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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，現在我來演示一下如何在ANSYS經典中使用APDL語言施加高斯熱源，以及如何實現熱源的移動。

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。

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。</strong></p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;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。

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。

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，現在我來演示一下如何在ANSYS經典中使用APDL語言施加高斯熱源，以及如何實現熱源的移動。

是因為熱源加載的面是板的上表面，其實已經暗含z的坐標就是固定的了，所施加的是一個xoy面內熱源分布，所以與z坐標無關。 那么接下來就是如何實現熱源移動的問題了，熱源移動肯定是與速度有關，速度為0自然就是靜態的熱源分布，速度大于0才是一個移動的熱源，那么與速度有關就是等效地說與時間有關，在ANSYS中時間{TIME}正好是一個變量，所以如何在公式中體現呢？

打開移動熱源插件（如已打開，直接點擊“更新”按鈕即可）；打開方法：在菜單欄依次點擊Plug-ins -> ToolBoxes -> 自由熱源，點擊多路徑按鈕即彈出程序界面。 在每一行選取需要的路徑集，并指定起始時間及熱源參數。本程序采用高斯面熱源，Rh為高斯熱源的尺寸參數。

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。 高斯熱源和雙橢球熱源怎么選？ DFLUX子程序里的坐標系怎么轉換？ 幾十道焊縫的分析步，手動設置要累死人，怎么用Python自動化？

高斯輪廓激光束照亮硅晶圓我們將以一個直徑為 5cm 的硅晶圓為例，如下圖所示，該晶圓的中心有兩種不同的材料，每種材料厚度為 100μm，半徑為 1cm。晶圓從頂部被一束高斯輪廓激光熱源照射，該熱源在時間上被快速脈沖化。這兩種材料在 700nm 的激光波長下都是半透明的，但在更長波長的紅外輻射下是不透明的。硅襯底是摻雜的并且在所有波長下都是高吸收性的。

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。

本文著重想談的是：為何吸收峰是類似高斯型的？它不是一個方形或者三角形的，而偏偏是類似圓潤的高斯型，能夠從數學的角度給出解釋嗎？答案是當然能，這里就需要引入諧振子模型來回答這個問題。

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

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。

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。

為什么高斯圓錐體熱源不能在z軸上移動呢？

本文來自：COMSOL