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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。

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

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。

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？

激光腔是近同心腔，金剛石在腔的中心，熱源在整個晶體的z軸上，中心處光強最大，透鏡IM,OM的曲率半徑均為100mm。模型中定義了激光的熱源模型公式和束腰模型公式。加熱模擬結果如圖2所示。

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？

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。計算效率：熱機耦合分析計算復雜，需要通過優化網格和簡化算法提升效率。

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。

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

c.焊接熱過程的瞬時性在高度集中熱源的作用下，加熱速度極快(在電弧焊情況下,可達1500℃/s以上)，即在極短的時間內把大量的熱能由熱源傳遞給焊件，又由于加熱的局部性和熱源的移動而使冷卻速度也很高。d.焊件傳熱過程的復合性焊接熔池中的液態金屬處于強烈的運動狀態。在熔池內部，傳熱過程以流體對流為主，而在熔池外部，以固體導熱為主，還存在著對流換熱以及輻射換熱。

為什么高斯圓錐體熱源不能在z軸上移動呢？

本文采用STARCCM+流體軟件,從熱輻射和空氣對流兩個角度，分析壓縮機熱害產生的原因，通過從增加前格柵開口增大進入機艙的冷風量、增大冷卻風扇的尺寸和轉速以加大機艙內冷風的抽入量，移動壓縮機的布置位置，使它遠離排氣管熱源，增加排氣管隔熱罩，隔絕排氣管對壓縮機的輻射，優化上游排氣管隔熱罩，降低對經過排氣管路空氣的加熱，從而減少對處于氣流下游位置壓縮機的加熱效果，改變排氣管隔熱罩材料提高其隔熱效果這幾個措施

焊接過程的熱源設置在LS-DYNA中，焊接熱源通過K文件進行設置。熱源使用高斯熱源模型來模擬焊接過程中熱輸入的分布，焊接過程分為兩步，先施加外側角焊縫熱源，再施加內側角焊縫熱源。具體的時間控制和熱源設置都已在K文件中配置完成。外側焊縫：熱源施加在焊接區域的外側，模擬外側焊縫的加熱過程。內側焊縫：內側角焊縫的熱源在外側焊縫施焊完成后施加，以模擬時間延遲效應。4.