激光焊模擬-熱源模型＋ABAQUS與MSC.Marc焊接模擬的簡要對比

激光焊接的焊縫形貌為窄而深的「釘子狀」，通常使用複合熱源來實現，因此一般需要進行子程序開發。

下面對MSC.Marc和ABAQUS的激光焊接模擬進行簡要介紹：

MSC.Marc：作為大型通用有限元軟體，在焊接模擬方面獨樹一幟，在很早的版本中就添加了焊接模塊（注意，非插件！！），提供了高斯面、雙橢球等常用焊接熱源，在設置焊接路徑和焊縫填充的設置上非常方便，其中焊縫填充過程提供了生死單元法和靜態單元法兩種方案。Marc從2016版開始，添加了柱狀熱源，將其與高斯面熱源複合，可作為激光焊的熱源模型。但是該熱源的熱流密度在厚度方向上是均勻的（沒有衰減），這與實際情況不符。常用的高斯面熱源與高斯旋轉體熱源複合而成的激光焊熱源模型，仍然需要子程序開發。

ABAQUS：同樣作為大型通用有限元軟體，與Marc同出一家，用戶眾多。在激光焊接模擬，甚至普通的焊接模擬方面，都需要子程序二次開發來實現。6.14版本時代，abaqus推出過一款插件AWI，功能還算不錯，但無奈ABAQUS求解器不支持逐漸激活，導致每焊接一步，就要建立1個（或2~3個）step，對於焊縫較多的模擬，很不方便；另外，該插件不支持選擇熱源模型，只能將焊縫單元設置為某一溫度（比如熔點）。從2016版開始，ABAQUS求解器支持了逐漸激活（EPA，ELELMENT PROGRESSIVE ACTIVATION），以實現經典應用場景：焊接與3D列印；但熱源模型和逐漸激活全都需要子程序開發，本人對新版本探索了一段時間，仍然覺得非常懵逼。好消息是，通過與Simulia的工程師交流，得知ABAQUS會推出相應的焊接插件（需額外license），可實現熱源模型和逐漸激活的滑鼠操作，另外支持free surface convection（FFS）和free surface radiation（RFS）。總的來說，ABAQUS的焊接模擬有點麻煩，但是這些麻煩不會讓我們放棄ABAQUS，希望達索公司能夠顧及相關應用場景。如果精力充足，本人可能開發專用的焊接插件，實現常用焊接模擬的前處理，敬請期待！

回到激光焊接，經典的高斯面熱源與高斯旋轉體熱源複合模型簡介如下（後附熱源效果）：

技術鄰專家介紹

hitliuyong

焊接技術博士 焊接模擬頂尖專家

擅長焊接模擬；熱力耦合分析；複雜焊接結構焊接變形模擬與控制。 熟練使用ABAQUS與MSC.Marc。 熟悉Fortran子程序開發，可構建激光、電子束、攪拌摩擦焊、旋轉電弧、擺動電弧等特殊熱源，可考慮相變、蠕變等現象。 提供答疑、培訓服務。

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