ABAQUS UMAT自学指南：扩展材料模型与Fortran编程

ABAQUS-UMAT是ABAQUS有限元分析软件中的一种用户自定义材料模型的功能模块，它允许用户根据特定的需求编写定制化的材料行为模型。UMAT全称为User Material subroutine，主要用于模拟复杂或非线性的材料行为，对于那些ABAQUS标准材料库中未涵盖的情况，UMAT提供了极大的灵活性。 1. **UMAT的定义**： UMAT是ABAQUS中的关键组件，它是一种用户编写的Fortran函数，用于在求解器运行过程中处理材料的力学行为。通过UMAT，用户能够扩展ABAQUS的基础材料库，实现对新材料、特殊现象（如多相材料、非均匀性等）的精确模拟。 2. **UMAT功能概述**： - 定义个性化材料本构：UMAT允许用户设计全新的本构关系，不受ABAQUS预设限制。 - 广泛适用性：UMAT适用于各类力学分析，包括结构、流体动力学等领域的求解，几乎可以应用于任何单元类型。 - 材料属性扩展：UMAT使用户能将自定义的材料属性赋予ABAQUS模型，增强分析的准确性。 3. **UMAT编写基础**： - 变量声明：UMAT编写时需明确初始化和声明所需变量，这些变量可能包括应力、应变、温度、时间等物理量。 - 变量解释：理解并正确处理这些变量，如温度对材料性能的影响、蠕变等现象的模拟，都是UMAT编写的关键。 4. **沙漏和横向剪切刚度**： 在UMAT中，沙漏（time-step limiter）用于控制求解步长，而横向剪切刚度则是模拟材料在剪切方向上的行为，这两个概念在考虑材料非线性和局部行为时很重要。 5. **UMAT流程与参数**： 提供了实例展示，通常包括UMAT的调用过程以及如何设置输入参数，帮助用户理解UMAT在ABAQUS工作流程中的作用。 6. **接口程序Interface**： FORTRAN语言中的Interface程序是用来链接ABAQUS主程序和UMAT函数的桥梁，确保数据传递和交互的正确性。 7. **Fortran版本选择**： 用户讨论了UMAT是否可以使用Fortran90编写，考虑到ABAQUS支持的版本，可能涉及到兼容性和性能优化的问题。 8. **Fortran77知识**： 介绍了UMAT编写中可能用到的Fortran77语法和编程技巧，这对初学者来说可能是学习UMAT的重要部分。 9. **弹塑性力学**： 介绍了一些弹塑性力学的基本概念，如屈服准则、硬化规则等，这些都是编写UMAT时需要理解和应用的力学原理。 10-17节内容： 进一步深入讲解了弹塑性材料的具体模型，如Johnson-Cook模型，这是UMAT中常用的一种材料行为模型。 11-12节： 包含了John-cook模型的压缩包下载，用户分享了一个实际案例和David的详细注解，鼓励大家参与讨论和改进。 13-14节： JOhn-cook模型的本构简介图有助于理解模型的工作原理。 15-16节： John-cook模型的完整程序，这部分是实战代码，展示了UMAT的编写格式和逻辑。 17节： 邀请读者查看并提供意见，特别是对于标注有“?”的部分，体现了UMAT开发的开放性和互动性。 ABAQUS-UMAT教程提供了一个全面的学习框架，从理论到实践，从UMAT的基本概念到具体案例，涵盖了从材料本构定义、编程技巧到实际应用的方方面面。这对于想要深入研究或扩展ABAQUS功能的用户来说，是一份宝贵的参考资料。