UMAT全过程技术篇Word格式.docx
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*转*入*正*题*
第一部分:
[特别声明,这部分来自于华中科技大学杨曼娟同学的硕士学位论文,在此对作者表示感谢!
--大家可以去知网下载]
1.ABAQUS中材料非线性问题的处理
ABAQUS中材料非线性问题用Newton-Raphson法来求解。
首先将载荷分为若干个微小增量，结构受到一个微小增量△P。
ABAQUS用与初始结构位移相对应的初始刚度矩阵K0和荷载增量△P计算出结构的在这一步增量后的位移修正Ca、修正后的位移值Ua和相应的新的刚度矩阵Ka。
ABAQUS用新的刚度矩阵计算结构的内力Ia，荷载P和Ia的差值为迭代的残余力Ra，即Ra=P-Ia。
如果Ra在模型内的每个自由度上的值都为零，如图2-2中的a点，则结构处于平衡状态。
但在非线性问题中，通常Ra是不可能为零，ABAQUS为此设置了一个残余力容差。
如果Ra小于这个数字，ABAQUS就认为结构的内外力是平衡的。
一般这个缺省值取为平均内力的0.5％（如图2-2）。
在Ra满足小于残余力容差的条件后，ABAQUS还要检查位移修正系数Ca是否远远小于结构的位移增量△Ua=Ua-Uo.如果大于位移增量的1％，ABAQUS将自动继续进行迭代。
第二次迭代时，ABAQUS用刚度矩阵Ka和第一次迭代的残余力Ra计算，得到一个新的位移修正值。
同理，第二次迭代中ABAQUS用新的残余力、新的位移系数，继续验证收敛性，直到收敛为止（如图2-3）。
因此非线性问题的计算量要比线性问题的计算量大得多，计算的时候需要分配更多的内存和磁盘空间。
ABAQUS会自动调整荷载增量的大小，用户只需合理的设置一个第一次迭代的增量值即可，如果用户不给出第一次迭代的增量值，ABAQUS会在第一次迭代的过程中把设置的所有荷载都加到结构上去，然后不断的试算自动调整第一次迭代的增量大小。
寻找一个增量值的收敛解迭代的次数取决于系统非线性的程度。
ABAQUS中缺省的设置是，如果在一个增量值的作用下，迭代16次以后结果仍不收敛，ABAQUS将放弃这个增量值，把增量取为前一次增量值的25％再进行计算。
如果ABAQUS在迭代次数小于5次的情况下就找到了收敛解，ABAQUS就自动把增量值增加50％再进行计算，得到更为合理的增量值。
2.用户子程序接口
ABAQUS不仅提供标准的有限元分析程序，而且具有良好的开放性，可利用它
提供的用户子程序接口生成非标准的分析程序来满足用户的需要，在实际工程中得
到广泛应用。
ABAQUS允许用户通过子程序以代码的形式来扩展主程序的功能，并
给用户提供了强大而又灵活的用户子程序接口和应用程序接口（UtilityRoutine），
ABAQUS6.4一共有42个用户子程序接口，15个应用程序接口，用户可以定义包括
边界条件、荷载条件、接触条件、材料特性以及利用用户子程序和其它应用软件进
行数值交换等等。
这些用户子程序接口使得用户解决一些问题时有很大的灵活性，
同时大大的扩充了ABAQUS的功能。
例如：
通过用户定义单元接口，用户自定义的任何类型的线性或非线性单元都可以被引入模型中，对于线性单元刚度矩阵和质量矩阵可以直接确定。
同时，用户子程序也可被用来定义这些单元的线性和非线性特性。
通过用户材料子程序接口，用户可定义任何补充的材料模型，不但任意数量的
材料常数都可以作为资料被读取，而且ABAQUS对于任何数量的与解相关的状态变
量在每一材料计数点都提供了存储功能，以便在这些子程序中应用。
3.用户子程序和主程序的结合
ABAQUS的用户子程序是根据ABAQUS提供的相应接口，按照Fortran语法，用户自己编写的代码。
它是一个独立的程序单元，可以独立的被存储和编译，也能被其它程序单元引用，因此，利用它可带回大量数据供引用程序使用，也可以用它来完成各种特殊的功能。
它的一般结构形式是：
SUBROUTINES（x1,x2,……,xn）
INCLUDE‘ABA_PARAM.INC’（用于ABAQUS/Standard用户子程序中）
ORINCLUDE‘VABA_PARAM.INC’）（用于ABAQUS/Explicit用户子程序中）
……
RETURN
END
x1，x2，……，xn是ABAQUS提供的用户子程序的接口参数，有些参数是ABAQUS传到用户子程序中的，例如SUBROUTINEDLOAD中的KSTEP、KINC、COORDS；
有些是需要用户自己定义的，例如F。
文件aba_param.inc和vaba_param.inc随着ABAQUS软件的安装而包含在操作系统中，它们含有重要的参数，帮助ABAQUS主求解程序对用户子程序进行编译和链接。
当控制遇到RETURN语句时便返回到引用程序单元中去，END语句是用户子程序结束的标志。
在一个算例中，用户可以用到多个用户子程序，但必须把它们放在一个以.for为
扩展名的文件中。
运行带有用户子程序的算例同时有两种方法：
一是在CAE中运行，
在EDITJOB菜单中的GENERAL子菜单的USERSUBROUTINEFILE对话框中选择用户子程序所在的文件即可；
另外是在ABAQUS.COMMAND中运行，语法如下：
abaqusjob=job-nameuser={source-file|object-file}
编制用户子程序时应注意:
（1）用户子程序相互之间不能调用，但可以调用用户自己编写的Fortran子程序
和ABAQUS应用程序。
ABAQUS应用程序必须由用户子程序调用。
当用户编写
Fortran子程序时，建议子程序名以K开头，以免和ABAQUS内部程序冲突。
（2）当用户在用户子程序中利用OPEN打开外部文件时，要注意以下两点：
一是
设备号的选择是有限制的，只能取15～18和大于100的设备号，其余的都已被
ABAQUS占用；
二是用户需提供外部文件的绝对路径而不是相对路径。
（3）对于不同的用户子程序ABAQUS调用的时间是不同的，有的是在每个STEP
的开始，有的是STEP的结尾，有的是在每个INCREMENT的开始等等。
当ABAQUS
调用用户子程序时，都会把当前的STEP和INCREMENT利用用户子程序的两个实
参KSTEP和KINC传给用户子程序，用户可把它们输出到外部文件中，这样就可清
楚的知道ABAQUS何时调用该用户子程序。
为保证用户子程序的正确执行，子程序的书写必须遵循ABAQUS的相关规定.
4.用户材料子程序UMAT接口的原理
用户材料子程序（User-definedMaterialMechanicalBehavior，简称UMAT）是
ABAQUS提供给用户定义自己的材料属性的Fortran程序接口，使用户能使用ABAQUS材料库中没有定义的材料模型。
用户材料子程序UMAT通过与ABAQUS主求解程序的接口实现与ABAQUS的资料交流.在输入文件中，使用关键词“*USERMATERIAL”表示定义用户材料属性。
[更详细相关知识,请看帖子ABAQUS-UMAT-自学知识整理贴[已经初步完成,不断完善更新,请跟帖讨论]
由于UMAT子程序在单元的积分点上调用，增量步开始时，主程序路径将通过
UMAT的接口进入UMAT，单元当前积分点必要变量的初始值将随之传递给UMAT
的相应变量。
在UMAT结束时，变量的更新值将通过接口返回主程序。
ABAQUS调用UMAT过程及次数如图2-4所示。
5.UMAT子程序流程
UMAT子程序采用Fortran语言编制，可以包括以下几个部分：
子程序定义语句、ABAQUS定义的参数说明、用户定义的局部变量说明、用户编制的程序主体、子程序返回和结束语句。
主要求解过程：
每一个增量加载步开始时，ABAQUS主程序在单元的积分点上调用UMAT子程序，并传入应变增量、时间步长及荷载增量，同时也传入当前已知状态的应力、应变及其它与求解过程相关的变量；
UMAT子程序根据本构方程求解应力增量并更新应力及其它相关的变量，提供Jacobian矩阵给ABAQUS主程序以形成整体刚度矩阵；
主程序结合当前荷载增量求解位移增量，继而进行平衡校核；
如果不满足指定的误差，ABAQUS将进行迭代直到认为收敛，然后进行下一增量步的求解。
ABAQUS中应力σ采用Cauchy应力张量描述，剪应变分量εij按照工程剪应变
的定义存储。
在求解的过程中，需记录保存与求解过程相关的变量，这可以储存在UMAT子程序的STATEV数组中，并且可以定义储存的数量。
对本文所述的本构方程，定义了13个与求解过程相关的变量，即6个弹性应变，6个塑性应变，1个塑性参数增量。
之二:
子程序
子程序
2010-03-0616:
52
-----------------------------------------------------------------------*第二部分:
子程序知识*
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这部分主要是写我的子程序验证\运行过程中出现的问题,不是概论,仅仅是个例]
1.关于子程序验证
重点是在将安装完visualstudio和IntelFortran的两个bat文件包含到path下,具体操作有很多精华帖,大家搜搜就可以了!
2.子程序未通过验证出现的问题
如果job提交后出现类似"
problemduringcompilation-df.exenotfoundinPATH."
之类的涉及到.exe文件找不到的问题,就是没有成功将Fortran[或者visualstudio]的路径加入到path当中,需要重新加入.
3.子程序通过验证,提交job出现的问题
∙"
problemduringcompilation"
:
这个就是你的.for文件本身有错误,无法编译,你可以找出来好好检查;
注意,.for文件单独编译时,会提示你有一个错误,很多个警告,你要看懂这些信息,比如
∙*******:
errorFOR2934:
lexicalerror:
CannotopenINCLUDEfile"
ABA_PARAM.INC"
Nosuchfileordirectory这个是正常错误信息,不用解释了吧!
∙********:
warningFOR4269:
unuseddummyargumentKINC:
这个是因为你声明的变量没有定义,也属于正常,因为子程序不一定会用到所有接口中声明的变量.要注意看看你要用到的变量是否定义了,如果没有定义,那么这是一个相当于错误的警告,要修改;
其他的你不需要的就不用管它!
∙其他基本'
顾名思义'
就能搞定
problemduringlink-*********mismatch******"
我的出现这个原因是因为我编译好的.for文件被我移动到一个文件夹下面,但是我没有同时移动相应的VC++workspace文件和ProgramDebugDatabase文件!
其他可能的原因就可能是你安装的visualstudio和IntelFortran版本与你的ABAQUS版本不匹配,这个情况可以搜索论坛相应帖子!
应变及其分量
1）名义应变及其分量
名义应变又称相对应变或工程应变、适用于小应变分析。
名义应变又可分线应变和切应变。
[特点是,忽略变化过程中长度lo的变化]
变形分量及其标号
2）对数应变
假设物体内两质点相距为l0,经变形后距离为ln,则相对线应变为
ε=（ln-l0）/l0
这种相对线应变一般用于小应变情况。
而在实际变形过程中，长度l0系经过无穷多个中间的数值变成ln,如l0,l1,l2,l3……ln-1,ln,其中相邻两长度相差均极微小，由l0-ln的总的变形程度，可以近似地看作是各个阶段相对应变之和，
在应变主轴方向保持不变的情况下应变增量的总和。
对数应变能真实地反映变形的积累过程，所以也称真实应变，简称为真应变。
（1）相对应变不能表示变形的实际情况
（2）对数应变为可叠加应变
（3）对数应变为可比应变
UMAT全过程-感想篇
一种合金材料SMA，一个一维的四段折线型本构，对于做过的朋友们，以及现在的我看来，似乎不是什么困难的工作！
不过对于最初的我，刚刚接触ABAQUS，建模都没弄太明白呢，就添加本构，当时是一头雾水，除了知道我的目标--添加成功，其余都是一塌糊涂！
再者对于经历这个‘第一次’添加的辛酸历程的我，也是感慨良多！
2010.01.05建模完成，到2010.02.25，差不多俩月的时间，才基本完工！
∙一开始，看庄茁老师的【基于abaqus的有限元分析和应用】中UMAT的例子，都看不明白！
主要是：
∙我的弹塑性力学，甚至弹性力学都学的不咋滴！
【不是偶懒惰、也是不偶笨拙，主要是个人求学经历坎坷，所学知识有限，思想认识也有限，以前只知道照本宣科，应付考试，从没深究过其中的道理！
⊙﹏⊙b汗！
】所以本构的知识得恶补！
看了两遍专业弹塑性力学书，算是悟到了一些知识！
不过，现学现卖，急于求成，有些浑沦吞枣，目前还是对增量理论还没有领悟深刻！
还得再看下！
∙对于abaqus子程序的原理还没有了解的透彻，甚至哪些变量是主程序传下来的，哪些变量是子程序需要更新的都不明白！
所以例子虽然看的有些明白了，但是自己写也是有点照葫芦画瓢，不会活学活用！
∙这个期间，在论坛结实了很多好心的仿真友，尤其是一些版主们，真是让我们感谢又感动，大家一起探讨学习,这里集体感谢了！
∙另外，特别感谢一下咱们的总版主：
【敦诚】，给予我关键性的指导和无私的热心帮助！
永远支持你，希望你以后天天开心一点！
∙后来，由于所编本构的特殊性，中间差不多半个多月的时间去研究UHYPER了！
【
】！
还好及时悬崖勒马！
2月19号回来，再次转回UMAT！
不得不又提到敦诚版主了，对于UMAT和主程序的相互关系，以及主程序中的各变量计算原理不是很明白的我，再次请教，版主给予的深刻的根本性的解释！
使我豁然开朗，当然这个原理没有一定的力学和有限元的知识是很难理解和消化的，我目前就是了解个大概，还得继续努力深究！
↖（^ω^）↗加油！
∙本构完成，就是调用去算了，看看是否是预期的本构形式！
可以建一个稍微简单的模型，或者一个单元的模型，试算一下！
∙还有工作要做，就这些，稍晚些，给大家奉上技术篇
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