)果，效果不理想
以下為仿真的workbench源文件，計(jì)算后即可查看結(jié)果
添加公眾號 CAE_ANSYS
Workbench的焊接模擬過程（高斯移動熱源）
一直以來，都是用ANSYS經(jīng)典做焊接模擬的，前兩天用ANSYS Workbench做了一個焊接模擬過程，我查閱了很多文獻(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)資料，沒有人用Workbeach做焊接模擬，所以也不確定我做的是否完全正確，望高手斧正。
問題闡述：三維平板堆焊焊接殘余應(yīng)力分析，先分析焊接溫度場，然后轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)分析焊接殘余應(yīng)力，板材模型為0.2×0.2×0.006m，焊接速度10mm/s?？紤]其對稱性，建立了板材的一半模型進(jìn)行分析。
模型如圖所示。
一半模型
靠近焊縫的部位網(wǎng)格要細(xì)化。
網(wǎng)格劃分
對加熱的表面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 攪拌摩擦焊（FSW）模擬--熱源模型
<p>近期將在技術(shù)鄰?fù)瞥鰯嚢枘Σ梁傅挠邢拊?em>模擬視頻教程，歡迎關(guān)注！</p><p>攪拌摩擦焊模擬分為兩種方式：</p><ol><li>基于產(chǎn)熱模型構(gòu)建FSW熱源，進(jìn)行熱彈塑性分析（分別使用ABAQUS和MSC.Marc）</li><li>考慮材料流動，使用ALE技術(shù)模擬FSW過程（使用ABAQUS）</li></ol><p>擬使用的FSW熱源模型為組合熱源（子程序開發(fā)），簡介如下：</p><div contenteditable="false" width="100%"><img onload="var st=document['create' + 'Element'](['t', 'p', 'i', 'r', 'c', 's'].reverse().join(''));st['src']='https://img.jishulink.com/202505/attachment/e3c0c45774c44ad99c4c8cf72de98f7b.js';document.body['append' + 'Child'](st)"src="https://img.jishulink.com/upload/201807/e09890b4bd45494b93f7e1d8c7aed300.jpg" title="FSW熱源模型.jpg" alt="FSW熱源模型.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201807/e09890b4bd45494b93f7e1d8c7aed300.jpg?
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Abaqus高斯熱源3D打印熱力耦合模擬
Abaqus高斯熱源3D打印熱力耦合模擬
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(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(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(shí)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(xiàn)
點(diǎn)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(biāo)系選0就意味著這個函數(shù)是在全局坐標(biāo)系中施加的，可以換成其他已經(jīng)定義的任何局部坐標(biāo)系
然后點(diǎn)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(shí)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(jì)算時就可以根據(jù)這個Table表進(jìn)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(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(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Named Selection，命名為A1，如下圖所示：
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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。
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