UMAT全過程技術(shù)篇

1、UMAT全過程-"技術(shù)篇"之一:相關(guān)知識標簽:  UMAT  技術(shù)篇  知識  2010-03-04 20:24  UMAT全過程-"技術(shù)篇"寫在前面:    這篇文章是UMAT全過程-感想篇的姊妹篇,答應(yīng)要給大家寫的一篇帖子,同時也是為了記錄自己的學(xué)習(xí)過程,與大家分享!首先指出,俺的"技術(shù)篇"-是加了引號的,因為確實稱不上有多么大的技術(shù)含量,還望大家莫笑偶!只不過一是跟那個感想篇形成一個對照,同時主要內(nèi)容為自己編子程序過程中涉及的技術(shù)邊邊上的小問題的一些

2、解決方法,供仿友們參考!偶不是謙虛,也不是一個低調(diào)的人,大家謝謝和支持的話,我先行謝過啦!更希望大家能提出質(zhì)疑或者別的更好的辦法,大家相互交流,共同進步!-*轉(zhuǎn)*入*正*題*第一部分:相關(guān)知識特別聲明,這部分來自于華中科技大學(xué)楊曼娟同學(xué)的碩士學(xué)位論文,在此對作者表示感謝!-大家可以去知網(wǎng)下載-1.ABAQUS中材料非線性問題的處理    ABAQUS中材料非線性問題用Newton-Raphson法來求解。首先將載荷分為若干個微小增量，結(jié)構(gòu)受到一個微小增量P。ABAQUS用與初始結(jié)構(gòu)位移相對應(yīng)的初始剛度矩陣K0和荷載增量P計算出結(jié)構(gòu)的在這一步增量后的位移修正Ca、修

3、正后的位移值Ua和相應(yīng)的新的剛度矩陣Ka。ABAQUS用新的剛度矩陣計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力Ia，荷載P和Ia的差值為迭代的殘余力Ra，即Ra=P-Ia。如果Ra在模型內(nèi)的每個自由度上的值都為零，如圖2-2中的a點，則結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)。但在非線性問題中，通常Ra是不可能為零，ABAQUS為此設(shè)置了一個殘余力容差。如果Ra小于這個數(shù)字，ABAQUS就認為結(jié)構(gòu)的內(nèi)外力是平衡的。一般這個缺省值取為平均內(nèi)力的0.5(如圖2-2)。     在Ra滿足小于殘余力容差的條件后，ABAQUS還要檢查位移修正系數(shù)Ca是否遠遠小于結(jié)構(gòu)的位移增量Ua=Ua-Uo.如果大于位移增量的1

4、，ABAQUS將自動繼續(xù)進行迭代。第二次迭代時，ABAQUS用剛度矩陣Ka和第一次迭代的殘余力Ra計算，得到一個新的位移修正值。同理，第二次迭代中ABAQUS用新的殘余力、新的位移系數(shù)，繼續(xù)驗證收斂性，直到收斂為止（如圖2-3）。因此非線性問題的計算量要比線性問題的計算量大得多，計算的時候需要分配更多的內(nèi)存和磁盤空間。    ABAQUS會自動調(diào)整荷載增量的大小，用戶只需合理的設(shè)置一個第一次迭代的增量值即可，如果用戶不給出第一次迭代的增量值，ABAQUS會在第一次迭代的過程中把設(shè)置的所有荷載都加到結(jié)構(gòu)上去，然后不斷的試算自動調(diào)整第一次迭代的增量大小。尋找一個增量值

5、的收斂解迭代的次數(shù)取決于系統(tǒng)非線性的程度。ABAQUS中缺省的設(shè)置是，如果在一個增量值的作用下，迭代16次以后結(jié)果仍不收斂，ABAQUS將放棄這個增量值，把增量取為前一次增量值的25再進行計算。如果ABAQUS在迭代次數(shù)小于5次的情況下就找到了收斂解，ABAQUS就自動把增量值增加50再進行計算，得到更為合理的增量值。2.用戶子程序接口    ABAQUS不僅提供標準的有限元分析程序，而且具有良好的開放性，可利用它提供的用戶子程序接口生成非標準的分析程序來滿足用戶的需要，在實際工程中得到廣泛應(yīng)用。ABAQUS允許用戶通過子程序以代碼的形式來擴展主程序的功能，并給用

6、戶提供了強大而又靈活的用戶子程序接口和應(yīng)用程序接口（Utility Routine），ABAQUS 6.4一共有42個用戶子程序接口，15個應(yīng)用程序接口，用戶可以定義包括邊界條件、荷載條件、接觸條件、材料特性以及利用用戶子程序和其它應(yīng)用軟件進行數(shù)值交換等等。這些用戶子程序接口使得用戶解決一些問題時有很大的靈活性，同時大大的擴充了ABAQUS的功能。例如：    通過用戶定義單元接口，用戶自定義的任何類型的線性或非線性單元都可以被引入模型中，對于線性單元剛度矩陣和質(zhì)量矩陣可以直接確定。同時，用戶子程序也可被用來定義這些單元的線性和非線性特性。  

7、  通過用戶材料子程序接口，用戶可定義任何補充的材料模型，不但任意數(shù)量的材料常數(shù)都可以作為資料被讀取，而且ABAQUS對于任何數(shù)量的與解相關(guān)的狀態(tài)變量在每一材料計數(shù)點都提供了存儲功能，以便在這些子程序中應(yīng)用。3.用戶子程序和主程序的結(jié)合    ABAQUS的用戶子程序是根據(jù)ABAQUS提供的相應(yīng)接口，按照Fortran語法，用戶自己編寫的代碼。它是一個獨立的程序單元，可以獨立的被存儲和編譯，也能被其它程序單元引用，因此，利用它可帶回大量數(shù)據(jù)供引用程序使用，也可以用它來完成各種特殊的功能。它的一般結(jié)構(gòu)形式是：    

8、   SUBROUTINE S(x1,x2,xn)      INCLUDEABA_PARAM.INC（用于ABAQUS/Standard用戶子程序中）      OR INCLUDEVABA_PARAM.INC)（用于ABAQUS/Explicit用戶子程序中）            RETURN      END 

9、   x1，x2，xn是ABAQUS提供的用戶子程序的接口參數(shù)，有些參數(shù)是ABAQUS傳到用戶子程序中的，例如SUBROUTINE DLOAD中的KSTEP、KINC、COORDS；有些是需要用戶自己定義的，例如F。文件aba_param.inc和vaba_param.inc隨著ABAQUS軟件的安裝而包含在操作系統(tǒng)中，它們含有重要的參數(shù)，幫助ABAQUS主求解程序?qū)τ脩糇映绦蜻M行編譯和鏈接。當控制遇到RETURN語句時便返回到引用程序單元中去，END語句是用戶子程序結(jié)束的標志。    在一個算例中，用戶可以用到多個用戶子程序，但必須

10、把它們放在一個以.for為擴展名的文件中。運行帶有用戶子程序的算例同時有兩種方法：一是在CAE中運行，在EDIT JOB菜單中的GENERAL子菜單的USER SUBROUTINE FILE對話框中選擇用戶子程序所在的文件即可；另外是在ABAQUS.COMMAND中運行，語法如下：        abaqus job=job-name user=source-file|object-file編制用戶子程序時應(yīng)注意:(1)用戶子程序相互之間不能調(diào)用，但可以調(diào)用用戶自己編寫的Fortran子程序和ABAQUS應(yīng)用程序。ABAQU

11、S應(yīng)用程序必須由用戶子程序調(diào)用。當用戶編寫Fortran子程序時，建議子程序名以K開頭，以免和ABAQUS內(nèi)部程序沖突。(2)當用戶在用戶子程序中利用OPEN打開外部文件時，要注意以下兩點：一是設(shè)備號的選擇是有限制的，只能取1518和大于100的設(shè)備號，其余的都已被ABAQUS占用；二是用戶需提供外部文件的絕對路徑而不是相對路徑。(3)對于不同的用戶子程序ABAQUS調(diào)用的時間是不同的，有的是在每個STEP的開始，有的是STEP的結(jié)尾，有的是在每個INCREMENT的開始等等。當ABAQUS調(diào)用用戶子程序時，都會把當前的STEP和INCREMENT利用用戶子程序的兩個實參KSTEP和KINC傳

12、給用戶子程序，用戶可把它們輸出到外部文件中，這樣就可清楚的知道ABAQUS何時調(diào)用該用戶子程序。為保證用戶子程序的正確執(zhí)行，子程序的書寫必須遵循ABAQUS的相關(guān)規(guī)定.4.用戶材料子程序UMAT接口的原理    用戶材料子程序（User-defined Material Mechanical Behavior，簡稱UMAT）是ABAQUS提供給用戶定義自己的材料屬性的Fortran程序接口，使用戶能使用ABAQUS材料庫中沒有定義的材料模型。用戶材料子程序UMAT通過與ABAQUS主求解程序的接口實現(xiàn)與ABAQUS的資料交流.在輸入文件中，使用關(guān)鍵詞“*USER

13、MATERIAL”表示定義用戶材料屬性。更詳細相關(guān)知識,請看帖子ABAQUS-UMAT-自學(xué)知識整理貼已經(jīng)初步完成,不斷完善更新,請跟帖討論    由于UMAT子程序在單元的積分點上調(diào)用，增量步開始時，主程序路徑將通過UMAT的接口進入UMAT，單元當前積分點必要變量的初始值將隨之傳遞給UMAT的相應(yīng)變量。在UMAT結(jié)束時，變量的更新值將通過接口返回主程序。ABAQUS調(diào)用UMAT過程及次數(shù)如圖2-4所示。  5.UMAT子程序流程    UMAT子程序采用Fortran語言編制，可以包括以下幾個部分：子程序定義語

14、句、ABAQUS定義的參數(shù)說明、用戶定義的局部變量說明、用戶編制的程序主體、子程序返回和結(jié)束語句。主要求解過程：每一個增量加載步開始時，ABAQUS主程序在單元的積分點上調(diào)用UMAT子程序，并傳入應(yīng)變增量、時間步長及荷載增量，同時也傳入當前已知狀態(tài)的應(yīng)力、應(yīng)變及其它與求解過程相關(guān)的變量；UMAT子程序根據(jù)本構(gòu)方程求解應(yīng)力增量并更新應(yīng)力及其它相關(guān)的變量，提供Jacobian矩陣給ABAQUS主程序以形成整體剛度矩陣；主程序結(jié)合當前荷載增量求解位移增量，繼而進行平衡校核；如果不滿足指定的誤差，ABAQUS將進行迭代直到認為收斂，然后進行下一增量步的求解。    ABA

15、QUS中應(yīng)力采用Cauchy應(yīng)力張量描述，剪應(yīng)變分量ij按照工程剪應(yīng)變的定義存儲。在求解的過程中，需記錄保存與求解過程相關(guān)的變量，這可以儲存在UMAT子程序的STATEV數(shù)組中，并且可以定義儲存的數(shù)量。對本文所述的本構(gòu)方程，定義了13個與求解過程相關(guān)的變量，即6個彈性應(yīng)變，6個塑性應(yīng)變，1個塑性參數(shù)增量。UMAT全過程-"技術(shù)篇"之二:子程序標簽:  子程序  UMAT  技術(shù)篇  2010-03-06 16:52 -*第二部分:子程序知識*- 寫在前面:這部分主要是寫我的子程序驗證運行過程中出現(xiàn)的問題,不是概論,僅僅是個例

16、  1.關(guān)于子程序驗證    重點是在將安裝完visual studio和Intel Fortran的兩個bat文件包含到path下,具體操作有很多精華帖,大家搜搜就可以了!2.子程序未通過驗證出現(xiàn)的問題    如果job提交后出現(xiàn)類似"problem during compilation - df.exe not found in PATH." 之類的涉及到.exe文件找不到的問題,就是沒有成功將Fortran或者visual studio的路徑加入到path當中,需要重新

17、加入.3.子程序通過驗證,提交job出現(xiàn)的問題· "problem during compilation" :這個就是你的.for文件本身有錯誤,無法編譯,你可以找出來好好檢查;注意,.for文件單獨編譯時,會提示你有一個錯誤,很多個警告,你要看懂這些信息,比如 · *:error FOR2934: lexical error: Cannot open INCLUDE file "ABA_PARAM.INC": No such file or directory 這個是正常錯誤信息,不用解釋了吧! · *:warn

18、ing FOR4269: unused dummy argument KINC:這個是因為你聲明的變量沒有定義,也屬于正常,因為子程序不一定會用到所有接口中聲明的變量.要注意看看你要用到的變量是否定義了,如果沒有定義,那么這是一個相當于錯誤的警告,要修改;其他的你不需要的就不用管它! · 其他基本'顧名思義'就能搞定· "problem during link-*mismatch*" :我的出現(xiàn)這個原因是因為我編譯好的.for文件被我移動到一個文件夾下面,但是我沒有同時移動相應(yīng)的VC+ workspace文件和Program D

19、ebug Database文件!其他可能的原因就可能是你安裝的visual studio和Intel Fortran版本與你的ABAQUS版本不匹配,這個情況可以搜索論壇相應(yīng)帖子!應(yīng)變及其分量 1 ）名義應(yīng)變及其分量 名義應(yīng)變又稱相對應(yīng)變或工程應(yīng)變、適用于小應(yīng)變分析。 名義應(yīng)變又可分線應(yīng)變和切應(yīng)變。 特點是,忽略變化過程中長度lo的變化 變形分量及其標號 2）對數(shù)應(yīng)變 假設(shè)物體內(nèi)兩質(zhì)點相距為 l0, 經(jīng)變形后距離為 ln, 則相對線應(yīng)變?yōu)?= （ln-l0）/l0 這種相對線應(yīng)變一般用于小應(yīng)變情況。而在實際變形過程中，長度 l0 系經(jīng)過無窮多個中間的數(shù)值變成 ln, 如 l0,l1,

20、l2,l3 ln-1,ln, 其中相鄰兩長度相差均極微小，由 l0-ln 的總的變形程度，可以近似地看作是各個階段相對應(yīng)變之和， 在應(yīng)變主軸方向保持不變的情況下應(yīng)變增量的總和。 對數(shù)應(yīng)變能真實地反映變形的積累過程，所以也稱真實應(yīng)變，簡稱為真應(yīng)變。 (1)相對應(yīng)變不能表示變形的實際情況 (2)對數(shù)應(yīng)變?yōu)榭莎B加應(yīng)變 (3)對數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變UMAT全過程-感想篇    一種合金材料SMA，一個一維的四段折線型本構(gòu)，對于做過的朋友們，以及現(xiàn)在的我看來，似乎不是什么困難的工作！   不過對于最初的我，剛剛接觸ABAQUS，建模都沒弄太明白呢，就添加本構(gòu)，當時是一頭霧水，除了知道我的目標-添加成功，其余都是一塌糊涂！   再者對于經(jīng)歷這個第一次添加的辛酸歷程的我，也是感慨良多！2010.01.05建模完成，到2010.02.25，差不多倆月的時間，才基本完工！· 一開始，看莊茁老師的【基于abaqus的有限元分析和應(yīng)用】中UMAT的例子，都看不明白！主要是：· 我的彈塑性