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熱源模型

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創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-12-21

熱源模型的視頻教程

視頻教程 | 雙移動(dòng)熱源模型計(jì)算
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本視頻為斯姆勒技術(shù)專(zhuān)家寧老師自制 僅供學(xué)習(xí) 模型為：尺寸0.1x0.1x0.005m長(zhǎng)方體，在長(zhǎng)方體中間沿著Y方向施加一個(gè)移動(dòng)熱源，熱源的速度為0.01m/s，熱源為熱流密度，值為時(shí)間位移函數(shù)

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ABAQUS攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)（熱源模型）
ABAQUS攪拌摩擦焊溫度場(chǎng)（熱源模型）

組合熱源子程序，面熱源子程序，體熱源子程序，圓柱型和錐型攪拌針熱源編寫(xiě) 附件是子程序。 有問(wèn)題私信，看到會(huì)第一時(shí)間回復(fù)，

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ABAQUS熱切割數(shù)值模擬
ABAQUS熱切割數(shù)值模擬

案例使用殼單元建模，切割熱源采用了高斯面熱源；而對(duì)應(yīng)于等離子切割和激光切割等，大家可采用對(duì)應(yīng)的熱源模型。QQ1224294049 下圖為切割過(guò)程中的溫度場(chǎng)和切割后的殘余應(yīng)力場(chǎng)云圖：

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熱源模型圖1

熱源模型的實(shí)例教程

</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(lái)實(shí)現(xiàn)，因此一般需要進(jìn)行子程序開(kāi)發(fā)。</p><p>下面對(duì)MSC.Marc和ABAQUS的激光焊接模擬進(jìn)行簡(jiǎn)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(shù)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(guò)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(kāi)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(méi)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(kāi)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(hù)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(kāi)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)。6.14版本時(shí)代，abaqus推出過(guò)一款插件AWI，功能還算不錯(cuò)，但無(wú)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(gè)（或2~3個(gè)）step，對(duì)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(kāi)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(chǎng)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(kāi)發(fā)，本人對(duì)新版本探索了一段時(shí)間，仍然覺(jué)得非常懵逼。
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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(duì)較高的數(shù)值模擬過(guò)程，在模擬溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)過(guò)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(shí)配以符合實(shí)際試驗(yàn)工況的邊界條件才能模擬出相對(duì)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(duì)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(wú)法滿(mǎn)足要求的。所以，體熱源模型被越來(lái)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(duì)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(gè)體熱源函數(shù)，在X,Y,Z任意一個(gè)方向上都要有至少十幾個(gè)節(jié)點(diǎn)（甚至更多吧）來(lái)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(guò)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(duì)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(duì)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(lái)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(dòng)。 關(guān)于生死單元，目前應(yīng)用也特別多，尤其對(duì)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(duì)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(lái)模擬材料的填充過(guò)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。
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</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(dòng)，使用ALE技術(shù)模擬FSW過(guò)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(kāi)發(fā)），簡(jiǎn)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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焊接分析中的關(guān)鍵問(wèn)題包括： 熱源定義：焊接熱源具有高斯分布，與普通傳熱分析不同，需要特別處理。熱源路徑：焊接熱源隨時(shí)間移動(dòng)，路徑復(fù)雜，不像普通傳熱固定在一個(gè)位置。計(jì)算效率：熱機(jī)耦合分析計(jì)算復(fù)雜，需要通過(guò)優(yōu)化網(wǎng)格和簡(jiǎn)化算法提升效率。 解決這些問(wèn)題的常用方法是通過(guò)Fortran子程序和Python腳本定義熱源和熱源路徑，并在計(jì)算中改進(jìn)網(wǎng)格和算法以提升效率。 熱源模型 焊接熱源模型是用于描述熱輸入在時(shí)間和空間上的分布的數(shù)學(xué)表達(dá)，通常用于焊接過(guò)程的數(shù)值模擬中。熱源模型的選擇和參數(shù)設(shè)定直接影響模擬結(jié)果的精度，尤其是在焊接溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、應(yīng)力和應(yīng)變的計(jì)算中。 焊接熱源模型可以分為靜態(tài)熱源模型和動(dòng)態(tài)熱源模型： 靜態(tài)熱源模型：假設(shè)熱源在焊接過(guò)程中不隨時(shí)間變化，適用于熱輸入分布較為均勻的情況。這是當(dāng)前大多數(shù)焊接數(shù)值模擬中使用的模型。動(dòng)態(tài)熱源模型：熱源在焊接過(guò)程中隨時(shí)間變化，更加符合實(shí)際焊接過(guò)程，但增加了計(jì)算的難度和時(shí)間成本。 在焊接過(guò)程的數(shù)值模擬中，焊接熱源具有局部集中、瞬時(shí)和快速移動(dòng)的特點(diǎn)，易形成溫度梯度較大的不均勻溫度場(chǎng)，導(dǎo)致焊接應(yīng)力和應(yīng)變。熱源模型研究的關(guān)鍵問(wèn)題包括： 熱量的分配：即熱源有多少熱量作用在工件上。熱量分布：熱量如何在工件上分布。 選擇合適的熱源形式和參數(shù)對(duì)焊接模擬的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。為確保模擬結(jié)果的可靠性，通常需要對(duì)熱源模型進(jìn)行校核。熱源校核是通過(guò)比較模擬的熔池邊界與實(shí)際焊縫熔合線的匹配程度來(lái)確定熱源模型的合理性。 根據(jù)熱源的作用方式，焊接熱源模型可以分為： 點(diǎn)熱源：熱量集中在一個(gè)點(diǎn)上，適用于小范圍高熱輸入情況。
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數(shù)值模擬技術(shù)通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法，能夠在計(jì)算機(jī)上模擬焊接過(guò)程，預(yù)測(cè)殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)分布，為焊接工藝的優(yōu)化提供理論支持。 重慶大學(xué)鄧教授研究團(tuán)隊(duì)基于Marc軟件，成功開(kāi)發(fā)了一種先進(jìn)的計(jì)算方法，用于模擬Q960E鋼焊接接頭的溫度場(chǎng)、微觀結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力分布。這一研究不僅展示了Marc軟件在焊接仿真領(lǐng)域的強(qiáng)大功能，還為實(shí)際工程應(yīng)用提供了寶貴的參考。 Marc軟件：焊接仿真領(lǐng)域的強(qiáng)大工具 1、精確的熱源模型 焊接過(guò)程中的熱輸入是影響焊接接頭性能的關(guān)鍵因素之一。Marc軟件提供了多種熱源模型，包括雙橢球體熱源模型和體積熱源模型，能夠精確模擬焊接電弧的熱輸入。重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)整熱源參數(shù)，如熱流密度、熱源形狀和移動(dòng)速度，成功復(fù)現(xiàn)了焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布。 2、考慮固態(tài)相變（SSPT）和軟化效應(yīng)（SE） 在焊接過(guò)程中，材料的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相變，如奧氏體向貝氏體和馬氏體的轉(zhuǎn)變。這些相變不僅影響材料的力學(xué)性能，還會(huì)對(duì)殘余應(yīng)力的形成產(chǎn)生重要影響。Marc軟件通過(guò)引入相變動(dòng)力學(xué)模型（如JMAK模型和K-M模型），能夠準(zhǔn)確模擬相變過(guò)程及其對(duì)殘余應(yīng)力的影響。重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，對(duì)SH-CCT圖進(jìn)行了人工修正，進(jìn)一步提高了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。 3、高效的熱-力學(xué)耦合分析 焊接過(guò)程中的熱-力學(xué)行為是相互耦合的，溫度場(chǎng)的變化會(huì)影響應(yīng)力場(chǎng)的分布，反之亦然。Marc軟件采用先進(jìn)的熱-力學(xué)耦合分析方法，通過(guò)在有限元網(wǎng)格中實(shí)時(shí)更新溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，能夠準(zhǔn)確模擬焊接過(guò)程中的熱-力學(xué)行為。重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)這一方法，成功預(yù)測(cè)了焊接接頭的殘余應(yīng)力分布，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果高度一致。 4、精確的網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)置 為了確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，Marc軟件提供了靈活的網(wǎng)格劃分功能，用戶(hù)可以根據(jù)焊接接頭的幾何形狀和復(fù)雜程度，自定義網(wǎng)格密度和分布。
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熱源模型圖2

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熱源模型的最新內(nèi)容

Marc軟件：焊接仿真領(lǐng)域的強(qiáng)大工具 1、精確的熱源模型 焊接過(guò)程中的熱輸入是影響焊接接頭性能的關(guān)鍵因素之一。Marc軟件提供了多種熱源模型，包括雙橢球體熱源模型和體積熱源模型，能夠精確模擬焊接電弧的熱輸入。重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)整熱源參數(shù)，如熱流密度、熱源形狀和移動(dòng)速度，成功復(fù)現(xiàn)了焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布。
?? 指南核心內(nèi)容搶先看 這份指南涵蓋了焊接仿真的兩大核心路線：平板多道焊（TIG） 與 攪拌摩擦焊（FSW），包含以下精華板塊： 1?? 焊接熱源模型全解析 不清楚什么是高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源？文檔詳細(xì)解析了各種熱源的數(shù)學(xué)公式及適用場(chǎng)景（TIG、MIG、激光焊等），教你如何根據(jù)熔池形狀選擇最準(zhǔn)確的模型。
熱源使用高斯熱源模型來(lái)模擬焊接過(guò)程中熱輸入的分布，焊接過(guò)程分為兩步，先施加外側(cè)角焊縫熱源，再施加內(nèi)側(cè)角焊縫熱源。具體的時(shí)間控制和熱源設(shè)置都已在K文件中配置完成。 外側(cè)焊縫：熱源施加在焊接區(qū)域的外側(cè)，模擬外側(cè)焊縫的加熱過(guò)程。 內(nèi)側(cè)焊縫：內(nèi)側(cè)角焊縫的熱源在外側(cè)焊縫施焊完成后施加，以模擬時(shí)間延遲效應(yīng)。 4.
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(gè)方向的特征長(zhǎng)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。
</p><p>（2） 拓展：本方法可擴(kuò)展至其他孔加工場(chǎng)景（如鉸孔、擴(kuò)孔、锪孔）或材料類(lèi)型（如鋼材、陶瓷、高分子材料），通過(guò)調(diào)整熱源模型、鉆頭幾何參數(shù)和邊界條件，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域應(yīng)用。同時(shí)，該方法還可與其他分析方法（如振動(dòng)分析、磨損分析）相結(jié)合，進(jìn)一步研究鉆孔過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性和鉆頭使用壽命。
（2） 拓展：本方法可擴(kuò)展至其他切削加工場(chǎng)景（如銑削、磨削、鏜削）或材料類(lèi)型（如鋁合金、鈦合金、復(fù)合材料），通過(guò)調(diào)整熱源模型、刀具幾何參數(shù)和邊界條件，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域應(yīng)用。同時(shí)，該方法還可與其他分析方法（如模態(tài)分析、疲勞分析）相結(jié)合，進(jìn)一步研究切削過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性和疲勞壽命。 8、 附件：本案例中的abaqus模型文件（包括cae、odb和inp文件）
（2） 拓展：本方法可延伸至其他激光加工場(chǎng)景（如切割、焊接、表面處理）或材料類(lèi)型（如金屬、陶瓷），通過(guò)調(diào)整熱源模型與邊界條件實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域應(yīng)用。 7、 附件：本案例中的abaqus模型文件（包括cae和激光子程序）
Marc軟件：焊接仿真領(lǐng)域的強(qiáng)大工具 1、精確的熱源模型 焊接過(guò)程中的熱輸入是影響焊接接頭性能的關(guān)鍵因素之一。Marc軟件提供了多種熱源模型，包括雙橢球體熱源模型和體積熱源模型，能夠精確模擬焊接電弧的熱輸入。重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)整熱源參數(shù)，如熱流密度、熱源形狀和移動(dòng)速度，成功復(fù)現(xiàn)了焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布。
熱源模型 焊接熱源模型是用于描述熱輸入在時(shí)間和空間上的分布的數(shù)學(xué)表達(dá)，通常用于焊接過(guò)程的數(shù)值模擬中。熱源模型的選擇和參數(shù)設(shè)定直接影響模擬結(jié)果的精度，尤其是在焊接溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、應(yīng)力和應(yīng)變的計(jì)算中。 焊接熱源模型可以分為靜態(tài)熱源模型和動(dòng)態(tài)熱源模型： 靜態(tài)熱源模型：假設(shè)熱源在焊接過(guò)程中不隨時(shí)間變化，適用于熱輸入分布較為均勻的情況。這是當(dāng)前大多數(shù)焊接數(shù)值模擬中使用的模型。
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)。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。