ABAQUS子程序UMAT的应用.doc

目 录 摘 要 I ABSTRACT II 1. 绪论 1 1.1. 课题的研究背景 1 1.2. 本文的研究内容和方法 2 2. 基于ABAQUS软件的二次开发 3 2.1. ABAQUS介绍 3 2.2. ABAQUS各模块简介 3 2.3. ABAQUS的二次开发平台 5 2.4. ABAQUS的二次开发语言 6 3. 用户材料子程序UMAT 8 3.1. UMAT开发环境设置 8 3.2. UMAT注意事项 9 3.3. UMAT接口的原理 10 3.4. UMAT的使用方法 12 4. 材料非线性问题 14 4.1. 材料的弹塑性本构关系 14 4.2. 非线性有限元算法理论 17 4.3. 增量理论常刚度法公式推导 20 4.4. 增量理论切线刚度法公式推导 21 5. UMAT程序设计和编码 25 5.1. 本构关系描述 25 5.2. 常刚度法程序设计 27 5.3. 常刚度法程序编码 29 5.4. 切线刚度法程序设计 32 5.5. 切线刚度法程序编码 35 5.6. 程序的调试 38 6. 程序验证 40 6.1. 问题描述 40 6.2. 本构关系 41 6.3. ABAQUS自带材料模型计算 41 6.4. 常刚度法的UMAT验证 43 6.5. 切线刚度法的UMAT验证 45 6.6. 两种算法的比较分析 47 7. 结论与展望 51 7.1. 结论 51 7.2. 展望 51 致 谢 53 参考文献 54 附1：ABAQUS自带弹塑性材料验证的INP文件 55 附2：用于算法验证的INP文件 61 摘 要 ABAQUS软件功能强大，特别是能够模拟复杂的非线性问题，它包括了多种材料本构关系及失效准则模型，并具有良好的开放性，提供了若干个用户子程序接口，允许用户以代码的形式来扩展主程序的功能。 本文主要研究了ABAQUS用户子程序UMAT的开发方法，采用FORTRAN语言编制了各向同性硬化材料模型的接口程序，研究该类材料的弹塑性本构关系极其实现方法。 本文紧紧围绕UMAT的二次开发技术，首先对其接口原理做了详细介绍，然后针对非线性有限元增量理论中的常刚度法和切线刚度法的算法理论做了深入的剖析，推导出了常刚度法和切线刚度法的算法理论的具体表达式，然后分别编制了两种算法的UMAT程序，最后建立了一个具体的验算模型，通过与ABAQUS自带弹塑性本构关系的计算结果相比较，验证两者的正确性。 本文还对常刚度法和切线刚度法得算法效率做了对比，得出了在非线性程度较高时切线刚度法效率高于常刚度法的结论。 关键字： ABAQUS、UMAT、有限元、材料非线性、FORTRAN、切线刚度 ABSTRACT ABAQUS software powerful, especially to simulate complex non-linear problem, which includes a wide range of material constitutive model and failure criteria, and has a good open, providing a number of user subroutine interface that allows users to code form to expand the functions of the main program. This paper studies the user subroutine UMAT of ABAQUS development methods, the use of FORTRAN language isotropic hardening material model of the interface program, studied the effects of such material is extremely elastic-plastic constitutive relation method. This article UMAT tightly around the secondary development of technology, the first principle of its interface detail, and then for the theory of nonlinear finite element incremental stiffness of the regular tangent stiffness method and the theory of algorithms to do an in-depth