【分享】ABAQUS中用户子程序UMAT的运用
2016-12-01 by:CAE仿真在线 来源:互联网
序言:ABAQUS为用户提供了二次开发程序接口,允许用户根据自己的需要编写适合的子程序,实现所需要的特定功能。在ABAQUS的子程序中,较为常用的UMAT(user defined material mechanical behavior)子程序,即用户自定义材料子程序。UMAT允许用户自定义材料的本构关系,如线弹性,弹塑性,蠕变等。(1)可以定义材料的本构关系,使用ABAQUS材料库中没有包含的材料进行计算,扩充程序功能。(2)几乎可以用于力学行为分析的任何分析过程,几乎可以把用户材料属性赋予ABAQUS中的任何单元;(3)必须在UMAT中提供材料本构模型的雅可比(Jacobian)矩阵,即应力增量对应变增量的变化率。(4)可以和用户子程序“USDFLD”联合使用,通过“USDFLD”重新定义单元每一物质点上传递到UMAT中场变量的数值。UMAT开始的变量声明由于主程序与UMAT之间存在数据传递,甚至共用一些变量,因此必须遵守有关书写格式,UMAT中常用的变量在文件开头予以定义,通常格式为: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'-----将ABAQUS本身自带的参量精度定义的文件包含进来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)---以上是变量声明user coding to define DDSDDE, STRESS, STATEV, SSE, SPD, SCD and if necessary, RPL, DDSDDT, DRPLDE, DRPLDT, PNEWDT----用户定义材料属性的Fortran程序RETURN------------------返回值END------------------------程序结束本文同样以二维悬臂梁拉伸案列来详细讲解UMAT子程序的功能。希望能对读者有所帮助。如图1所示,梁的左端固定,在梁的右端点施加均布载荷P,大小为3MPa,悬臂梁的材料为线弹性材料,弹性模量为E=210GPa,泊松比m=0.3。试建立一个二维平面应力有限元模型计算梁左端的位移和应力大小。在前面的文章(ABAQUS中悬臂梁拉伸INP建模实例)中已经介绍了悬臂梁模型的INP文件建模过程,在此不在累述。整个模型采用线弹性材料,故本例中UMAT子程序定义的材料本构模型为线弹性本构关系。本文在悬臂梁INP模型的基础上,通过修改INP文件中定义的材料的线弹性特征,引入UMAT子程序,并通过与未修改INP之前的模型计算结果作对比来验证UMAT子程序的正确性。计算后的结果如图2所示,图2(a)为INP建模与使用UMAT子程序计算后模型在最左端中间节点处沿X方向的位移变化情况。图2(b)为INP建模与使用UMAT子程序计算后模型在最左端中间单元处应力大小变化情况。通过对比可以发现二者完全吻合。说明本例中UMAT子程序定义的线弹性本构关系是合适的。
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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