移動熱源
關注創建者：iCAE工作室 創建時間：2018-09-17
移動熱源的視頻教程
基于ANSYS Workbench2023R1 移動熱源插件 進行螺旋移動熱源加載
基于ANSYS Workbench2023R1 移動熱源插件 進行螺旋移動熱源加載 前兩個是熱源和熱應力視頻 第一章節是移動熱源， 第二章節是移動熱源、瞬態結構分析。 附件為移動插件，應用于2017版本之上。
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視頻教程 | 雙移動熱源模型計算
本視頻為斯姆勒技術專家寧老師自制 僅供學習 模型為：尺寸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0.01m/s，熱源為熱流密度，值為時間位移函數
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移動熱源的實例教程
Moving Heat Energy Source
該ACT擴展模型對高斯熱源的計算公式如下:
E=熱能；
C1 =光束半徑；
C2 =功率強度；
AC=吸收系數；
(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。
四、應用釋義：
右鍵單擊分析系統，插入“‘Moving Heat Flux”。
Face：物體的“面”，移動的熱流將施加在其上；
Path：移動熱源的路徑。可以是物體表面的任何邊緣；
Start Point：移動熱源的“起點”。這是“路徑”的邊的兩個端點之一；
Index:移動熱源的唯一id。對于不同的移動熱源，有不同的index很重要；
First Patch:移動的熱流是否第一個被激活，這將是最小的開始時間；
Last Patch:移動的熱流是否最后被激活的標志，這是最長的開始時間；
Velocity:熱流源的速度；
Radius of the beam:熱源半徑；
Source Power Intensity:熱源的強度；
Start Time:移動熱源的啟動時間；
End Time:移動熱源的結束時間；
Number of Segments：將路徑在等距離點分割，將作為移動的熱流的中心；
Minimum Steps for Cooling Phase:用戶可以設置總的分析時間大于“結束時間”，從而可以同時進行冷卻基板。
Material Removal：材料移除是否被激活。
Melting Temperature:單元被移除時的平均溫度。
注意：這兩者只在“Last Patch”被激活時才能使用！
展開 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，呈現球狀熱量，對應平面就是圓環熱源。然后該熱源不停的向前移動，則該熱源生產的溫度結果就成為了彗星狀的溫度結果，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點提取出來了，生成的名稱為A1的節點集合，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，該方程通過經典界面的方程對話框設置并后面導出。所以為一個移動的熱源，表示熱源隨著時間在移動。那么我們如果在同一個面上直接加載第二個熱源命令，
SF,A1,HFLUX, %FLUX02%
結果就會出錯，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，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果，從而導致第一次熱源消失。這相當于第一次的加載條件被替換刪除。
展開 目前ansys計算移動熱源通常是基于APDL編寫移動熱源命令，對大多數朋友來說，操作和使用門檻太高了。于是找到一個workbench中移動熱源的插件，可以直接基于Mechanical中幾何模型定義移動熱源。
插件支持workbench17.0及以上版本，支持Moving Heat Flux和Moving Heat Energy的輸入，支持一條焊縫或多條焊縫熱源輸入。
附件含測試案例（workbench2019R1版本），移動熱源插件，以及插件的help。歡迎拿走。
用Fortran語言編寫DFLUX、VDFLUX自定義移動熱源，可以實現各種焊接過程的熱應力、溫度場的仿真。而不同的模型的焊接路徑也不相同，因此針對每個分析模型都要重新定義路徑，占用大量時間。
通過本款FreeWeld插件可以自由定義焊接路徑，傻瓜式操作，只需在窗口界面選取幾何邊特征作為移動路徑，就能自動生成相應的DFLUX子程序。程序中的熱源采用高斯面熱源，參數Rh為高斯熱源的特征半徑。
經過簡單修改可以實現移動載荷DLOAD路徑的自定義。
（本插件支持單熱源生成，如需多熱源插件請見：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1283087）
實例1效果及插件操作過程：
實例2效果及插件操作過程：
對于空間曲線路徑同樣支持：
tips：
1. 運行程序生成子程序文件之后后，為了獲得更好的網格質量，可以刪除移動路徑的邊線特征，不會影響移動熱源程序運行；
2. 移動熱源使用注意事項：
① 應選擇溫度-位移耦合分析步或傳熱分析步；
② 在需要加載移動熱源的面上施加自定義表面熱流載荷，如下圖：
③ 材料屬性應涵蓋密度、比熱容、熱導率、彈性模量、泊松比和熱膨脹系數；
展開 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上資料、論壇和請教交流，做出的一個移動熱源初級實例。
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，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經典界面施加創建高斯熱源函數的命令流；
（2）在WB中創建瞬態分析模塊，創建有限元模型；
（3）將APDL命令流插入到WB中；
（4）計算求解查看后處理。
3.步驟
（1）創建高斯熱源函數命令流
打開ANSYS經典界面，在函數編輯器下創建如下函數：
4e7*exp(-3*(({X}-0.05)^2+({Y}-0.01*{TIME})^2)/0.005^2)
如下圖所示：
?
完成好函數輸入之后，保存函數；然后讀入剛剛保存的函數，命名為HFLUX，如下圖所示：
?
到此，高斯熱源函數即完成創建，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中創建瞬態熱分析模塊，創建幾何模型、材料屬性和劃分網格，注意中間的網格要細化，如下圖所示：
?
在幾何體上表面創建一個Named Selection，命名為A1，如下圖所示：
?
求解設置，設置仿真時間為10s，子步為50，如下圖所示；
?
創建對流換熱，選擇除上表面之外的其余5個面。
（3）插入命令流。
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新增監控請求和計算監控功能，支持在求解過程中查看殘差、點位移等參數或變量，幫助用戶及時發現問題，提升工作效率。
預判潛在事故：通過監測設備異常升溫（如電氣線路老化、變壓器過熱），在火災前兆階段觸發預警；也可通過熱源移動軌跡識別人員異常滯留、非法闖入等行為。
適配多種場景，靈活接入現有安防體系
固定監控場景：在廠區周界、高層建筑、變電站等重點區域安裝固定熱成像攝像機，直接接入原有安防系統，實現自動監控與報警。
因為它不僅涉及復雜的熱-機耦合，還離不開讓無數工程師頭禿的Fortran子程序（DFLUX），更別提移動熱源、生死單元技術，以及像攪拌摩擦焊（FSW） 這種涉及大變形的高階分析。
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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。
焊接/鍵合是強非線性、強非穩態的多物理場過程：移動熱源瞬時把能量輸入到極小體積，熱擴散與對流/輻射把能量帶走，材料在不同溫度區間內經歷彈性–塑性–循環硬化乃至回復。
其采用有限元法或有限體積法建立起制造過程的宏觀熔池模型，模擬激光/電子束等熱源移動產生的瞬態溫度場（包括熔池形狀、溫度梯度G、冷卻速率R）、熱應力及潛在的熔池流動。
2 材料屬性構建
3、 激光熱源子程序開發
（1） 熱源特性：采用高斯分布模擬圓形激光束，功率密度函數為：
其中，P 為激光功率，r0為光斑半徑，r 為徑向坐標
（2） 子程序實現：基于ABAQUS的用戶子程序接口（如DFLUX或HETVAL），編寫 Fortran/Python 程序生成動態加載的圓形激光熱源，通過時間 - 空間函數控制熱源移動軌跡
在有限元模擬中，重復移動載荷（Repeated moving pressure）是結構受力分析中用于等效模擬接觸載荷的一個重要手段，尤其在輪軌接觸、滾珠接觸、焊接熱源移動等問題研究中極為常見。本文主要介紹ABAQUS中橢圓形移動載荷定義、法向和切向載荷模擬、子程序DLOAD和UTRACLOAD編程實現，實現建議與注意事項。
可以清晰地看到，在高斯熱源沿著螺旋線移動的過程中，溫度分布呈現出明顯的規律性。靠近熱源移動軌跡的區域溫度較高，形成了明顯的高溫帶，且隨著熱源的移動而動態變化。同時，熱流走向也表現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。
導讀
Abaqus除了可以施加常規的力載荷和位移邊界外，通過子程序的方式，還可以施加隨時間或空間變化的載荷，常見的例如道路橋梁上的運動載荷，還有焊接過程中隨焊接路徑移動的熱源。
