UMAT全過程技術(shù)篇

1、UMAT全過程-"技術(shù)篇"之一:相關(guān)知識(shí)標(biāo)簽:  UMAT  技術(shù)篇  知識(shí)  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(shí)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(hào)的,因?yàn)榇_實(shí)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(gè)感想篇形成一個(gè)對(duì)照,同時(shí)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(gè)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(jìn)步!-*轉(zhuǎn)*入*正*題*第一部分:相關(guān)知識(shí)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(duì)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(gè)微小增量，結(jié)構(gòu)受到一個(gè)微小增量P。ABAQUS用與初始結(jié)構(gòu)位移相對(duì)應(yīng)的初始剛度矩陣K0和荷載增量P計(jì)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(jì)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(gè)自由度上的值都為零，如圖2-2中的a點(diǎn)，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(gè)殘余力容差。如果Ra小于這個(gè)數(shù)字，ABAQUS就認(rèn)為結(jié)構(gòu)的內(nèi)外力是平衡的。一般這個(gè)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dòng)繼續(xù)進(jìn)行迭代。第二次迭代時(shí)，ABAQUS用剛度矩陣Ka和第一次迭代的殘余力Ra計(jì)算，得到一個(gè)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(yàn)證收斂性，直到收斂為止（如圖2-3）。因此非線性問題的計(jì)算量要比線性問題的計(jì)算量大得多，計(jì)算的時(shí)候需要分配更多的內(nèi)存和磁盤空間。    ABAQUS會(huì)自動(dòng)調(diào)整荷載增量的大小，用戶只需合理的設(shè)置一個(gè)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(huì)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(dòng)調(diào)整第一次迭代的增量大小。尋找一個(gè)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(gè)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(gè)增量值，把增量取為前一次增量值的25再進(jìn)行計(jì)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(dòng)把增量值增加50再進(jìn)行計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的分析程序來滿足用戶的需要，在實(shí)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(kuò)展主程序的功能，并給用

6、戶提供了強(qiáng)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(gè)用戶子程序接口，15個(gè)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(jìn)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(shí)有很大的靈活性，同時(shí)大大的擴(kuò)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(duì)于線性單元?jiǎng)偠染仃嚭唾|(zhì)量矩陣可以直接確定。同時(shí)，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(bǔ)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(duì)于任何數(shù)量的與解相關(guān)的狀態(tài)變量在每一材料計(jì)數(shù)點(diǎn)都提供了存儲(chǔ)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(gè)獨(dú)立的程序單元，可以獨(dú)立的被存儲(chǔ)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(jìn)行編譯和鏈接。當(dāng)控制遇到RETURN語句時(shí)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(biāo)志。    在一個(gè)算例中，用戶可以用到多個(gè)用戶子程序，但必須

10、把它們放在一個(gè)以.for為擴(kuò)展名的文件中。運(yùn)行帶有用戶子程序的算例同時(shí)有兩種方法：一是在CAE中運(yùn)行，在EDIT JOB菜單中的GENERAL子菜單的USER SUBROUTINE FILE對(duì)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(yùn)行，語法如下：        abaqus job=job-name user=source-file|object-file編制用戶子程序時(shí)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(dāng)用戶編寫Fortran子程序時(shí)，建議子程序名以K開頭，以免和ABAQUS內(nèi)部程序沖突。(2)當(dāng)用戶在用戶子程序中利用OPEN打開外部文件時(shí)，要注意以下兩點(diǎn)：一是設(shè)備號(hào)的選擇是有限制的，只能取1518和大于100的設(shè)備號(hào)，其余的都已被ABAQUS占用；二是用戶需提供外部文件的絕對(duì)路徑而不是相對(duì)路徑。(3)對(duì)于不同的用戶子程序ABAQUS調(diào)用的時(shí)間是不同的，有的是在每個(gè)STEP的開始，有的是STEP的結(jié)尾，有的是在每個(gè)INCREMENT的開始等等。當(dāng)ABAQUS調(diào)用用戶子程序時(shí)，都會(huì)把當(dāng)前的STEP和INCREMENT利用用戶子程序的兩個(gè)實(shí)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(shí)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(jiǎn)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(shí)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(xì)相關(guān)知識(shí),請(qǐng)看帖子ABAQUS-UMAT-自學(xué)知識(shí)整理貼已經(jīng)初步完成,不斷完善更新,請(qǐng)跟帖討論    由于UMAT子程序在單元的積分點(diǎn)上調(diào)用，增量步開始時(shí)，主程序路徑將通過UMAT的接口進(jìn)入U(xiǎn)MAT，單元當(dāng)前積分點(diǎn)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(shí)，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(gè)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(gè)增量加載步開始時(shí)，ABAQUS主程序在單元的積分點(diǎn)上調(diào)用UMAT子程序，并傳入應(yīng)變?cè)隽?、時(shí)間步長(zhǎng)及荷載增量，同時(shí)也傳入當(dāng)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(dāng)前荷載增量求解位移增量，繼而進(jìn)行平衡校核；如果不滿足指定的誤差，ABAQUS將進(jìn)行迭代直到認(rèn)為收斂，然后進(jìn)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(chǔ)。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(chǔ)存在UMAT子程序的STATEV數(shù)組中，并且可以定義儲(chǔ)存的數(shù)量。對(duì)本文所述的本構(gòu)方程，定義了13個(gè)與求解過程相關(guān)的變量，即6個(gè)彈性應(yīng)變，6個(gè)塑性應(yīng)變，1個(gè)塑性參數(shù)增量。UMAT全過程-"技術(shù)篇"之二:子程序標(biāo)簽:  子程序  UMAT  技術(shù)篇  2010-03-06 16:52 -*第二部分:子程序知識(shí)*- 寫在前面:這部分主要是寫我的子程序驗(yàn)證運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題,不是概論,僅僅是個(gè)例

16、  1.關(guān)于子程序驗(yàn)證    重點(diǎn)是在將安裝完visual studio和Intel Fortran的兩個(gè)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(yàn)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(dāng)中,需要重新

17、加入.3.子程序通過驗(yàn)證,提交job出現(xiàn)的問題· "problem during compilation" :這個(gè)就是你的.for文件本身有錯(cuò)誤,無法編譯,你可以找出來好好檢查;注意,.for文件單獨(dú)編譯時(shí),會(huì)提示你有一個(gè)錯(cuò)誤,很多個(gè)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(gè)是正常錯(cuò)誤信息,不用解釋了吧! · *:warn

18、ing FOR4269: unused dummy argument KINC:這個(gè)是因?yàn)槟懵暶鞯淖兞繘]有定義,也屬于正常,因?yàn)樽映绦虿灰欢〞?huì)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(gè)相當(dāng)于錯(cuò)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(gè)原因是因?yàn)槲揖幾g好的.for文件被我移動(dòng)到一個(gè)文件夾下面,但是我沒有同時(shí)移動(dòng)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(gè)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(duì)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(diǎn)是,忽略變化過程中長(zhǎng)度lo的變化 變形分量及其標(biāo)號(hào) 2）對(duì)數(shù)應(yīng)變 假設(shè)物體內(nèi)兩質(zhì)點(diǎn)相距為 l0, 經(jīng)變形后距離為 ln, 則相對(duì)線應(yīng)變?yōu)?= （ln-l0）/l0 這種相對(duì)線應(yīng)變一般用于小應(yīng)變情況。而在實(shí)際變形過程中，長(zhǎng)度 l0 系經(jīng)過無窮多個(gè)中間的數(shù)值變成 ln, 如 l0,l1,

20、l2,l3 ln-1,ln, 其中相鄰兩長(zhǎng)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(gè)階段相對(duì)應(yīng)變之和， 在應(yīng)變主軸方向保持不變的情況下應(yīng)變?cè)隽康目偤汀?對(duì)數(shù)應(yīng)變能真實(shí)地反映變形的積累過程，所以也稱真實(shí)應(yīng)變，簡(jiǎn)稱為真應(yīng)變。 (1)相對(duì)應(yīng)變不能表示變形的實(shí)際情況 (2)對(duì)數(shù)應(yīng)變?yōu)榭莎B加應(yīng)變 (3)對(duì)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(gè)一維的四段折線型本構(gòu)，對(duì)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(duì)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(dāng)時(shí)是一頭霧水，除了知道我的目標(biāo)-添加成功，其余都是一塌糊涂！   再者對(duì)于經(jīng)歷這個(gè)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(shí)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