UMAT子程序在复合材料强度分析中的应用.doc

UMAT子程序在复合材料强度分析中的应用UMAT子程序在复合材料强度分析中的应用本例使用UMAT用户子程序进行复合材料单层板的应力分析和渐进损伤压缩强度分析，介绍UMAT用户子程序编写方法及在Abaqus/CAE中的设置本章使用最大应变强度理论作为复合材料单层板的失效准则，相应的Fortran程序简单易读，便于理解UAMT子程序的工作原理.知识要点：Ø 强度分析Ø UMAT用户子程序Ø 最大应变理论Ø 刚度折减讲师：孔祥宏版本：Abq 6.14难度：关键词：强度分析，UMAT&.1 本章内容简介本章通过两个实例介绍UMAT用户子程序在复合材料单层板的应力分析和强度分析中的应用在第一个实例中，对一个简单的复合材料单层板进行应力分析,UMAT子程序主要计算应力，不进行强度分析，本例用于验证UMAT子程序的计算精度在第二个实例中，对复合材料单层板进行渐进损伤强度分析，UMAT子程序用于应力计算、强度分析和刚度折减本章所用复合材料为T700/BA9916,材料属性如表&-1所示表＆-1 T700/BA9916材料属性参数值强度值E1/GPa114XT/MPa2688E2/GPa8.61XC/MPa1458E3/GPa8。

61YT/MPa69.5μ1203YC/MPa236μ130.3ZT/MPa55.5μ230.45ZC/MPa175G12/GPa4.16SXY/MPa136G13/GPa4.16SXZ/MPa136G23/GPa30SYZ/MPa95.6&.2 实例一：UMAT用户子程序应力分析在使用UMAT用户子程序进行高级应用之前,应该先了解UMAT子程序,熟悉UMAT子程序的工作原理，了解UMAT中的参数、变量的含义为了便于读者快速了解和使用UMAT，本例通过复合材料单层板的应力分析来介绍一个简单的UMAT子程序.读者可将本例中的单层板替换为层压板，进行对比分析2.1问题描述复合材料单层板几何尺寸为15mm×10mm×0.15mm，纤维方向为45°,单层板的3D实体模型如图＆—1所示，X轴方向为0°方向,左侧面施加X轴向对称边界条件，下侧面施加Y轴向对称边界条件，垂直于Z轴且Z=0的平面施加Z轴向对称边界条件，右侧面施加100MPa的拉力.图＆—1 单层板边界条件及加载情况本例中单位系统为mm、MPa2 UMAT用户子程序本例使用的UMAT用户子程序UMAT—Stressfor的全部代码如下，字母C及“!"之后为注释内容。

1 SUBROUTINE UMAT（STRESS，STATEV,DDSDDE,SSE,SPD，SCD，2 1 RPL，DDSDDT，DRPLDE，DRPLDT，3 2 STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF，DPRED,CMNAME，4 3 NDI,NSHR,NTENS，NSTATV,PROPS,NPROPS,COORDS，DROT，PNEWDT,5 4 CELENT，DFGRD0,DFGRD1，NOEL，NPT,LAYER,KSPT，JSTEP,KINC)6 C 7 INCLUDE 'ABA_PARAMINC'8 C 9 CHARACTER＊80 CMNAME10 DIMENSION STRESS(NTENS）,STATEV（NSTATV)，11 1 DDSDDE(NTENS，NTENS）,DDSDDT（NTENS),DRPLDE(NTENS),12 2 STRAN(NTENS），DSTRAN(NTENS),TIME（2),PREDEF（1),DPRED（1），13 3 PROPS(NPROPS)，COORDS（3）,DROT（3,3）,DFGRD0（3,3)，DFGRD1（3,3),14 4 JSTEP（4）15 16 DIMENSION EG（6）, XNU（3,3), STRAND(6), C（6，6), STRESS0（6）17 C*＊＊***＊＊＊*＊**＊**＊＊＊**＊＊*****18 C EG。

E1，E2，E3，G12，G13，G2319 C XNU.NU12,NU21，NU13,NU31,NU23，NU3220 C STRAND....STRAINT AT THE END OF THE INCREMENT21 C C6X6 STIFFNESS MATRIX22 C STRESS0..STRESS AT THE BEGINNING OF THE INCREMENT23 C＊*＊***＊＊＊＊****＊＊＊*＊＊＊****＊＊＊24 C INITIALIZE XNU & C MATRIX25 XNU=026 C=027 C GET THE MATERIAL PROPERTIES—--ENGINEERING CONSTANTS28 EG(1) = PROPS（1) ！E1,YOUNG’S MODULUS IN DIRECTION 129 EG(2) = PROPS（2) ！E2，YOUNG'S MODULUS IN DIRECTION 230 EG（3) = EG（2） ！E3，YOUNG'S MODULUS IN DIRECTION 331 XNU(1，2） = PROPS（3） !POISON'S RATIO POI_1232 XNU（2，1) = XNU(1，2）＊EG(2)/EG（1) ！POISON'S RATIO POI_2133 XNU(1,3) = XNU（1，2) ！POISON’S RATIO POI_1334 XNU（3,1) = XNU(1，3)*EG（3）/EG（1） ！POISON’S RATIO POI_3135 XNU（2，3) = PROPS（4） ！POISON'S RATIO POI_2336 XNU（3,2) = XNU（2,3）＊EG(3）/EG（2) !POISON’S RATIO POI_3237 EG(4) = PROPS（5) !G12,SHEAR MODULUS IN 12 PLANE38 EG(5） = EG(4） !G13，SHEAR MODULUS IN 13 PLANE39 EG（6) = PROPS(6） !G23,SHEAR MODULUS IN 23 PLANE40 C*****＊＊＊**＊＊**＊＊*＊**＊＊*＊＊＊**41 C FILL THE 6X6 STIFFNESS MATRIX C(6，6)42 RNU = 1/(1-XNU(1,2)＊XNU(2,1）-XNU(1,3)＊XNU（3，1）-43 1 XNU(3,2)＊XNU（2，3)—2＊XNU(1，3)*XNU（2,1)＊XNU(3,2））44 C STIFFNESS MATRIX C(6,6)45 C(1，1） = EG（1）＊（1-XNU(2,3）＊XNU(3，2））*RNU46 C(2，2) = EG(2)*（1-XNU(1，3)＊XNU（3，1))＊RNU47 C（3，3) = EG（3）＊（1—XNU(1，2)*XNU（2，1）)*RNU48 C(4,4) = EG(4）49 C（5,5） = EG（5)50 C(6，6） = EG(6)51 C（1，2) = EG（1)＊(XNU(2，1)+XNU(3，1)*XNU(2,3)）*RNU52 C（2,1） = C(1，2)53 C(1,3) = EG（1)*（XNU(3,1）+XNU(2,1)*XNU（3,2））＊RNU54 C（3，1) = C（1,3)55 C（2，3) = EG（2）*(XNU(3，2)+XNU（1，2）＊XNU(3,1））＊RNU56 C（3，2） = C(2，3)57 C*＊**＊**＊**＊*＊＊＊***＊＊＊****＊**58 C CALCULATE STRAIN59 DO I = 1, 6 60 STRAND（I) = STRAN(I）+DSTRAN(I)61 ENDDO62 C CALCULATE STRESS63 DO I = 1， 664 STRESS0（I) = STRESS(I)65 STRESS(I) = 066 DO J = 1， 667 STRESS（I) = STRESS（I）+C（I，J)*STRAND（J)68 ENDDO69 ENDDO70 C CALCULATE SSE71 DO I = 1， 672 SSE = SSE+0.5*(STRESS0（I）+STRESS（I)）＊DSTRAN(I）73 ENDDO74 C＊＊＊＊*＊*＊＊＊＊******＊＊＊＊*＊*＊＊＊*75 C UPDATE DDSDDE76 DO I = 1, 677 DO J = 1, 678 DDSDDE（I,J) = C(I，J)79 ENDDO80 ENDDO81 RETURN82 END第1到14行及第81、82行为UMAT子程序固定格式，其中，第1到5行括号内的变量为UMAT子程序中可以使用的变量，第10到14行定义各变量数组的维数和长度。

部分主要变量的含义如表&-2所示.表＆—2 UMAT部分变量名及其含义STRESS增量步开始时的应力（S11, S22， ...)，用增量步结束时的应力计算结果对其更新STATEV（NSTATV）状态变量（状态变量个数），如果在材料中定义了状态变量，则在UMAT中需要对其更新STRAN增量步开始时的应变(E11, E22， )DSTRAN当前增量步的应变增量（ΔE11, ΔE22, )NDI， NSHR， NTENS应力、应变的个数，NDI为正应力或正应变的个数,NSHR为剪应力或。