Abaqus模拟焊接—基于Fortran的热源子程序

1 概述

Abaqus的二次开发一般用Python，而Abaqus中应用到的子程序（包括材料和载荷等）用Fortran编写。Abaqus的子程序接口比较多，在模拟焊接时对热源的描述只能采用子程序的方式进行加载。

2 热源

焊接时的热源其实是比较复杂的，但是为了便于计算，比较常用的做法是将热源采用高斯函数的形式进行描述。其形式如下，分别是直角坐标系下和极坐标系下。

这个方程的坐标值是基于热源中心的坐标，热源形式如图1所示：

图1 热源分布

3 建模

（1）Part

建立一个矩形平板如图2。

图2 Part

（2）Property

定义材料属性，热导率（Conductuvity），密度（Density），弹性模量（Elastic），膨胀系数（Expansion）、塑性参数（Plastic）、比热容（Specific Heat）。

图3 Property

（3）Assembly

建立组件。

（4）Step

焊接模拟如果只求温度场，那么就建立Heat Transfer载荷步，如果需要热应力，那么就需要建立耦合分析步，Couple temp-displacement 。定义两个载荷步分别是焊接过程和冷却过程，同时打开大变形。

图4 Step

根据需要设置Fieldoutput输出场数据和历史输出数据History Output.

（5）Interaction

平板的所有表面与外界存在对流传热，需要定义对流传热属性，对流传热系数Film condition，定义的时候还需要指定外界的温度。

图5 Interaction

（6）Load

焊接热源属于体热源，需要定义Body heat flux，热源只作用于第一个载荷步，体热源的作用对象是所有的体，不单单是焊接那一部分。定义热源时选择用户自定义（User-defined），由子程序加载。

图 6 Heat flux

然后施加约束。

再然后通过Predefined Field Manager管理器定义初始温度。

图7 Predefined Field

（7）Mesh

单元类型同样根据载荷步选择，热结构耦合单元对应的 Coupled Temperature-Displacement类型。

图8 Mesh（Element Type-Coupled Temperature-Displacement）

（8）Job

创建Job，并且指定需要加载的用户子程序。

图9 Job（subroutine）

（9）Submit

生成Input File，求解运算。

4 用户子程序

热源采用Fortran编写，主要格式如下：

SUBROUTINEDFLUX(FLUX,SOL,JSTEP,JINC,TIME,NOEL,NPT,COORDS,JLTYP,

     1                 TEMP,PRESS,SNAME)

      INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'

      parameter(one=1.d0,three=3.d0)

      DIMENSION COORDS(3),FLUX(2),TIME(2)

      CHARACTER*80 SNAME

      RETURN

中间为过程

中间为过程

中间为过程

      end subroutine DFLUX

!JSTEP,JINC为当前传到用户子程序的STEP和INCREMENT值；

!TIME（1）、TIME(2)为当前STEP TIME 和INCREMENTTIME的值；

!NOEL，NPT为积分点所在单元的编号和积分点的编号；

!CORRDS为当前积分点的坐标；

!除FLUX外其他都是Abaqus传到用户子程序中的

通过速度、时间和坐标等即可编写具体的热源移动程序。