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<p><strong>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;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。

圖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

本案例模擬三個熱源在圓柱表面移動，三個熱源相差120度，螺旋移動，并且到端部后自動往復，主要是采用激光加熱一個圓柱的案例 一、ANSYS Workbench 與 APDL 基礎 ANSYS Workbench 是一款功能強大的工程仿真平臺，它提供了直觀的圖形用戶界面（GUI），使用戶能夠方便地進行建模、分析和后處理等操作

主要思路就是：1.激光參數設置，2.設置方波函數，3.設置解析函數，4.設置脈沖激光熱源，5.建立幾何，6模型邊界條件，7.網格劃分和研究步驟設置 8.計算結果 最重要的就是周期脈沖函數設置，一般思路就是先利用comsol里面的矩形波函數，設置出單個脈沖周期；接著在解析函數里面調用矩形波函數，進行周期性拓展。然后利用 脈沖激光=激光高斯熱源×脈沖周期函數。

一、背景： 移動高斯熱源的數值模擬可以精確地模擬包括焊接在內的各種工業過程。準確預測焊接或激光切割過程中產生的瞬態熱場，對于預測由此產生的殘余應力至關重要，而殘余應力又影響壽命預測分析。目前Workbench中的瞬態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。這對很多初學者來說比較困難。

<p>comsol雙橢球熱源激光熔覆仿真模型。激光熔覆粉末沉積過程中，快速熔化凝固和不同比例粉末的導致了熔池中復雜的流動現象。以及熱行為對凝固組織和性能有顯著影響。通過三維數值模型來模擬在316L上激光熔覆過程中的傳熱、流體流動、凝固過程。僅提供模型，按需購買！

通過一組吸收介質中的輻射束接口來模擬準直輻射熱源(激光)，該接口可以模擬材料在激光波長下的半透明性以及介電界面處的反射。通過事件接口模擬脈沖熱源，通過表面對表面輻射接口模擬較長波長的紅外再輻射。這種建模方法適用于半導體加工領域或準直光入射到半透明材料的任何情況。 本文來自： COMSOL 博客

通過對比三種通用有限元仿真軟件使用生死單元模擬激光熔覆，得到的結論是COMSOL的建模效率以及計算精度相較于其他兩種可以說是相去天淵。COMSOL模擬選用的物理場為固體力學和固體傳熱，傳熱物理場最主要的邊界是設置熱源，在視頻中的模型中，熱源為高斯面熱源，作用于計算域的上表面；固體力學物理場除了設置固定約束，只需在線彈性材料下添加活化并選擇熔覆層即可。

2.干涉測量探頭 2.1.差分干涉（DI）探頭 差分干涉探頭輸出兩束激光（參考光和測量光），分別經過固定平面反射鏡和移動平面反射鏡反射，實現光學四倍頻，具有更高的系統分辨率和更小的非線性誤差。尤其適用于測量Z軸立柱與運動平臺之間的相對運動，消除因內壁熱漂移和立柱振動/移動而產生的誤差，是納米級精度方案首選。

2.干涉測量探頭 2.1.差分干涉（DI）探頭 差分干涉探頭輸出兩束激光（參考光和測量光），分別經過固定平面反射鏡和移動平面反射鏡反射，實現光學四倍頻，具有更高的系統分辨率和更小的非線性誤差。尤其適用于測量Z軸立柱與運動平臺之間的相對運動，消除因內壁熱漂移和立柱振動/移動而產生的誤差，是納米級精度方案首選。

通過COMSOL軟件建立了二維仿真模型，用高斯分布熱源模型，對TIG熔覆過程的溫度場、流場、電勢分布及粉體顆粒運動軌跡進行數值模擬，接著進行熔覆試驗，結果表明，焊縫平直無凹坑，實際拍攝的電弧形態和模擬的電弧形態高度一致，呈典型的鐘罩狀，通過金相顯微鏡對熔覆層進行觀察，發現基體與熔覆層連接處質量較好，無明顯缺陷。

焊接技術種類繁多，包括MIG、MAG、TIG焊接、激光焊接、電阻焊和攪拌摩擦焊等，其中電弧焊和激光焊因熱輸入量大，容易產生較為明顯的變形，成為研究重點。焊接分析中的關鍵問題包括： 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：焊接熱源隨時間移動，路徑復雜，不像普通傳熱固定在一個位置。

</p><p>S(x,t)為在時間和空間上分布的入射高斯激光熱源，脈寬一般為飛秒級別。</p><p><br></p><p>通過comsol的PDE模塊求解，計算電子和晶格溫度隨時間的變化趨勢。

△鎂合金增材制造不同工藝示意圖選區激光熔化技術選區激光熔化技術（SLM）采用激光作為熱源對金屬粉末逐層掃描來獲得設計的金屬零件，適用于制造小體積，結構復雜，對精度要求較高的零件。激光能量密度較高，斑點中心溫度遠高于鎂合金沸點，在成形過程中常發生鎂合金蒸發和元素燒損。

；2個關鍵角θ和Ψhkl分別為凝固界面法向(熱流方向)與熱源移動方向(x軸正向)、枝晶生長方向(hkl)之間的夾角(見圖 5(b))。

例如將這項技術應用于混凝土泵和移動式起重機臂架的生產，這些工藝需對高強度鋼進行加工，傳統技術往往會因為需要其它輔助工藝（如預熱）而導致成本的增加。再則，該技術也可應用于軌道車輛的制造及常規鋼結構（如橋梁，油箱等）。3、攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源。

這是通過使用高強度的激光器或燈作為熱源來實現的。然后，硅晶圓的溫度被慢慢降低，以防止因熱沖擊而可能發生的任何變形或破裂。從激活摻雜物到化學氣相沉積，快速熱處理的應用范圍廣泛，這在我們之前的文章中討論過。 快速熱退火(RTA)是快速熱處理的一個子步驟。這個過程包括將單個晶圓從環境溫度快速加熱到 1000~1500K 的某個值。為使 RTA 有效，需要考慮以下因素。