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7/01

Writing User Subroutines with ABAQUS

TOC.1

ABAQUS

CONTENTS

Lecture 1

Introduction

Overview of Some User Subroutines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.2

Where User Subroutines Fit into ABAQUS/Standard . . . . . . . . . . L1.6

User Subroutine Calls in the First Iteration . . . . . . . . . . . . . . L1.10

Including User Subroutines in a Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.11

Using Multiple User Subroutines in a Model . . . . . . . . . . . . . L1.12

Restart Analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.12

Writing Output from User Subroutines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.13

Path Names for External Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.14

Compiling and Linking User Subroutines . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.15

FORTRAN Compiler Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.17

Debugging Techniques and Proper Programming Habits . . . . . . L1.18

Required FORTRAN Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.18

Naming Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.20

Subroutine Argument Lists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.20

Solution-Dependent State Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.21

Testing Suggestions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L1.24

Lecture 2

User Subroutine: DLOAD

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.2

ABAQUS Usage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.3

DLOAD vs. UEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.4

DLOAD Subroutine Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.5

Variables to be Defined . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.6

Variables for Information Only . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.6

Example: Transient Internal Pressure Loading . . . . . . . . . . . . . . . L2.8

7/01

Writing User Subroutines with ABAQUS

TOC.2

ABAQUS

Partial Input Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.9

User Subroutine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.10

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.11

Example: Asymmetric Pressure Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.12

Partial Input Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.14

User Subroutine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.15

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L2.16

Lecture 3

User Subroutine: FILM

Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.2

ABAQUS Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.3

FILM Subroutine Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.4

Variables to be Defined . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.5

Variables for Information Only . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.6

Example: Radiation in Finned Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.8

Partial Input Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.12

User Subroutine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.13

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.15

Workshop: User Subroutine FILM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.16

Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.16

Problem Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L3.16

Lecture 4

User Subroutine: USDFLD

Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.2

ABAQUS Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.3

Defining Field-Variable-Dependent Material Properties . . . . . L4.5

Defining Field Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.9

Accessing Solution Data at Material Points . . . . . . . . . . . . . . L4.11

Explicit vs. Implicit Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.12

7/01

Writing User Subroutines with ABAQUS

TOC.3

ABAQUS

Using Solution-Dependent State Variables . . . . . . . . . . . . . . L4.13

User Subroutine GETVRM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.15

GETVRM Subroutine Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.15

Variables Provided to GETVRM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.15

Variables Returned by GETVRM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.16

Elements Supported by GETVRM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.18

USDFLD Subroutine Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.19

Variables to be Defined . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.20

Variables that may be Defined . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.21

Variables for Information Only . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.22

USDFLD and Automatic Time Incrementation . . . . . . . . . . . . L4.24

Example: Laminated Composite Plate Failure. . . . . . . . . . . . . . . L4.27

Material Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.29

Partial Input Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.38

User Subroutine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.41

Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.45

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L4.48

Lecture 5

User Subroutine: URDFIL

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.2

ABAQUS Usage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.4

Utility Routine POSFIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.5

Utility Routine DBFILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.7

URDFIL Subroutine Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.9

Variables to be Defined . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.10

Variables for Information Only . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.11

Example: Using URDFIL to Terminate an Analysis . . . . . . . . . . L5.12

Input Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.13

User Subroutine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.16

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L5.21

7/01

Writing User Subroutines with ABAQUS

TOC.4

ABAQUS

Lecture 6

Writing a UMAT or VUMAT

Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.2

Motivation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.4

Steps Required in Writing a UMAT or VUMAT . . . . . . . . . . . . . . . L6.12

UMAT Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.20

UMAT Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.25

UMAT Utilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.28

UMAT Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.29

UMAT Formulation Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.30

Usage Hints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.32

Example 1: Isotropic Isothermal Elasticity. . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.33

Governing Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.33

Coding for Isotropic Isothermal Elasticity . . . . . . . . . . . . . . . L6.34

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.36

Example 2: Non-Isothermal Elasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.38

Governing Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.38

Coding for Non-Isothermal Elasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.39

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.43

Example 3: Neo-Hookean Hyperelasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.44

Governing Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.44

Coding for Neo-Hookean Hyperelasticity . . . . . . . . . . . . . . . . L6.47

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.53

Example 4: Kinematic Hardening Plasticity. . . . . . . . . . . . . . . . . L6.54

Governing Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.54

Integration Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.56

Coding for Kinematic Hardening Plasticity . . . . . . . . . . . . . . L6.58

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.66

Example 5: Isotropic Hardening Plasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.69

Governing Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.69

Integration Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.71

Coding for Isotropic Mises Plasticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.73

7/01

Writing User Subroutines with ABAQUS

TOC.5

ABAQUS

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.83

VUMAT Interface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.85

VUMAT Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.90

Comparison of VUMAT and UMAT Interfaces . . . . . . . . . . . . . L6.92

VUMAT Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.94

VUMAT Formulation Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.96

Example 6: VUMAT for Kinematic Hardening . . . . . . . . . . . . . . . L6.98

Coding for Kinematic Hardening Plasticity VUMAT . . . . . . . . L6.99

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.105

Example 7: VUMAT for Isotropic Hardening . . . . . . . . . . . . . . . L6.107

Coding for Isotropic Hardening Plasticity VUMAT . . . . . . . . L6.108

Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L6.117

Lecture 7

Creating a Nonlinear User Element

Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.2

Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.3

Defining a User Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.8

Key Characteristics of a User Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.8

Other Important Element Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.9

Defining the User Element Behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.10

UEL Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.13

ABAQUS Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.13

Parameter Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.14

Data Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.15

More on Keywords and Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.19

User Element Loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.22

UEL Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.23

UEL Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.24

UEL Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.27

UEL Formulation Aspects and Usage Hints . . . . . . . . . . . . . . L7.28

Coding and Testing the UEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L7.30

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