重型机械仿真软件：Abaqus二次开发_（5）.Abaqus用户子程序（UMAT、USDFLD等）开发.docx

PAGE1

PAGE1

Abaqus用户子程序（UMAT、USDFLD等）开发

用户子程序概述

Abaqus是一款功能强大的有限元分析软件，广泛应用于力学、材料科学、结构工程等领域。然而，Abaqus提供的标准材料模型和场函数并不能满足所有工程需求，特别是在重型机械仿真中，往往需要更复杂、更特定的材料行为和场函数。为此，Abaqus提供了用户子程序（UserSubroutines）的功能，允许用户自定义材料模型、场函数等，以扩展软件的功能。

用户子程序在Abaqus中以Fortran语言编写，通过编译后链接到Abaqus的执行文件中。常见的用户子程序包括UMAT（用户定义的材料模型）、USDFLD（用户定义的场函数）等。本节将详细介绍这些用户子程序的开发原理和具体实现方法。

UMAT子程序开发

UMAT（UserMaterial）子程序用于定义用户自定义的材料模型。通过UMAT，用户可以实现复杂的材料行为，如非线性弹性、塑性、蠕变等。UMAT子程序需要与Abaqus的材料库和求解器进行交互，因此其开发过程相对复杂。

UMAT子程序的基本结构

UMAT子程序的基本结构如下：

SUBROUTINEUMAT(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD,

1RPL,DDSDDT,DRPLDE,DRPLDT,

2STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF,DPRED,

3CMNAME,NDI,NSHR,NTENS,NSTATV,PROPS,NPROPS,

4COORDS,DROT,PNEWDT,CELENT,DFGRD0,DFGRD1,NOEL,

5NPT,LAYER,KSPT,KSTEP,KINC)

C

C用户自定义材料模型

C

INCLUDEABA_PARAM.INC

C

CHARACTER*80CMNAME

DIMENSIONSTRESS(NTENS),STATEV(NSTATV),

1DDSDDE(NTENS,NTENS),DDSDDT(NTENS),DRPLDE(NTENS),

2STRAN(NTENS),DSTRAN(NTENS),TIME(2),PREDEF(1),DPRED(1),

3PROPS(NPROPS),COORDS(3),DROT(3,3),DFGRD0(3,3),

4DFGRD1(3,3)

C

C用户自定义材料模型的计算

C

CALLCALCULATE_STRESS(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD,RPL,

1DDSDDT,DRPLDE,DRPLDT,STRAN,DSTRAN,TIME,

2DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF,DPRED,CMNAME,

3NDI,NSHR,NTENS,NSTATV,PROPS,NPROPS,

4COORDS,DROT,PNEWDT,CELENT,DFGRD0,DFGRD1,

5NOEL,NPT,LAYER,KSPT,KSTEP,KINC)

C

RETURN

END

UMAT子程序的参数说明

UMAT子程序的参数列表较长，以下是主要参数的说明：

STRESS(NTENS):当前应力状态，输出参数。

STATEV(NSTATV):内变量状态，输入和输出参数。

DDSDDE(NTENS,NTENS):切线刚度矩阵，输出参数。

SSE,SPD,SCD:弹性应变能、塑性耗散能和材料裂纹耗散能，输出参数。

RPL:小变形理论的塑性耗散能，输出参数。

DDSDDT(NTENS):应力关于温度的导数，输出参数。

DRPLDE(NTENS):塑性耗散能关于应变的导数，输出参数。

DRPLDT:塑性耗散能关于温度的导数，输出参数。

STRAN(NTENS):当前总应变，输入参数。

DSTRAN(NTENS):当前增量应变，输入参数。

TIME(2):当前步的