激光焊模拟新视角：热源模型的精准构建与应用

激光焊接的焊缝形貌为窄而深的“钉子状”，通常使用复合热源来实现，因此一般需要进行子程序开发。

下面对MSC.Marc和ABAQUS的激光焊接模拟进行简要介绍：

MSC.Marc：作为大型通用有限元软件，在焊接模拟方面独树一帜，在很早的版本中就添加了焊接模块（注意，非插件！！），提供了高斯面、双椭球等常用焊接热源，在设置焊接路径和焊缝填充的设置上非常方便，其中焊缝填充过程提供了生死单元法和静态单元法两种方案。Marc从2016版开始，添加了柱状热源，将其与高斯面热源复合，可作为激光焊的热源模型。但是该热源的热流密度在厚度方向上是均匀的（没有衰减），这与实际情况不符。常用的高斯面热源与高斯旋转体热源复合而成的激光焊热源模型，仍然需要子程序开发。

2.ABAQUS：同样作为大型通用有限元软件，与Marc同出一家，用户众多。在激光焊接模拟，甚至普通的焊接模拟方面，都需要子程序二次开发来实现。

3.14版本时代，abaqus推出过一款插件AWI，功能还算不错，但无奈ABAQUS求解器不支持逐渐激活，导致每焊接一步，就要建立1个（或2~3个）step，对于焊缝较多的仿真，很不方便；另外，该插件不支持选择热源模型，只能将焊缝单元设置为某一温度（比如熔点）。从2016版开始，ABAQUS求解器支持了逐渐激活（EPA，ELELMENT PROGRESSIVE ACTIVATION），以实现经典应用场景：焊接与3D打印；但热源模型和逐渐激活全都需要子程序开发，本人对新版本探索了一段时间，仍然觉得非常懵逼。好消息是，通过与Simulia的工程师交流，得知ABAQUS会推出相应的焊接插件（需额外license），可实现热源模型和逐渐激活的鼠标操作，另外支持free surface convection（FFS）和free surface radiation（RFS）。总的来说，ABAQUS的焊接模拟有点麻烦，但是这些麻烦不会让我们放弃ABAQUS，希望达索公司能够顾及相关应用场景。如果精力充足，本人可能开发专用的焊接插件，实现常用焊接模拟的前处理，敬请期待！