第六講

寫UMAT或VUMAT概覽目的書寫UMAT或VUMAT所需要采取的步驟UMAT接口例子VUMAT接口例子概覽ABAQUS/Standard和ABAQUS/顯有接口，使用戶執(zhí)行本構(gòu)方程。-在ABAQUS/標準用戶定義的材料通過用戶子程序UMAT模型實施。-在ABAQUS/明確的用戶定義的材料通過用戶子程序VUMAT模型實施。當在ABAQUS素材庫中沒有任何一種已經(jīng)存在的材料，能夠準確反映當前用來建模所用材料的特性時，就需要使用UMAT和VUMAT進行建模。這些接口能夠確定各種復雜本構(gòu)關(guān)系的材料模型。用戶定義的材料模型可用于任何ABAQUS結(jié)構(gòu)元素類型。多用戶材料可通過一個單一的UMAT或VUMAT或一起使用。在這個講座，在UMAT或VUMAT中的材料模型的實施將會被討論并舉例說明目的為了模擬實驗結(jié)果而進行地高級的本構(gòu)模行測試往往需要復雜的有限元模型。先進的結(jié)構(gòu)element-復雜加載條件熱負荷-接觸和摩擦條件-靜態(tài)和動態(tài)分析如果本構(gòu)模型模擬不穩(wěn)定性和具有本地化現(xiàn)象的材料，特別的分析問題就會產(chǎn)生。-準靜態(tài)分析需要特別的解決方案。-魯棒元素配方應(yīng)當提供。-顯式動態(tài)的解決方案以及強大矢量聯(lián)系算法需要改進。此外，強大的功能要求隨時的可視化結(jié)果。（就是可以動態(tài)的可視化結(jié)果）-輪廓和路徑圖的狀態(tài)變量。-函數(shù)地塊。-列表的結(jié)果。材料模型的開發(fā)者應(yīng)當只關(guān)注的材料模型的發(fā)展，而不是有限元軟件的開發(fā)和維持。-發(fā)展和材料沒關(guān)系的建模方法-新系統(tǒng)的移植問題-用戶開發(fā)的代碼長期的計劃維持書寫UMAT或VUMAT所需要采取的步驟需要釆取的步驟書面UMAT或VUMAT:這就需要定義一個適當?shù)谋緲?gòu)方程,如下：-明確定義應(yīng)力（柯西應(yīng)力大變形應(yīng)用）-定義的應(yīng)力變化率（僅在corotational框架）此外，它很可能需要：-時間，溫度，或外地變量這些所依賴東西的定義-內(nèi)部狀態(tài)變量的定義，顯式的或者用帶有偏微分的函數(shù)。使用一個合適的一體化程序轉(zhuǎn)化本構(gòu)方程為增量方程：-向前歐拉（顯式積分）-向后歐拉（隱式積分）-中點法這是困難的部分！向前歐拉（顯式積分）集成方法簡單，但有一個穩(wěn)定極限，在這里，' 通常小于彈性應(yīng)變規(guī)模。-對于顯式積分時間增量必須控制。-對于隱式積分和中點法，算法更復雜，往往需要本地迭代（應(yīng)該是在每次循環(huán)中還有迭代，就是多重迭代吧）。然而通常沒有穩(wěn)定極限。-內(nèi)部狀態(tài)變量增量表達也必須得到。計算（一慣的）雅克比矩陣（只被ABAQUS/標準UMAT所需要）。對于小變形的問題（例如，線性彈性）或大變形問題但小體積的變化（例如金屬可塑性）一貫雅可比矩陣是這里，是（柯西）壓力增量，匕是增量應(yīng)變。（在有限應(yīng)變問題中，「是一個對數(shù)應(yīng)變的逼近值。）-由于本構(gòu)方程或一體化程序，可能是非對稱矩陣。-雅可比通常是逼近值，可能會發(fā)生很多二次方程的收斂貫的雅可比矩陣：-這是很容易計算出的前向一體化的方法（通常是彈性矩陣）。貫的雅可比矩陣：-如果大變形大體積的變化（例如，壓力塑性）其準確的形式是使用的雅克比矩陣必須確保迅速收斂。在這里，J是變形梯度的行列式超彈性本構(gòu)方程-共計形式（Totalform）本構(gòu)方程通常用來建立模型，該方程涉及到Cauchy應(yīng)力和變形梯度。舉個例如，橡膠彈性。-在這種情況下，一貫的雅可比的由下式定義：5g）=JCzbD,在這里，丿二「是材料雅可比，遼）是虛擬變形率，其定義是：&D=synA&FF-1）.編碼的UMAT或VUMAT：-按照語言77或C公約。-確保代碼可以被矢量化（只為VUMAT，將稍后討論）。-確保所有變量的定義和正確初始化。-要求使用ABAQUS實用例程。-為狀態(tài)變量分配足夠的存儲空間通過DEPVAR選項（暫時不懂）通過一個小的（i個元素就可以了）輸入文件驗證UMAT或VUMAT。。運行測試，規(guī)定所有的約束，來驗證核實壓力和狀態(tài)變量的混合運算。建議測試包括：-單軸-單軸斜方向-單軸有限輪換-有限剪切。生成類似的試驗，施加特定荷載以驗證雅可比的準確性。3。比較試驗結(jié)果與分析解決方案或標準ABAQUS材料模型，如果可能的話。如果上述核查成功的，應(yīng)用到更復雜的問題。UMAT接口下面的這些輸入作為一個到UMAT接口，在umat中，各向同性硬化材料被定義。*MATERIAL,NAME=ISOPLAS*USERMATERIAL,CONSTANTS=8,(UNSYMM)30.E6,0.3,30.E3,0.,40.E3,0.1,50.E3,0.5*DEPVAR13*INITIALCONDITIONS,TYPE=SOLUTIONDatalinetospecifyinitialsolution-dependentvariables*USERMATERIAL,C0NSTANTS=8,(UNSYMM)是用來為Umat輸入?yún)?shù)如果使用了(UNSYMM)這個參數(shù)，那么這個非系統(tǒng)的式子就可以被使用。添加的note:DEPVAR選項是用于在每一個材料點分配空間,這是為了計算依賴結(jié)果的狀態(tài)變量SDVs。*INITIALCONDITIONS,TYPE=SOLUTION這個選項是用來初始化SDVs如果他們開始在一個非零值。編碼UMAT提供在一個單獨的文件。調(diào)用的UMAT與ABAQUS同時執(zhí)行方法如下：Abaqusjob=...user= -用戶子程序援引時必須再重新分析的工程中(也就是說必須每次都重新開始)，因為用戶子程序不是被保存在重新啟動文件。附加說明：-如果使用常用材料的雅可比，而且沒有其他非線性出現(xiàn)，重組可通過援引擬牛頓方法避免(暫時也不懂)通過輸入*SOLUTIONTECHNIQUE,REFORMKERNEL=n解決方案技術(shù)， 改革內(nèi)核為N-n是一些沒有重組的情況下重復做的次數(shù)。-這并不具有更多的優(yōu)點，如果其他非線性(如聯(lián)系變化)都存在。?依賴狀態(tài)變量可以輸出通過標識符SDV1，SDV2等輪廓，路徑，SDVs的X-Y圖，可在ABAQUS/查看器繪制。?分析只包含一個單一的UMAT子程序。如果有一個以上的材料必須定義，再UMAT和分支嘗試測試的材料名稱。在UMAT子程序標題所示：SUBROUTINEUMAT(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD,RPL,1DDSDDT,DRPLDE,DRPLDT,STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,2PREDEF,DPRED,CMNAME,NDI,NSHR,NTENS,NSTATV,PROPS,NPROPS,3COORDS,DROT,PNEWDT,CELENT,DFGRD0,DFGRD1,NOEL,NPT,LAYER,4KSPT,KSTEP,KINC)CINCLUDE'ABA_PARAM.INC'CCHARACTER*8CMNAMECDIMENSIONSTRESS(NTENS),STATEV(NSTATV),DDSDDE(NTENS,NTENS),1DDSDDT(NTENS),DRPLDE(NTENS),STRAN(NTENS),DSTRAN(NTENS),2PREDEF(1),DPRED(1),PROPS(NPROPS),COORDS(3),DROT(3,3),DFGRD0(3,3),DFGRD1(3,3)-包含的聲明規(guī)定了適當?shù)母↑c變量的精度（實際*8的大部分機器）應(yīng)該是大部分機器都是*8的意思。-材料名稱，CMNAME，是一個8字節(jié)字符變量。Umat變量：下列數(shù)量有UMAT：-應(yīng)力，應(yīng)變，并SDVs開始時的增量-應(yīng)變增量，旋轉(zhuǎn)增量，增量開始和結(jié)束的變形梯度-時間，溫度，和用戶定義的局部變量的共計和增量值-材料常數(shù)，物力點的位置，和一個特點單元長度-元素，融合點，復合層號碼（供殼體和層狀固體）-當前步驟和增量號碼下列數(shù)量必須定義：-應(yīng)力，SDVs，和物質(zhì)雅克比矩陣以下變量可以定義：-應(yīng)變能，塑性耗散和“蠕變”耗散-提出了新的（減少）的時間增量完整的說明，所有參數(shù)中在第24章的ABAQUS/標準用戶手冊UMAT節(jié)部分。標題通常是其次標注當?shù)仃嚵?。它是良好的做法來確定常數(shù)通過參數(shù)，并將其列入評論。DIMENSIONEELAS(6),EPLAS(6),FLOW(6)CPARAMETER(ZERO=0.D0,ONE=1.D0,TWO=2.D0,THREE=3.D0,SIX=6.D0,1ENUMAX=.4999D0,NEWTON=10,TOLER=1.0D-6)CC CUMATFORISOTROPICELASTICITYANDISOTROPICMISESPLASTICITYCCANNOTBEUSEDFORPLANESTRESSC CPROPS(1)-ECPROPS(2)-NUCPROPS(3..)-YIELDANDHARDENINGDATACCALLSUHARDFORCURVEOFYIELDSTRESSVS.PLASTICSTRAINC PARAMETER給準確浮點常數(shù)定義賦值在任何平臺上。UMAT公用事業(yè)

實用例程SINV，SPRINC，SPRIND，并ROTSIG可以被調(diào)用協(xié)助編碼UMAT。-SINV將返回第一和第二不變量。SPRINC將返回的張量主應(yīng)力值（principalvalue）。SPRIND將返回的張量主應(yīng)力值（principalvalue）和其方向ROTSIG將旋轉(zhuǎn)張量矩陣。Exit退出將終止一項分析和關(guān)閉所有的文件，這些文件與正確分析有關(guān)聯(lián)對于詳細說明需要的論據(jù)，使這些要求，參閱ABAQUS/標準第24章UMAT部分和在其中的例子UMAT公約Umat公約應(yīng)力和應(yīng)變被存儲作為載體。-對于平面應(yīng)力內(nèi)容：-對于（廣義）平面應(yīng)變和軸對稱內(nèi)容：O11，。-對于（廣義）平面應(yīng)變和軸對稱內(nèi)容：O11，。22,° 33,12該剪應(yīng)變存儲為工2程剪應(yīng)變。12°13,2*€12=Y12變形梯度F..,總是存儲為一個三維矩陣。ijUMAT公式問題幾何非線性分析的應(yīng)變增量和增量旋轉(zhuǎn)納入常規(guī)都是基于Hughes-Winget公式。-線性應(yīng)變和旋轉(zhuǎn)增量在中期增量配置中計算。-逼近了,特別是如果旋轉(zhuǎn)增量很大：如果需要,從變形梯度可以得到更加準確地計量。用戶必須確定柯西應(yīng)力：在下一次增量中,此應(yīng)力會重新出現(xiàn)時,它會隨著增量旋轉(zhuǎn)已經(jīng)旋轉(zhuǎn)過了的，因此，程序中的DROT被引用到子程序。-如果這并不理想，應(yīng)力張量通過使用的實用工具ROTSIG可旋轉(zhuǎn)回去。如果*ORIENTATIONoption是結(jié)合使用UMAT，應(yīng)力，應(yīng)變元件將在本地系統(tǒng)（然而再次,伴隨有限應(yīng)變分析中的材料,此基礎(chǔ)系統(tǒng)將要旋轉(zhuǎn)）。張狀態(tài)變量必須旋轉(zhuǎn)再umat子程序中（使用ROTSIG）。如果UMAT用于簡化積分單元或剪切有彈性的殼或梁單元，沙漏剛度和橫向剪切剛度必須