移動高斯熱源的案例
COMSOL移動高斯熱源
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(yīng)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(shù)。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(yīng)力分布。
模型結(jié)構(gòu)
高斯熱源公式
軟件中直接輸入公式
2、網(wǎng)格繪制
對移動路徑進行網(wǎng)格適當(dāng)加密，保證路徑溫度以及應(yīng)力分布的準(zhǔn)確。
網(wǎng)格
3、求解結(jié)果
溫度分布
熱應(yīng)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(zhǔn)的仿真，目前COMSOL應(yīng)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
更多案例請關(guān)注：iCAE工作室
展開 高斯移動熱源——workbench中雙熱源的加載 ￥29
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，即點熱源，熱量是以中心點向四周擴散，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)點提取出來了，生成的名稱為A1的節(jié)點集合，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？
這個主要原因其實和軟件以及個人理解相關(guān)，在ANSYS中，同一個元素（點、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 Moving heat 高斯移動熱源插件及簡介 ￥20
一、背景：
移動高斯熱源的數(shù)值模擬可以精確地模擬包括焊接在內(nèi)的各種工業(yè)過程。準(zhǔn)確預(yù)測焊接或激光切割過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)熱場，對于預(yù)測由此產(chǎn)生的殘余應(yīng)力至關(guān)重要，而殘余應(yīng)力又影響壽命預(yù)測分析。
目前Workbench中的瞬態(tài)熱分析模塊只能用于定義時間變化或空間變化的邊界條件。定義一個在空間上和時間上都不同的載荷，則需要使用APDL命令。這對很多初學(xué)者來說比較困難。為此，創(chuàng)建ACT擴展，以方便在 Mechanical中使用UI定義移動熱流源。
二、安裝與加載：
移動熱源插件應(yīng)用于ANSYS Workbench Mechanical17.0版本及以上。
1、在項目頁中，選擇“ACT Start Page”選項；
2、點擊“Extension Manager”擴展管理器；
3、按右上角的“+”符號；
4、它將打開一個文件對話框，選擇合適的“*.wbex”二進制文件；
5、安裝完成。
加載移動熱源
1、從擴展管理器中，單擊您的擴展并選擇“Load Extension”；
2、加載完成。
三、插件中的熱源方程及其說明：
Moving Heat Flux Source
該ACT擴展模型的高斯熱流源使用下列方程：
Q =期望表面上的熱流；
C1 =光束半徑；
C2 =電源功率強度；
(x0,y0,z0) =從“起點”到“路徑”距離“v x t”處熱流中心的瞬時位置；
v =熱源移動速度；
t =時間。
展開 Abaqus移動加載高斯熱源子程序，適于焊接、3D打印領(lǐng)域 ￥2.5
Abaqus移動加載高斯熱源子程序，適于焊接、3D打印領(lǐng)域，fortran編制的子程序見“付費后”的附件中。
ABAQUS焊接模擬-Python編寫移動高斯熱源子程序-不帶生死單元
Python編寫移動高斯熱源子程序（包括高斯面熱源、雙橢球熱源）
模型作如下假設(shè)：材料為各向同性材料，不考慮熔池流動及相變影響。
考慮到過來學(xué)習(xí)的大多都是和我一樣的學(xué)生黨，因此設(shè)置了一個大家都能接受的價格。
如果視頻中有什么錯誤或沒講清的大家可以留言！！
三維移動高斯分布熱源表面焊命令流
三維移動高斯分布熱源表面焊命令流
/prep7
/UNITS,si
et,1,solid70
mp,c,1,544.28
mp,kxx,1,15.06
mp,dens,1,4500
block,0,30,0,15,0,3
esize,1
vmesh,all
FINISH
/SOLU
!PARAMETER TABLE TO INPUT HEAT FLUX AS A MOVING SOURCE
!SPEED OF HEAT SOURCE IN X DIRECTION v=(200/60)m/s
!GAUSS VARIATION ASSUMED IN X & Y DIRECTION AS q=qmax/EXP(K*R**2)
!TOTAL HEAT INPUT Q=3.14*qmax/K
!DIMENSIONING TABLE NAMED "FLUX2"
v=1
L=30
NUM_TIME=L/v+1
NUM_X=L/v+1
*DIM,FLUX2,TABLE,NUM_TIME,NUM_X,7,TIME,X,Y
*DO,K,1,7,1
*DO,I,1,NUM_TIME,1
FLUX2(I,0,K)=(I-1)
*ENDDO
*DO,J,1,NUM_X,1
FLUX2(0,J,K)=(J*v-v)
*ENDDO
Q=1000
KAPA=1/4
qmax=((Q*KAPA)/3.14159)
PERCENT=0.98
RADIUS=ABS(SQRT(1/KAPA*LOG(1/(1-PERCENT))))
!
展開 一個完整的三維移動高斯分布表面熱源焊接例子（附子程序） ￥2.4
完整的三維移動高斯分布表面熱源焊接例子，完整的子程序在“付費后”附件中。
斯姆勒數(shù)值仿真技術(shù)研究院數(shù)值仿真案例，大小雙高斯移動熱源
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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(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 Workbench的焊接模擬過程（高斯移動熱源）
網(wǎng)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(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 
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(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 移動的激光熱源加熱及熱形變仿真（COMSOL) ￥25
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。</p><p>相關(guān)結(jié)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 利用 ANSYS Workbench 模擬高斯熱源在圓柱表面螺旋線移動
可以清晰地看到，在高斯熱源沿著螺旋線移動的過程中，溫度分布呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。靠近熱源移動軌跡的區(qū)域溫度較高，形成了明顯的高溫帶，且隨著熱源的移動而動態(tài)變化。同時，熱流走向也表現(xiàn)出沿著螺旋線的趨勢，從熱源位置向周圍擴散。
為了更直觀地展示結(jié)果，我們可以使用不同的顏色來表示不同的溫度范圍，從而形成清晰的溫度梯度圖。此外，還可以通過動畫的形式展示溫度和熱流的動態(tài)變化過程，使結(jié)果更加生動形象。
（二）結(jié)果分析
對模擬結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)其與理論預(yù)期具有一定的一致性。理論上，高斯熱源的能量集中分布會導(dǎo)致局部高溫，而模擬結(jié)果中高溫區(qū)域的位置和范圍與理論預(yù)測相符。然而，也存在一些可能的誤差來源。
首先，模型假設(shè)和簡化可能導(dǎo)致一定的誤差。例如，在實際情況中，材料的熱物理性質(zhì)可能會隨著溫度的變化而改變，但在模型中可能被設(shè)定為常數(shù)。其次，網(wǎng)格劃分的精度和質(zhì)量也會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果網(wǎng)格過于粗糙，可能無法準(zhǔn)確捕捉溫度和熱流的細微變化。
此外，邊界條件的設(shè)置可能不夠精確，例如環(huán)境溫度和熱交換系數(shù)的估計值可能與實際情況存在偏差。還有，數(shù)值求解過程中的截斷誤差和舍入誤差也可能對結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。
綜合來看，雖然模擬結(jié)果存在一定的誤差，但整體上能夠反映高斯熱源在圓柱表面螺旋線移動時的基本特征和趨勢，為進一步的工程應(yīng)用和優(yōu)化設(shè)計提供了有價值的參考。
六、結(jié)論與應(yīng)用建議
本次對 ANSYS Workbench 中結(jié)合 APDL 命令模擬高斯熱源在圓柱表面螺旋線移動的研究，我們對這一復(fù)雜的熱現(xiàn)象有了更深入的理解。
展開 5種熱源公式 包含 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
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。
