“神笔马良”再现：Abaqus万能热源插件助力仿真

ABAQUS仿真平台不仅支持丰富的前后处理二次开发，还提供了多样的计算程序自定义接口，例如可通过DFLUX、VDFLUX子程序自定义非均匀分布的移动热源，实现各种焊接过程的热应力、温度场的仿真；可通过DLOAD、VDLOAD子程序自定义非均匀分布的表面压力载荷等等。

对于比较复杂的问题，热源和载荷的移动轨迹数目多、路径曲折，若要详细描述这些复杂的过程，需要根据模型的空间坐标位置相应地在Fortran程序中定义路径，这个过程往往伴随着大量的试错过程，是枯燥无味的，也占用大量时间。

为了解决上述问题，尽最大可能简化建模过程，缩短仿真周期，基于Python和Fortran联合对ABAQUS进行二次开发工作，实现了任意路径移动热源的快速建模。单热源程序之前已在论坛发布， (见：https://www.jishulink.com/content/post/1272428）

程序已完美支持多热源、多路径仿真。其中v2.0用于定义高斯面热源，v3.0为双椭球体热源。通过该程序可直接省略Fortran子程序的编程过程，让热源乖乖地沿着你设定的路径运行。因此对于不熟悉ABAQUS子程序的初学者是十分友好和适用的。

经过多个实例验证，该插件均顺利按照指定的路径、顺序以及功率参数生成了预期的移动热源。

实例一：同路径双热源

实例二：4条热源路径

实例三：10条热源路径

实例四：基于局部坐标系的热源定向技术

双椭球与高斯热源的主要区别不仅是体热源与面热源的区别，更关键的是，由于双椭球热源模型是非对称的，因此它具有方向性，下图是两种热源分布形态示意图。

本程序中，基于热源路径方向和表面法向定义了热源的局部坐标系，从而实现了双椭球热源随路径自适应地转换模型的方向。下图为双椭球热源的热通量云图，其中左侧没有考虑双椭球的方向，热流量分布不合理；右侧基于路径建立了双椭球热源的局部坐标系，使热源分布按路径不断变换方向。

使用说明：

本案例实现了高斯面热源和双椭球体热源两类程序（v2.0和v3.0），以表格的形式展开，每行代表一个热源。下图为高斯热源插件界面：

1. 准备原始模型，在模型中画出预期的移动路径；在装配模块建立好装配体；设置好材料属性；在需要加载高斯面热源的面上施加自定义表面热流载荷，如下图：（在需要加载双椭球体热源的结构体上施加自定义体积热流载荷）
2. 分别建立每条路径和起点的集（set），一般情况不必指定路径起点。
3. 打开移动热源插件（如已打开，直接点击“更新”按钮即可）；打开方法：在菜单栏依次点击Plug-ins -> ToolBoxes -> 自由热源，点击多路径按钮即弹出程序界面。
4. 在每一行选取需要的路径集，并指定起始时间及热源参数。本程序采用高斯面热源，Rh为高斯热源的尺寸参数。
5. 点击Apply按钮，根据提示确认每条路径的方向；在下方信息栏中会提示每条路径的时长，可根据提示调整分析步的时长设置。
6. 提交上一步自动生成的job（后缀为'-freeweld'），开始计算。

tips:

1. 自由热源插件包含高斯面热源和双椭球体热源两个版本，把解压后的文件夹放在"C:\Users\ 用户名 \abaqus_plugins"或者“工作路径 \abaqus_plugins"，再次打开Abaqus界面时，插件将被同时载入到 Plug-ins -> JayTools菜单，以及Plug-ins -> ToolBoxes -> 自由热源 工具条中。
2. Abaqus2016及更早版本中汉字显示乱码，可切换为英文界面，将lang.txt文件中的“zh_CN = 1”更改为“zh_CN = 0”即可；
3. 延申本插件，可用于DLOAD、VDLOAD子程序，生成指定路径的移动载荷。

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