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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(lái)源：https://www.matweb.com。abaqus仿真過(guò)程中一定注意各參數(shù)單位制統(tǒng)一。

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。

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

</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。

可以清晰地看到，在高斯熱源沿著螺旋線移動(dòng)的過(guò)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(lái)表示不同的溫度范圍，從而形成清晰的溫度梯度圖。

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(wú)關(guān)。 那么接下來(lái)就是如何實(shí)現(xiàn)熱源移動(dòng)的問(wèn)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(shuō)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？

很多人在使用ANSYS模擬焊接和增材制造過(guò)程中都面臨高斯熱源施加的難題，現(xiàn)在我來(lái)演示一下如何在ANSYS經(jīng)典中使用APDL語(yǔ)言施加高斯熱源，以及如何實(shí)現(xiàn)熱源的移動(dòng)。

一、背景： 移動(dòng)高斯熱源的數(shù)值模擬可以精確地模擬包括焊接在內(nèi)的各種工業(yè)過(guò)程。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焊接或激光切割過(guò)程中產(chǎn)生的瞬態(tài)熱場(chǎng)，對(duì)于預(yù)測(cè)由此產(chǎn)生的殘余應(yīng)力至關(guān)重要，而殘余應(yīng)力又影響壽命預(yù)測(cè)分析。目前Workbench中的瞬態(tài)熱分析模塊只能用于定義時(shí)間變化或空間變化的邊界條件。定義一個(gè)在空間上和時(shí)間上都不同的載荷，則需要使用APDL命令。這對(duì)很多初學(xué)者來(lái)說(shuō)比較困難。

做有限元仿真，焊接（Welding） 絕對(duì)是公認(rèn)的“硬骨頭”。為什么？因?yàn)樗粌H涉及復(fù)雜的熱-機(jī)耦合，還離不開讓無(wú)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？

焊接技術(shù)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(chǎn)生較為明顯的變形，成為研究重點(diǎn)。焊接分析中的關(guān)鍵問(wèn)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。

當(dāng)焊接熱源接近焊件某一點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)溫度迅速升高，而當(dāng)熱源逐漸遠(yuǎn)離時(shí)，該點(diǎn)又冷卻降溫。c.焊接熱過(guò)程的瞬時(shí)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(dá)1500℃/s以上)，即在極短的時(shí)間內(nèi)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(dòng)而使冷卻速度也很高。d.焊件傳熱過(guò)程的復(fù)合性焊接熔池中的液態(tài)金屬處于強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

很多人在使用ANSYS模擬焊接和增材制造過(guò)程中都面臨高斯熱源施加的難題，現(xiàn)在我來(lái)演示一下如何在ANSYS經(jīng)典中使用APDL語(yǔ)言施加高斯熱源，以及如何實(shí)現(xiàn)熱源的移動(dòng)。

DFLUX：Goldak 體熱源子程序（Fortran） - 8. 模型驗(yàn)證 - 9. 參考參數(shù)與推薦文獻(xiàn) 1. 為什么要做焊接/鍵合熱-力耦合？焊接/鍵合是強(qiáng)非線性、強(qiáng)非穩(wěn)態(tài)的多物理場(chǎng)過(guò)程：移動(dòng)熱源瞬時(shí)把能量輸入到極小體積，熱擴(kuò)散與對(duì)流/輻射把能量帶走，材料在不同溫度區(qū)間內(nèi)經(jīng)歷彈性–塑性–循環(huán)硬化乃至回復(fù)。

Marc軟件提供了多種熱源模型，包括雙橢球體熱源模型和體積熱源模型，能夠精確模擬焊接電弧的熱輸入。重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)整熱源參數(shù)，如熱流密度、熱源形狀和移動(dòng)速度，成功復(fù)現(xiàn)了焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布。2、考慮固態(tài)相變（SSPT）和軟化效應(yīng)（SE）在焊接過(guò)程中，材料的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相變，如奧氏體向貝氏體和馬氏體的轉(zhuǎn)變。

Marc軟件提供了多種熱源模型，包括雙橢球體熱源模型和體積熱源模型，能夠精確模擬焊接電弧的熱輸入。重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)整熱源參數(shù)，如熱流密度、熱源形狀和移動(dòng)速度，成功復(fù)現(xiàn)了焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布。2、考慮固態(tài)相變（SSPT）和軟化效應(yīng)（SE） 在焊接過(guò)程中，材料的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相變，如奧氏體向貝氏體和馬氏體的轉(zhuǎn)變。

激光復(fù)合焊除了汽車薄板結(jié)構(gòu)件的焊接，還適用于很多其它應(yīng)用。例如將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于混凝土泵和移動(dòng)式起重機(jī)臂架的生產(chǎn)，這些工藝需對(duì)高強(qiáng)度鋼進(jìn)行加工，傳統(tǒng)技術(shù)往往會(huì)因?yàn)樾枰渌o助工藝（如預(yù)熱）而導(dǎo)致成本的增加。再則，該技術(shù)也可應(yīng)用于軌道車輛的制造及常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)（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。

在有限元模擬中，重復(fù)移動(dòng)載荷（Repeated moving pressure）是結(jié)構(gòu)受力分析中用于等效模擬接觸載荷的一個(gè)重要手段，尤其在輪軌接觸、滾珠接觸、焊接熱源移動(dòng)等問(wèn)題研究中極為常見。本文主要介紹ABAQUS中橢圓形移動(dòng)載荷定義、法向和切向載荷模擬、子程序DLOAD和UTRACLOAD編程實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)建議與注意事項(xiàng)。

超聲波金屬焊接是利用高頻振動(dòng)波傳遞到兩個(gè)需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個(gè)金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合，其優(yōu)點(diǎn)在于快速、節(jié)能、熔合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、無(wú)火花、接近冷態(tài)加工； 缺點(diǎn)是所焊接金屬件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊點(diǎn)位不能太大、需要加壓。 激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。