【分享】ABAQUS中用戶子程序UMAT的運用
2016-12-01 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
序言:ABAQUS為用戶提供了二次開發(fā)程序接口,允許用戶根據(jù)自己的需要編寫適合的子程序,實現(xiàn)所需要的特定功能。在ABAQUS的子程序中,較為常用的UMAT(user defined material mechanical behavior)子程序,即用戶自定義材料子程序。UMAT允許用戶自定義材料的本構(gòu)關(guān)系,如線彈性,彈塑性,蠕變等。(1)可以定義材料的本構(gòu)關(guān)系,使用ABAQUS材料庫中沒有包含的材料進行計算,擴充程序功能。(2)幾乎可以用于力學(xué)行為分析的任何分析過程,幾乎可以把用戶材料屬性賦予ABAQUS中的任何單元;(3)必須在UMAT中提供材料本構(gòu)模型的雅可比(Jacobian)矩陣,即應(yīng)力增量對應(yīng)變增量的變化率。(4)可以和用戶子程序“USDFLD”聯(lián)合使用,通過“USDFLD”重新定義單元每一物質(zhì)點上傳遞到UMAT中場變量的數(shù)值。UMAT開始的變量聲明由于主程序與UMAT之間存在數(shù)據(jù)傳遞,甚至共用一些變量,因此必須遵守有關(guān)書寫格式,UMAT中常用的變量在文件開頭予以定義,通常格式為:SUBROUTINUMAT(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD,RPL,DDSDDT, 1DRPLDE,DRPLDT,STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF,DPRED 2CMNAME, NDI, NSHR, NTENS, NSTATV, PROPS, NPROPS, COORDS, DROT, 3PNEWDT, CELENT, DFGRD0, DFGRD1, NOEL, NPT, LAYER, KSPT, KSTEP, KINC)INCLUDE'ABA_PARAM.INC'-----將ABAQUS本身自帶的參量精度定義的文件包含進來DIMENSION STRESS (NTENS), STATEV (NSTATV),1 DDSDDE (NTENS, NTENS), DDSDDT (NTENS), DRPLDE (NTENS),2 STRAN(NTENS),DSTRAN(NTENS),TIME(2),PREDEF(1),DPRED(1),3PROPS(NPROPS),COORDS(3),DROT(3,3),DFGRD0(3,3),DFGRD1(3,3)---以上是變量聲明user coding to define DDSDDE, STRESS, STATEV, SSE, SPD, SCD and if necessary, RPL, DDSDDT, DRPLDE, DRPLDT, PNEWDT----用戶定義材料屬性的Fortran程序RETURN------------------返回值END------------------------程序結(jié)束本文同樣以二維懸臂梁拉伸案列來詳細講解UMAT子程序的功能。希望能對讀者有所幫助。如圖1所示,梁的左端固定,在梁的右端點施加均布載荷P,大小為3MPa,懸臂梁的材料為線彈性材料,彈性模量為E=210GPa,泊松比m=0.3。試建立一個二維平面應(yīng)力有限元模型計算梁左端的位移和應(yīng)力大小。在前面的文章(ABAQUS中懸臂梁拉伸INP建模實例)中已經(jīng)介紹了懸臂梁模型的INP文件建模過程,在此不在累述。整個模型采用線彈性材料,故本例中UMAT子程序定義的材料本構(gòu)模型為線彈性本構(gòu)關(guān)系。本文在懸臂梁INP模型的基礎(chǔ)上,通過修改INP文件中定義的材料的線彈性特征,引入UMAT子程序,并通過與未修改INP之前的模型計算結(jié)果作對比來驗證UMAT子程序的正確性。計算后的結(jié)果如圖2所示,圖2(a)為INP建模與使用UMAT子程序計算后模型在最左端中間節(jié)點處沿X方向的位移變化情況。圖2(b)為INP建模與使用UMAT子程序計算后模型在最左端中間單元處應(yīng)力大小變化情況。通過對比可以發(fā)現(xiàn)二者完全吻合。說明本例中UMAT子程序定義的線彈性本構(gòu)關(guān)系是合適的。圖2:懸臂梁位移與應(yīng)力結(jié)果對比圖
本例的INP程序
*user material, constants=2*solid section, elset=all, material=materialSUBROUTINEUMAT (STRESS, STATEV, DDSDDE, SSE, SPD, SCD, RPL, DDSDDT,1DRPLDE, DRPLDT, STRAN, DSTRAN, TIME, DTIME, TEMP, DTEMP, PREDEF, DPRED2 CMNAME, NDI, NSHR, NTENS, NSTATV, PROPS, NPROPS, COORDS, DROT,3PNEWDT, CELENT, DFGRD0, DFGRD1, NOEL, NPT, LAYER, KSPT, KSTEP, KINC)DIMENSION STRESS (NTENS), STATEV (NSTATV), DDSDDE (NTENS, NTENS)1 DDSDDT (NTENS, DRPLDE (NTENS), STRAN (NTENS), DSTRAN (NTENS),2 TIME(2),PREDEF(1),DPRED(1),PROPS(NPROPS),COORDS(3),DROT(3,3),3 DFGRD0 (3, 3), DFGRD1 (3,3) C UMAT FOR ISOTROPIC ELASTICITYC CANNOT BE USED FOR PLANE STRESSC----------------------------------------C---------------------------------------- DDSDDE (K1, K1) =EG2+ELAMSTRESS (K2) =STRESS(K2) +DDSDDE(K2,K1)*DSTRAN(K1)
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