COMSOL接觸熱源
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-12
COMSOL接觸熱源的實例教程
本貼以激光加熱為例，模擬高斯分布熱源勻速經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：導入幾何</p><p>4：添加材料；</p><p>5：物理場設置，包含固體傳熱和固體力學；</p><p>6：網格劃分；</p><p>7：研究設置</p><p>8：后處理。結果可看熔深大小，焊接熱變形，激光行走過程等溫面分布等。</p><p>相關結果如下圖：</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 1、模型介紹
高斯移動熱源常常用于描述焊接過程中的熱源分布。
ANSYS workbench 添加高斯移動熱源需要利用APDL語言編程，COMSOL則可以直接輸入相應公式，相對來說比較方便一些。
高斯移動熱源加熱鋼板（長×寬×高：0.1m×0.1m×0.05m），鋼板采用COMSOL軟件自帶材料參數。加熱過程中其他邊界采用自然對流散熱邊界條件，分析了加熱過程中鋼板的溫度分布以及應力分布。
模型結構
高斯熱源公式
軟件中直接輸入公式
2、網格繪制
對移動路徑進行網格適當加密，保證路徑溫度以及應力分布的準確。
網格
3、求解結果
溫度分布
熱應力分布
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，從而對焊接進行更加精準的仿真，目前COMSOL應該還不能做（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
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COMSOL Multiphysics? 中結構力學接觸建模功能可以幫助模擬那些相互接觸后就粘在一起的物體（粘附），以及受力后分開的物體（剝離），同時還包括全內聚力的模擬。讓我們一起學習如何使用 COMSOL Multiphysics 來處理上述情況。
使物體相互粘結：如何模擬粘附
當對分離的固體施加壓縮力，將其緊壓在一起時，邊界上的機械接觸會使固體產生形變，以使接觸邊界互相契合。而如果用拉力將域分開，接觸便會隨即消失。這一效應可使用 COMSOL Multiphysics 中傳統的接觸建模進行模擬。如果物體沒有分離，而是保持粘結狀態，說明它們可維持拉伸力或粘附力。
事實表明，在模擬與接觸和粘附現象有關的力時，我們需要格外注意切向上的力。當物體接觸時，可能出現三種“相切狀態”：無摩擦滑動、有摩擦滑動和摩擦粘著。除此之外還有其他的復雜因素，在許多接觸過程中，只有滿足某些物理條件時，兩個邊界才會開始粘著。例如，某種粘附材料只有在超過特定溫度的環境中進行加工處理，才能有效發揮粘附作用。不過，借助 COMSOL “結構力學模塊”中的粘附與剝離功能，便能實現對上述所有現象的準確表征。
現在我們來探討由膠水（真實的膠水或者具有相似功能的物質）粘結起來的兩個固體零件。COMSOL Multiphysics 中的“粘附”節點是連接兩個邊界的關鍵，您可以在“模型開發器”模型樹中的“接觸”節點下找到這個子節點。
想要在接觸建模中使用“粘附”子節點，必須先勾選“罰函數”選項。罰函數的作用可被視為使用了一個剛性的單向彈簧對來模擬接觸。當兩個邊界相互擠壓時，它們之間會形成一個虛擬的彈性薄層。在激活“粘附”模式后，彈簧切換為雙向，并具有了切向剛度。如果兩個邊界之間存在真正的粘附層，您可以參考真實的材料數據來確定剛度。
展開 在 COMSOL Multiphysics? 中對接觸疲勞進行建模
我們可以用兩種方法在 COMSOL Multiphysics 中建立接觸疲勞模型。一種方法是在兩個物體的界面上創建一個接觸對。必須對兩個物體都進行建模，并且必須沿著兩個接觸界面應用精細的網格。這種類型的接觸模擬往往計算量很大。
模擬接觸疲勞的另一種方法是使用與赫茲有關的經典解，用于兩個具有彎曲表面的彈性體之間的接觸，這在接觸力學的研究中有所描述。接觸中的一個物體被接觸壓力的分析解所取代，該壓力在另一個物體的表面上被指定。我們可以通過以下方式來實現。
在參數節點中指定接觸特性，如最大壓力和接觸軸，作為參數。
在變量節點中，將表面上某一特定位置的接觸壓力表示為變量
將接觸壓力指定為另一物體表面的邊界載荷
這樣做以后，我們就不需要對其中一個物體進行建模，這就減小了模型的大小。由于對所產生的應力狀態的準確解析需要一個精細的網格，任何減小模型大小的技術在接觸疲勞建模中都很重要。
為接觸物體的接觸壓力指定一個分析解的設置。
第二種技術是 COMSOL 疲勞模塊的案例庫中的兩個教程模型中所采用的：長期接觸疲勞和線性導軌中的滾動接觸疲勞。在第一個例子中，一個球形壓頭在被測材料上被反復壓緊和釋放。在第二個例子中，一個球形滾動元件沿著一個滾道槽移動。
兩個模型中的特征幾何長度都是幾毫米，這相當于球形物體的接觸半徑。接觸區的特征長度約為該測量值的十分之一。在長期接觸疲勞的例子中，壓頭的半徑為 7 mm ，接觸半徑為 260 μm。對于滾動接觸疲勞示例，滾動元件的半徑是 2 mm，兩個接觸橢圓軸分別是 161 μm 和 36 μm 。
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<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變呢？本貼以激光加熱為例，模擬高斯分布熱源勻速經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
軸承、齒輪、軌道和凸輪的損壞是由一種叫做接觸疲勞的損傷機制引起的。當接觸的兩個零件承受瞬態接觸壓力時，在裝配中就會發生這種情況。當傳遞的載荷過高時，經過無數次的載荷循環，表面材料的一塊會剝落并留下一個小凹坑。這種現象被稱為剝落或點蝕。利用 COMSOL Multiphysics? 軟件，我們可以建立接觸疲勞模型并預測這些組件的失效。
接觸疲勞的損傷機制
當兩個零件之間不斷變化的接觸壓力在表面和次表面層上引入一個隨時間變化的應力狀態時
COMSOL Multiphysics? 中結構力學接觸建模功能可以幫助模擬那些相互接觸后就粘在一起的物體（粘附），以及受力后分開的物體（剝離），同時還包括全內聚力的模擬。讓我們一起學習如何使用 COMSOL Multiphysics 來處理上述情況。
使物體相互粘結：如何模擬粘附
當對分離的固體施加壓縮力，將其緊壓在一起時，邊界上的機械接觸會使固體產生形變，以使接觸邊界互相契合
本案例模型及相關操作見附件、收費內容部分，凡購買本案例的朋友，結合附件中的模型及相關操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。
對于許多接觸問題，粘滑摩擦轉換是一個重要分析點。這種現象可以影響兩個物體的接觸區域附近的應力、應變和變形。COMSOL 軟件提供了處理此類力學接觸問題及驗證結果所需的工具。通過清晰地了解粘滑摩擦轉換及其后續影響，我們可以提高相關系統的安全性和能效。
機械接觸問題中的粘滑現象
每一天，我們都可以聽到汽車輪胎剎車或火車進站停車時發出的噪音。雖然我們很熟悉這個聲音，但對它們背后的現象未必清楚。
1、模型介紹
高斯移動熱源常常用于描述焊接過程中的熱源分布。
ANSYS workbench 添加高斯移動熱源需要利用APDL語言編程，COMSOL則可以直接輸入相應公式，相對來說比較方便一些。
高斯移動熱源加熱鋼板（長×寬×高：0.1m×0.1m×0.05m），鋼板采用COMSOL軟件自帶材料參數。加熱過程中其他邊界采用自然對流散熱邊界條件
