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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(xiàn)在我來演示一下如何在ANSYS經(jīng)典中使用APDL語言施加高斯熱源，以及如何實(shí)現(xiàn)熱源的移動(dòng)。

可以清晰地看到，在高斯熱源沿著螺旋線移動(dòng)的過程中，溫度分布呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。靠近熱源移動(dòng)軌跡的區(qū)域溫度較高，形成了明顯的高溫帶，且隨著熱源的移動(dòng)而動(dòng)態(tài)變化。同時(shí)，熱流走向也表現(xiàn)出沿著螺旋線的趨勢(shì)，從熱源位置向周圍擴(kuò)散。 為了更直觀地展示結(jié)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。

Moving Heat Energy Source該ACT擴(kuò)展模型對(duì)高斯熱源的計(jì)算公式如下: E=熱能；C1 =光束半徑；C2 =功率強(qiáng)度；AC=吸收系數(shù)；(x0,y0,z0) =從“起點(diǎn)”到“路徑”距離“v x t”處熱流中心的瞬時(shí)位置；v =熱源移動(dòng)速度；t =時(shí)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(xiàn)在我來演示一下如何在ANSYS經(jīng)典中使用APDL語言施加高斯熱源，以及如何實(shí)現(xiàn)熱源的移動(dòng)。

abaqus中焊接中高斯面熱源和高斯體熱源程序

最近在做焊接方面的研究，在此分享一個(gè)焊接移動(dòng)熱源模擬的案例供大家參考。1，創(chuàng)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(shù)來源：https://www.matweb.com。abaqus仿真過程中一定注意各參數(shù)單位制統(tǒng)一。

為什么高斯圓錐體熱源不能在z軸上移動(dòng)呢？

如果只是單純的溫度場(chǎng)分析,將分析步類型設(shè)定為熱傳遞，分析步時(shí)間按照熱源移動(dòng)速度，模型大小計(jì)算得出。邊界條件：根據(jù)需求設(shè)定輻射、散熱系數(shù)。荷載選擇表面熱流，作用區(qū)域定位在熱源照射面。預(yù)定義場(chǎng)設(shè)定初始溫度。網(wǎng)格類型為DC3D8。提交計(jì)算： 提交作業(yè)，在通用模塊用戶子程序一欄鍵入.for子程序路徑。嗯，大概就這樣。

是因?yàn)?em>熱源加載的面是板的上表面，其實(shí)已經(jīng)暗含z的坐標(biāo)就是固定的了，所施加的是一個(gè)xoy面內(nèi)熱源分布，所以與z坐標(biāo)無關(guān)。 那么接下來就是如何實(shí)現(xiàn)熱源移動(dòng)的問題了，熱源移動(dòng)肯定是與速度有關(guān)，速度為0自然就是靜態(tài)的熱源分布，速度大于0才是一個(gè)移動(dòng)的熱源，那么與速度有關(guān)就是等效地說與時(shí)間有關(guān)，在ANSYS中時(shí)間{TIME}正好是一個(gè)變量，所以如何在公式中體現(xiàn)呢？

本貼以激光加熱為例，模擬高斯分布熱源勻速經(jīng)過兩塊金屬體接縫處的場(chǎng)景。本例還適用于激光加熱，粒子轟擊加熱等以移動(dòng)的高斯熱源加熱的場(chǎng)景。</strong></p><p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;本例使用激光功率500W，熱源移動(dòng)速度10mm/s，焊接使用兩塊不銹鋼板。

打開移動(dòng)熱源插件（如已打開，直接點(diǎn)擊“更新”按鈕即可）；打開方法：在菜單欄依次點(diǎn)擊Plug-ins -> ToolBoxes -> 自由熱源，點(diǎn)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(shí)間及熱源參數(shù)。本程序采用高斯面熱源，Rh為高斯熱源的尺寸參數(shù)。

因?yàn)樗粌H涉及復(fù)雜的熱-機(jī)耦合，還離不開讓無數(shù)工程師頭禿的Fortran子程序（DFLUX），更別提移動(dòng)熱源、生死單元技術(shù)，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(biāo)系怎么轉(zhuǎn)換？ 幾十道焊縫的分析步，手動(dòng)設(shè)置要累死人，怎么用Python自動(dòng)化？

圖2 材料屬性構(gòu)建3、 激光熱源子程序開發(fā)（1） 熱源特性：采用高斯分布模擬圓形激光束，功率密度函數(shù)為： 其中，P 為激光功率，r0為光斑半徑，r 為徑向坐標(biāo)（2） 子程序?qū)崿F(xiàn)：基于ABAQUS的用戶子程序接口（如DFLUX或HETVAL），編寫 Fortran/Python 程序生成動(dòng)態(tài)加載的圓形激光熱源，通過時(shí)間 - 空間函數(shù)控制熱源移動(dòng)軌跡

本人長(zhǎng)期從事ABAQUS軟件仿真模擬，擅長(zhǎng)平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺(tái)柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發(fā)（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應(yīng)力強(qiáng)度因子、J積分等），裂紋擴(kuò)展（XFEM擴(kuò)展有限元、cohesive element、cohesive surface

焊接分析中的關(guān)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(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，需要通過優(yōu)化網(wǎng)格和簡(jiǎn)化算法提升效率。

本案例講述了一個(gè)關(guān)于：熱通量15W/m^2、焊接速度3.33mm/min、熱效率0.87、熱圓半經(jīng)2mm的移動(dòng)熱源案例。