写UMAT或VUMAT概览目的书写UMAT或VUMAT所需要采取.docx

第六讲写 UMAT 或 VUMAT概览目的书写UMAT或VUMAT所需要采取的步骤UMAT 接口例子VUMAT 接口例子概览ABAQUS / Standard 和 ABAQUS /显有接口，使用户执行本构方程在ABAQUS /标准用户定义的材料通过用户子程序UMAT模型实施在ABAQUS /明确的用户定义的材料通过用户子程序VUMAT模型实施当在 ABAQUS 素材库中没有任何一种已经存在的材料，能够准确反映当前用来建模所用材料的特性时，就需要使用 UMAT 和 VUMAT 进行建模这些接口能够确定各种复杂本构关系的材料模型用户定义的材料模型可用于任何ABAQUS结构元素类型多用户材料可通过一个单一的UMAT或VUMAT或一起使用在这个讲座，在 UMAT 或 VUMAT 中的材料模型的实施将会被讨论并举例说明目的为了模拟实验结果而进行地高级的本构模行测试往往需要复杂的有限元模型 先进的结构 element-复杂加载条件- 热负荷-接触和摩擦条件-静态和动态分析如果本构模型模拟不稳定性和具有本地化现象的材料，特别的分析问题就会产生准静态分析需要特别的解决方案鲁棒元素配方应当提供显式动态的解决方案以及强大矢量联系算法需要改进。

此外，强大的功能要求随时的可视化结果就是可以动态的可视化结果） -轮廓和路径图的状态变量 函数地块列表的结果材料模型的开发者应当只关注的材料模型的发展，而不是有限元软件的开发和维持发展和材料没关系的建模方法-新系统的移植问题-用户开发的代码长期的计划维持书写UMAT或VUMAT所需要采取的步骤需要釆取的步骤书面UMAT或VUMAT:这就需要定义一个适当的本构方程, 如下：-明确定义应力（柯西应力大变形应用）-定义的应力变化率（仅在 corotational 框架） 此外，它很可能需要：-时间，温度，或外地变量这些所依赖东西的定义 -内部状态变量的定义，显式的或者用带有偏微分的函数使用一个合适的一体化程序转化本构方程为增量方程：-向前欧拉（显式积分）-向后欧拉（隐式积分）-中点法这是困难的部分！ 向前欧拉（显式积分）集成方法简单，但有一个稳定极限，在这里，' 通常小于弹性应变规模对于显式积分时间增量必须控制对于隐式积分和中点法，算法更复杂，往往需要本地迭代（应该是在每次循环中 还有迭代，就是多重迭代吧）然而通常没有稳定极限内部状态变量增量表达也必须得到计算（一惯的）雅克比矩阵（只被ABAQUS /标准UMAT所需要）。

对于小变形的问题（例如，线性弹性）或大变形问题但小体积的变化（例如 金属可塑性）一贯雅可比矩阵是这里， 是（柯西）压力增量，匕是增量应变在有限应变问题中，「是 一个对数应变的逼近值 ）-由于本构方程或一体化程序，可能是非对称矩阵 -雅可比通常是逼近值，可能会发生很多二次方程的收敛贯的雅可比矩阵：-这是很容易计算出的前向一体化的方法（通常是弹性矩阵）如果大变形大体积的变化（例如，压力塑性）其准确的形式是使用的雅克比矩阵必须确保迅速收敛在这里，J是变形梯度的行列式超弹性本构方程-共计形式（Totalform）本构方程通常用来建立模型，该方程涉及到Cauchy应 力和变形梯度举个例如，橡胶弹性在这种情况下，一贯的雅可比的由下式定义：5g） = JCzbD,在这里，丿二「是材料雅可比，辽）是虚拟变形率，其定义是：&D = synA&FF-1）.编码的 UMAT 或 VUMAT ：-按照语言77或C公约确保代码可以被矢量化（只为 VUMAT ，将稍后讨论） -确保所有变量的定义和正确初始化 要求使用 ABAQUS 实用例程为状态变量分配足够的存储空间通过DEPVAR选项（暂时不懂）通过一个小的（i个元素就可以了）输入文件验证UMAT或VUMAT。

1 运行测试，规定所有的约束，来验证核实压力和状态变量的混合运算 建议测试包括：-单轴-单轴斜方向-单轴有限轮换-有限剪切2 生成类似的试验，施加特定荷载以验证雅可比的准确性比较试验结果与分析解决方案或标准ABAQUS材料模型，如果可能的话如果 上述核查成功的，应用到更复杂的问题UMAT 接口下面的这些输入作为一个到 UMAT 接口，在 umat 中，各向同性硬化材料被定义 *MATERIAL, NAME=ISOPLAS*USER MATERIAL, CONSTANTS=8, (UNSYMM)30.E6, 0.3, 30.E3, 0., 40.E3, 0.1, 50.E3, 0.5 *DEPVAR13*INITIAL CONDITIONS, TYPE=SOLUTION Data line to specify initial solution-dependent variables *USER MATERIAL, C0NSTANTS=8, (UNSYMM)是用来为 Umat 输入参数 如果使用了 (UNSYMM)这个参数，那么这个非系统的式子就可以被使用添加的 note:* DEPVAR选项是用于在每一个材料点分配空间,这是为了计算依赖结果的状态变 量 SDVs。

INITIAL CONDITIONS, TYPE=SOLUTION 这个选项是用来初始化 SDVs 如果 他们开始在一个非零值编码 UMAT 提供在一个单独的文件调用的 UMAT 与 ABAQUS 同时执行方法如下： Abaqus job=...user= -用户子程序援引时必须再重新分析的工程中(也就是说必须每次都重新开始)， 因为用户子程序不是被保存在重新启动文件附加说明： -如果使用常用材料的雅可比，而且没有其他非线性出现，重组可通过援引拟牛顿 方法避免(暂时也不懂)通过输入*SOLUTION TECHNIQUE, REFORM KERNEL=n* 解决方案技术， 改革内核为 N-n 是一些没有重组的情况下重复做的次数这并不具有更多的优点，如果其他非线性(如联系变化)都存在•依赖状态变量可以输出通过标识符 SDV1 ， SDV2 等 轮廓，路径，SDVs的X - Y图，可在ABAQUS /查看器绘制 •分析只包含一个单一的 UMAT 子程序如果有一个以上的材料必须定义， 再 UMAT 和分支尝试测试的材料名称在 UMAT 子程序标题所示： SUBROUTINE UMAT(STRESS, STATEV, DDSDDE, SSE, SPD, SCD, RPL, 1 DDSDDT, DRPLDE, DRPLDT, STRAN, DSTRAN, TIME, DTIME, TEMP, DTEMP, 2 PREDEF, DPRED, CMNAME, NDI, NSHR, NTENS, NSTATV, PROPS, NPROPS, 3 COORDS, DROT, PNEWDT, CELENT, DFGRD0, DFGRD1, NOEL, NPT, LAYER, 4 KSPT, KSTEP, KINC)CINCLUDE 'ABA_PARAM.INC'CCHARACTER*8 CMNAMECDIMENSION STRESS(NTENS), STATEV(NSTATV), DDSDDE(NTENS, NTENS), 1 DDSDDT(NTENS), DRPLDE(NTENS), STRAN(NTENS), DSTRAN(NTENS),2 PREDEF(1), DPRED(1), PROPS(NPROPS), COORDS(3), DROT(3, 3),3 DFGRD0(3, 3), DFGRD1(3, 3)-包含的声明规定了适当的浮点变量的精度（实际* 8 的大部分机器） 应该是大部分机器都是*8 的意思 。

材料名称， CMNAME ，是一个 8 字节字符变量Umat 变量： 下列数量有 UMAT ：-应力，应变，并 SDVs 开始时的增量 -应变增量，旋转增量，增量开始和结束的变形梯度 -时间，温度，和用户定义的局部变量的共计和增量值 -材料常数，物力点的位置，和一个特点单元长度 -元素，融合点，复合层号码（供壳体和层状固体） -当前步骤和增量号码下列数量必须定义：-应力， SDVs ，和物质雅克比矩阵 以下变量可以定义：-应变能，塑性耗散和“蠕变”耗散 -提出了新的（减少）的时间增量完整的说明，所有参数中在第24章的ABAQUS /标准用户手册UMAT节部分标题通常是其次标注当地阵列它是良好的做法来确定常数通过参数，并将其列入评论DIMENSION EELAS(6), EPLAS(6), FLOW(6)CPARAMETER(ZERO=0.D0, ONE=1.D0, TWO=2.D0, THREE=3.D0, SIX=6.D0,1 ENUMAX=.4999D0, NEWTON=10, TOLER=1.0D-6)CC C UMAT FOR ISOTROPIC ELASTICITY AND ISOTROPIC MISES PLASTICITYC CANNOT BE USED FOR PLANE STRESSC C PROPS(1) - EC PROPS(2) - NUC PROPS(3..) - YIELD AND HARDENING DATAC CALLS UHARD FOR CURVE OF YIELD STRESS VS. PLASTIC STRAINC PARAMETER给准确浮点常数定义赋值在任何平台上。

UMAT 公用事业实用例程 SINV ，SPRINC ，SPRIND ，并 ROTSIG 可以被调用协助编码 UMAT - SINV 将返回第一和第二不变量 SPRINC将返回的张量主应力值（principal value） SPRIND将返回的张量主应力值（principal value）和其方向- ROTSIG 将旋转张量矩阵 Exit 退出将终止一项分析和关闭所有的文件，这些文件与正确分析有关联 对于详细说明需要的论据，使这些要求，参阅ABAQUS /标准第24章UMAT部分和在其中的例子UMAT公约Umat 公约 应力和应变被存储作为载体对于平面应力内容：-对于（广义）平面应变和轴对称内容：O 11，22,° 33,12该剪应变存储为工2程剪应变12° 13,2*€ 12=Y 12变形梯度F..,总是存储为一个三维矩阵ijUMAT公式问题几何非线性分析的应变增量和增量旋转纳入常规都是基于Hughes-Winget 公式线性应变和旋转增量在中期增量配置中计算逼近了,特别是如果旋转增量很大：如果需要,从变形梯度可以得到更加准确地 计量用户必须确定柯西应力：在下一次增量中,此应力会重新出现时,它会随着增量旋 转已经旋转过了的，因此，程序中的DROT被引用到子程序。

如果这并不理想，应力张量通过使用的实用工具ROTSIG可旋转回去如果*ORIENTATION option是结合使用UMAT，应力，应变元件将在本地系统 （然而再次,伴随有限应变分析中的材料,此基础系统将要旋转）张状态变量必须旋转再umat子程序中（使用ROTSIG）如果UMAT用于简化积分单元或剪切有弹。