Abaqus USDFLD使用教程

user-subroutines-l4-usdfld 课件

目录

引言 ........................................................................................................................................................................................... 3 Abaqus的使用 .......................................................................................................................................................................... 3

定义场变量相关的材料属性 ........................................................................................................................................... 3 在用户子程序内定义场变量 ........................................................................................................................................... 3 定义场变量 ....................................................................................................................................................................... 4 访问积分点上的计算数据 ............................................................................................................................................... 4 显式方法vs. 隐式方法 .................................................................................................................................................... 4 使用解相关的状态变量（Solution-Dependent State Variables，SDVs） ..................................................................... 4 用户子程序GETVRM ............................................................................................................................................................. 4

GETVRM子程序界面 ..................................................................................................................................................... 5 提供给GETVRM的变量 ................................................................................................................................................ 5 GETVRM返回的变量 ..................................................................................................................................................... 5 GETVRM所支持的单元 ................................................................................................................................................. 5 USDFLD子程序界面............................................................................................................................................................... 5

需定义的变量 ................................................................................................................................................................... 6 可能被定义的变量 ........................................................................................................................................................... 6 变量信息 ........................................................................................................................................................................... 6 USDFLD与自动时间增量 ............................................................................................................................................... 7 实例：层状复合板失效 ........................................................................................................................................................... 7

材料模型 ........................................................................................................................................................................... 8 基体拉伸开裂 ................................................................................................................................................................... 9 基体压缩开裂 ................................................................................................................................................................... 9 纤维-基体剪切失效 .......................................................................................................................................................... 9 部分输入数据 ................................................................................................................................................................. 10 用户子程序 ..................................................................................................................................................................... 10 结果 ................................................................................................................................................................................. 10 备注 ................................................................................................................................................................................. 10 1.1.49 USDFLD: User subroutine to redefine field variables at a material point.................................................................... 11

参考文献 ......................................................................................................................................................................... 11 概述 ................................................................................................................................................................................. 11 明确的解依赖性 ............................................................................................................................................................. 11 定义场变量 ..................................................................................................................................................................... 11 访问材料点数据 ............................................................................................................................................................. 12 状态变量 ......................................................................................................................................................................... 12 用户子程序界面 ............................................................................................................................................................. 12 定义的变量 ..................................................................................................................................................................... 12 能够更新的变量 ............................................................................................................................................................. 12 传递信息的变量 ............................................................................................................................................................. 13 实例：损伤弹性模型 ..................................................................................................................................................... 14 2.1.6 Obtaining material point information in an Abaqus/Standard analysis .......................................................................... 15

参考文献 ......................................................................................................................................................................... 15 概述 ................................................................................................................................................................................. 16 界面 ................................................................................................................................................................................. 16 提供给实用程序的变量 ................................................................................................................................................. 16

从实用程序中返回的变量 ............................................................................................................................................. 16 可用的输出变量钥匙 ..................................................................................................................................................... 16 返回分量的顺序 ............................................................................................................................................................. 17 返回值的分析时间 ......................................................................................................................................................... 17 返回值的平衡状态 ......................................................................................................................................................... 17 实例 ................................................................................................................................................................................. 17 访问状态依赖变量 ......................................................................................................................................................... 17 不支持的单元类型、进程与输出变量钥匙 ................................................................................................................. 17

引言

·通常使用用户子程序USDFLD，当需要对复杂材料行为建模与用户不想要使用UMAT子程序时 ——在ABAQUS/Standard中的大多数材料属性可以被定为场变量的函数 ——子程序USDFLD允许在单元的每个积分点定义

——子程序可以访问计算结果数据，因此，材料属性可以是计算结果数据的函数

·子程序USDFLD只能使用在具有*Material选项的材料属性的单元（详见p. L4.18页上GETVRM所支持的单元）

Abaqus的使用

·在模型中，与DLOAD和FILM子程序相比，包括USDFLD在内的子程序需要付出更多的努力 ·通常用户必须定义材料属性的依赖性，例如弹性模量或屈服应力，作为场变量的函数 ——这可以通过表格输入或额外用户子程序来完成

·使用子程序USDFLD来在积分点上定义的值

——在材料定义中包括了?USER DEFINED FIELD 选项，这表明对于使用材料定义的这些单元来说，USDFLD子程序可以使用

——可以被定义为在积分点上有的计算结果数据的函数，例如应力、应变 定义场变量相关的材料属性

这里有两种方法，能够定义场变量相关的材料属性 ·对于Abaqus内置的材料模型，使用表格定义方式

·使用其他用户子程序来定义材料属性为的函数，例如蠕变CREEP

表格定义

·使用在材料选项上DEPENDENCIES选项来指定对于给定材料选项存在有多少不同场变量

——弹性模量（E）是场变量#1（f1）的函数。当f1增加，E减少。f1可以代表材料的损伤。 ——热膨胀系数是f1与场变量#2（f2）的函数

——f1值的改变都会影响弹性模量（E）与热膨胀系数α

——Abaqus在表格输入的数据点间将使用线性插值。当fi超过了指定范围将使用最后一个数据点，它不会对数据外推

——对于每一种材料属性，fi的范围不必须是一样的 在用户子程序内定义场变量

·将定义在USDFLD中的????值传递到下列用户子程序内：

CREEP、HETVAL、UEXPAN、UHARD、UHYPEL、UMAT、UMATHT、UTRS、UINTER ·定义在这些子程序内的材料属性可以是????的函数

定义场变量

·Abaqus通常认为场变量????是节点数据

·当Abaqus开始计算单元应力与刚度时（例如，一个单元循环），它将对节点数据????插值到单元的积分点

·当使用子程序USDFLD时，在计算单元的材料属性前，定义在子程序USDFLD中的这些数值将取代了插值???? ·Abaqus并不存储USDFLD定义的这些数值

——如果你需要访问先前的值fi，你必须在USDFLD中把他们存储为相关解变量（solution-dependent variables，SDVs）

·假如你绕过USDFLD子程序（可能因为在给定步中材料属性不会改变），积分点将使用????的差值 ——通常，这些差值fi是分配给节点的最初值——假如没有明确给定最初值，在Abaqus会默认为0 ——当定义材料属性时使用差值，很可能会造成不正确的结果。确保你知道Abaqus在干什么。

· 可以使用输出变量FV分别在*EL PRINT、*EL FILE与*ELEMENT OUTPUT选项上将单元积分点上????的值输出到.dat文件、.file文件与.odb文件

——ABAQUS/Viewer能够绘制FV#的轮廓图 访问积分点上的计算数据

·ABAQUS/Standard允许定义????为积分点上计算数据的函数，如应力、应变 ·这些提供的计算数据值是从当前增量的开始

·子程序USDFLD必须能够使用ABAQUS实用程序GETVRM来访问材料积分点数据 显式方法vs. 隐式方法

·既然USDFLD子程序只有在增量步开始访问材料积分点值，以这种方式介绍的解决方案是显式的 ——在给定增量下材料属性不受此增量内结果的影响 ——因此，结果的精度依赖于时间增量大小

——因此，用户能通过变量PNEWDT来控制USDFLD子程序中的时间增量 ·对于大多数非线性材料行为（如，塑性）

ABAQUS/Standard在当前增量步结束时将使用隐式积分方法来计算材料属性

——这种隐式积分方法使得ABAQUS/Standard可以使用任何时间增量，然而依然是有条件的

使用解相关的状态变量（Solution-Dependent State Variables，SDVs）

·如果????有任何历史依赖性，在USDFLD中必须使用SDVs ——ABAQUS/Standard不会在USDFLD中存储fi的值

·将在USDFLD中更新的SDVs传递到在积分点处被调用的其他用户子程序，例如列在p. L4.5中的变量（Defining Field-Variable-Dependent Material Properties） ·用*DEPVAR选项来指定状态变量的数目

用户子程序GETVRM

子程序GETVRM提供给USDFLD用来访问分析过程中存储在数据库中的计算数据

GETVRM子程序界面

CALL GETVRM(?VAR‘, ARRAY, JARRAY, FLGRAY, JRCD, 1 JMAC, JMATYP, MATLAYO, LACCFLA) 提供给GETVRM的变量

·提供给GETVRM的变量是输出变量关键，VAR，对于想要的计算结果数据，与JMAC，JAMTYP，MATLAYO，LACCFLA（在这些笔记中没有进一步讨论这些变量）

·这些可用的输出变量列在了输出列表中，ABAQUS/Standard User‘s Manual，Section 4.2.1

——对于单元积分点处的结果文件输出，这些变量必须是可用的，例如，对于应力的米塞斯应力S GETVRM返回的变量

·包含输出变量的独立浮点部分的数组（ARRAY） ·包含输出变量的独立整数值部分的数组（JARRAY） ·一个特征数组（FLGRAY）包含对应于各个部分的标志 ——标志将包含YES，NO，或N/A（不适用） ·返回代码（JRCD），JRCD=0表明GETVRM没有遇到错误，然而值1表明这里有一个输出请求错误或者所有的输出变量部分都是0

·如下写出了请求变量的组分

——单个指标分量（与没有分量的请求）返回在位置1,2,3，etc ——对于对称张量按顺序11,22,33,12,13,23返回双指标分量（张量），对于非对称张量接着是21,31,32，例如变形梯度

——因此，对于平面应力单元，返回应力为ARRAY(1) = S11, ARRAY(2) = S22, ARRAY(3) = 0.0, and ARRAY(4) = S12.

——不管分析的维度，对于主值请求、最小值（第一）与最大值（第三）、，总要返回三个数值，

GETVRM所支持的单元

·既然GETVRM是关于积分点数值，对于不需要*MATERIAL定义的大部分单元类型是不适用的。 ·因此，不支持以下单元类型： DASHPOTx SPRING x JOINTC JOINTxD DRAGxD ITS xxx MASS ROTARYI

all acoustic elements 所有声学单元 all contact elements 所有的接触单元 all gasket elements

all hydrostatic fluid elements 所有流体静力学单元 USA elements USA单元

USDFLD子程序界面

用户子程序USDFLD界面是