熱源模擬的案例
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例
----草地 2016.08.08
焊接、3D打印是難度相對較高的數值模擬過程，在模擬溫度場及應力場過程中，至關重要的是如何進行熱源函數的建立和加載，同時配以符合實際試驗工況的邊界條件才能模擬出相對準確的效果。
在眾多熱源模型中，雖然高斯面熱源作為眾多文獻引用的模型被廣泛使用，但對于厚板焊接，激光深孔效應，多道多層復雜形狀焊縫，3D復雜形狀打印等，都是無法滿足要求的。所以，體熱源模型被越來越多的應用和給予重視。
典型的函數體熱源是高斯旋轉體熱源（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）。這些體函數熱源在一些權威文獻中得到了驗證，其模擬效果確實精于普通的高斯面熱源。但是，體函數熱源也有其限制，對熱源函數加載區的網格密度要求較高，若想描述一個體熱源函數，在X,Y,Z任意一個方向上都要有至少十幾個節點（甚至更多吧）來描述函數在該方向上的變化，然后施以變化的節點熱流密度。而且，在這一過程中，還要能夠精確的選取到想要的節點才行，也就是對節點的坐標控制也要較為精確。因此，想施加體函數熱源對網格的基本要求是：1網格較密；2均勻的網格劃分來獲得較好選取的坐標用以后續的坐標變換控制熱源移動。
關于生死單元，目前應用也特別多，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：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 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，材料參數來源：https://www.matweb.com。abaqus仿真過程中一定注意各參數單位制統一。
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，其數值根據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，仿真結果
熱流向量
溫度
展開 利用 ANSYS Workbench 模擬高斯熱源在圓柱表面螺旋線移動
在數學上，高斯熱源的熱流密度分布呈現出鐘形曲線的特征。這種分布使得熱源在中心區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域內，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。通過合理設置高斯熱源的參數，如峰值熱流密度、熱源半徑等，可以準確地預測焊縫區域的溫度場分布，從而評估焊接質量和殘余應力。
在激光加工領域，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，有助于優化工藝參數，提高加工效率和質量。
例如，在某汽車制造企業的車身焊接生產線上，采用高斯熱源模型對焊接過程進行仿真分析，成功優化了焊接工藝參數，減少了焊接缺陷的產生，提高了車身的整體強度和安全性。
四、模擬過程關鍵步驟與參數設置
（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。然后，通過數學公式或軟件自帶的功能來設置螺旋線軌跡。對于螺旋線的設置，需要確定旋轉的圈數、螺距等參數。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）物理模型與參數選擇
選擇合適的物理模型是準確模擬的關鍵。對于熱傳導問題，要設置熱傳導系數，這取決于圓柱材料的性質。常見的金屬材料熱傳導系數較高，而絕熱材料則較低。
展開 Abaqus模擬焊接（雙橢球熱源）的方法與步驟詳解（內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（內含完整雙橢球熱源子程序）
金龍盤玉柱，高斯熱源游—Workbench中焊接模擬的仿真 ￥49
金龍盤玉柱，高斯熱源游——Workbench中移動熱源的加載方法。
作者：范文哲（fwz0703@163.com，公眾號：CAE_ANSYS）
金龍盤玉柱，龍首高高翹起，龍身一圈圈圍攏，民間就有“龍盤柱、一定富”的說法。金龍有吉祥富貴之意，沿著柱子向上游動具有靈氣與富貴的一種象征。如此活靈活現的效果我們采用什么方法來模擬這個現象呢？
本次我們采用移動熱源的方法在ANSYS Workbench的瞬態溫升當中來模擬高溫熱源沿著圓柱體纏繞向上游動的這一現象，最后的溫度動態效果好像一條龍沿著柱子移動。通過本實例可以了解移動熱源的加載方法，三個坐標方向的移動熱源加載，供大家學習參考。
1.建立模型
模型建立一個圓柱體即可，如圖所示，為了減少計算量，我們可以才有圓環的方式，即將圓柱體采用中空的方式，減少單元數量，減少計算時間
2.劃分網格
將模型盡可能的細化網格，由于網格粗糙情況下，溫度的最終結果會出現跳躍，最終效果較差，本次計算的網格如圖所示
3求解設置
本次分忽略材料的選擇和其他細節，采用默認的結果。求解中將分析設置為瞬態分析，設置時間步和時間長度和對流條件，由于瞬態分析考慮的時間效果，可以不設置散熱，本次分析僅僅考慮短時間內的溫度上升情況，如圖所示。將圓柱的外表面命名，幾何體上表面創建一個Named Selection，命名為A1，插入Command定義熱源（熱源參考最后的命令）。
基本思路為加載高斯點熱源，使熱源在沿著螺旋線移動，即熱源在XY平面內圓周運動，高度方向直線移動，最終和合成效果就是螺旋線
4.結果查看
最終的求解結果如圖所示，不同時刻下的溫度分布情況，調整legend顏色條，使效果合適，即可查看到效果。
展開 經典案例模擬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（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應力強度因子、J積分等），裂紋擴展（XFEM擴展有限元、cohesive element、cohesive surface、debond），水化熱（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等），復合材料固化（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等)，粉末燒結模擬（基于子程序），蠕變，彈塑性變形模擬，常規熱力耦合等。
本人只研究ABAQUS一個軟件，因此對軟件認識比較深入，對于ABAQUS軟件數值模擬非常有經驗，目前已經完成有2000+的模擬案例。
如若有技術支持需要，可聯系我QQ 284589695。技術服務會適當收費，希望理解。
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>近期將在技術鄰推出激光焊接的有限元模擬視頻教程，歡迎關注！</p><p>激光焊接的焊縫形貌為窄而深的“釘子狀”，通常使用復合熱源來實現，因此一般需要進行子程序開發。</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，在設置焊接路徑和焊縫填充的設置上非常方便，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體熱源復合而成的激光焊熱源模型，仍然需要子程序開發。</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來實現。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），以實現經典應用場景：焊接與3D打??；但熱源模型和逐漸激活全都需要子程序開發，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動時的傳熱。
設定方法，只需要在PHYSICs設定
在meshing&geometry下設定運動
PREPIN文件：
prepin.txt_(v10.rar
abaqus焊接移動熱源模擬 ￥10
本案例講述了一個關于：熱通量15W/m^2、焊接速度3.33mm/min、熱效率0.87、熱圓半經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
該類分析的要點為以下
選擇功率加載的面
熱源函數在ANSYS的函數中生成命令apdl
雙熱源需要雙熱源函數，之前是分別寫兩個位置的函數，現在只需要寫一個函數既可，將兩個函數相加可以完成需要的運動方向
瞬態分析
注意移動方向的網格一定要加密，否則會出現斷續的結果，效果不理想
以下為仿真的workbench源文件，計算后即可查看結果
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，我查閱了很多文獻和網絡資料，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力分析，先分析焊接溫度場，然后轉化為結構分析焊接殘余應力，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行分析。
模型如圖所示。
一半模型
靠近焊縫的部位網格要細化。
網格劃分
對加熱的表面named selection為A1、A2，因為后面的高斯熱源加載采用的是APDL，為后面加高斯熱源作準備。
加載熱源面
設置好瞬態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>近期將在技術鄰推出攪拌摩擦焊的有限元模擬視頻教程，歡迎關注！</p><p>攪拌摩擦焊模擬分為兩種方式：</p><ol><li>基于產熱模型構建FSW熱源，進行熱彈塑性分析（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），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?
展開 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
關于圓柱環焊縫焊接模擬的移動熱源加載問題！
各位高手，誰做過環焊縫溫度場模擬的例子，或有這方面的經驗的，能不能幫幫我啊，我現在在做這樣一個模擬，感覺做直焊縫的例子很多，但是環焊縫的卻很少，誰有這方面的APDL資料能不能共享一下呢？請大家多幫忙吧！
ABAQUS焊接模擬-移動熱源（DFLUX）-平板對接不帶生死單元圖文介紹
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