Abaqus-Goldak 热源详解
介绍
本文详细探讨 Abaqus 中应用Goldak热源 的复杂性。Goldak 热源模型在模拟焊接和增材制造模拟时应用广泛。
Goldak 热源模型
Goldak 等效热源 (EHS) 模型被广泛用作估计电弧焊工艺（尤其是熔化极气体保护焊 (GMAW)）中热输入的重要方法。焊接结构模拟通常使用基于有限元法（FEM）的方法。因其在焊接过程中涉及热与应力综合行为，类似于熔化的焊池；然而，该模型确实有局限性。主要是它很难准确地描述焊缝和熔合区附近的温度场。它在热量分布的中心表现出高能量密度，从而影响预测的准确性。
Goldak 热源模型是模拟增材制造过程的关键部分。它涉及定义构建过程中热量输入的热通量参数。在本文中，我们精心选择了模型参数，例如b=70× 10−3 mm、a=65× 10−3 mm、𝑐𝑓=50× 10−3 mm、𝑐𝑟=133× 10−3 mm ，𝑓𝑓=0.6，𝑓𝑟=1.4，𝑓𝑓+𝑓𝑟=2，以及𝑓𝑓/𝑓𝑟=𝑐𝑓/𝑐𝑟。毫无疑问，这些参数在捕获热量分布和预测制造零件的机械性能方面发挥着至关重要的作用。在这种情况下，我们将深入分析所使用的参数。
Goldak参数
参数“b” ：参数“b”表示热源轮廓的宽度。它决定增材制造过程中热源产生的热影响区 (HAZ) 的大小。（以毫米为单位，mm）。
参数“a”：表示热源剖面的最大深度，定义了材料的穿透深度（以毫米、mm 为单位）。
参数“𝑐𝑓”：表示热源距材料顶面的垂直偏移（以毫米为单位）。
参数“𝑐𝑟”：与“𝑐𝑓”类似，但定义距底面的偏移量（以毫米为单位）。
参数“𝑓𝑓”：表示AM期间热源前部发出的总热量的比例（无量纲，范围从0到1）。
参数“𝑓𝑟”：表示热源后部发出的总热量的比例，类似于“𝑓𝑓”（无量纲，范围从0到1）。
参数“𝑓𝑓 + 𝑓𝑟”：表示热源前部和后部发出的热量分数之和。
参数“𝑓𝑓 / 𝑓𝑟”：代表前部与后部散发的热量之比。
这些参数在确定增材制造过程中的热输入和能量分布方面起着至关重要的作用。
复杂路径的 DFLUX 子程序
通过使用 DFLUX 子程序，我们概述了与增材制造 (AM) 工艺相关的复杂路径。每层包含 4 个轨道，轨道之间有 2 个单位的间隙，对于忠实模拟沉积过程至关重要。在此过程中，激光束遵循预定轨迹，有效地熔化和熔合材料。
热模型开发
热模型开发是模拟过程中的关键步骤，涉及厚度为 0.03 mm/层的几何形状和 0.5 mm的基体厚度。网格模型直观地表示在模拟的零件。从传热步骤到静态一般步骤的过渡允许考虑模型中的力学性能。模拟从 ODB 文件导入热数据，并将单元类型从 DC3D8 更改为 C3D8。
力学模型开发算法
开发力学模型的算法是一个循序渐进的过程，对于预测零件在负载下的行为至关重要，涉及向材料添加力学性能。此外，还包括更改步骤类型、导入热数据和定义边界条件，所有这些对于创建增材制造过程的真实模拟至关重要。
结论
总之，本文使用 Goldak 热源模型在 Abaqus 中的 应用过程。强调精确模型开发的重要性，这需要仔细选择合适的热通量参数和描述复杂的路径，以及从热建模到机械建模的无缝过渡。这种综合方法在预测增材制造 (AM) 部件的性能并保证其结构健全性方面发挥着关键作用。
Goldak 等效热源 (EHS) 模型广泛用于电弧焊，特别是熔化极气体保护焊 (GMAW)。它精确地分配电弧焊过程的热量，类似于熔化的焊池。然而，该模型在准确表示焊缝和熔合区附近的温度场方面存在局限性，在热分布中心表现出非物理能量密度。为了解决这些限制， Mokorov 等人。建议对 Goldak EHS 模型进行修改，用指数对称分布替换基础正态分布方程，以获得更均匀分布的热源。此外，还提出了第二个修改方案，将后椭球体处的热量仅分布在焊缝增强金属中，并阻止热量进入焊接板中的 EHS 后下部。建议进一步研究这项研究，以更深入地了解 Goldak 和这些修改。
