ABAQUS UMAT用户子程序开发指南与变量详解

ABAQUS用户子程序开发是ABAQUS有限元分析软件的强大功能，它允许用户扩展软件的基础模型以满足特定的工程需求。本文档主要关注UMAT（用户材料模型）的使用，这是ABAQUS中用于处理非线性材料行为的重要部分。UMAT函数在用户自定义材料的定义中扮演关键角色，允许用户根据需要定制材料的行为。 首先，标题"ABAQUS用户子程序开发资料"涵盖了如何编写和使用ABAQUS的内部函数，如UMAT，来模拟复杂材料的力学特性。在UMAT程序中，用户需要定义以下几个关键部分： 1. **材料定义**: 用户需要提供一个名为`<用户自定义材料的名称>`的材料，通过`MATERIAL`和`USERMATERIAL`命令来指定。在`USERMATERIAL`中，用户需要定义材料的变量，如弹性常数、泊松比等，例如这里列出的8个变量值分别对应于不同的物理参数。 2. **状态变量**：通过`DEPVAR`指令，用户声明了所需的存储空间，即状态变量个数（`NSTATV`），这些变量可能包括位移、速度、温度等，是求解过程中需要跟踪的物理量。 3. **初始条件**：用户可以指定初始条件，如状态变量的初始值，这对整个求解过程至关重要。 4. **用户自定义子程序**：`USERSUBROUTINES`部分包含`UMAT`的Fortran程序名，这个子程序会在ABAQUS运行过程中被调用，处理材料的应力-应变关系、热传导等非线性行为。 接下来，我们看到一个简化的`UMAT` Fortran程序的示例。这个子程序的输入参数包括： - `STRESS`：当前时间步的应力状态。 - `STATEV`：状态变量数组，如位移、速度和温度。 - `DDSDDE`：本步与上一步的应变变化率。 - `SSE`：单元内积分点处的应力。 - `SPD`：速度梯度。 - `SCD`：塑性流动率。 - `RPL`、`DDSDDT`、`DRPLDE`、`DRPLDT`等：用于计算材料响应的额外数据。 - `STRAN`、`DSTRAN`：应力和应变的历史。 - `TIME`、`DTIME`：时间信息。 - `TEMP`、`DTEMP`：温度及其变化率。 - `PREDEF`、`DPRED`：预定义和预测的值。 - `CMNAME`：材料名称。 - `NDI`、`NSHR`、`NTENS`、`NSTATV`等：网格信息，如节点数、单元类型、状态变量数量。 - `PROPS`、`NPROPS`：材料属性。 - `COORDS`、`DROT`：坐标和旋转矩阵。 - `PNEWDT`：新时间步长。 - `CELENT`：元素类型。 - `DFGRD0`、`DFGRD1`：梯度数据。 - `NOEL`、`NPT`、`LAYER`、`KSPT`等：节点、单元和时间步的信息。 - `KSTEP`、`KINC`：时间步号和增量。 编写UMAT程序时，用户需要确保遵循ABAQUS提供的`ABA_PARAM.INC`头文件，以正确地访问和设置所需的变量和函数。理解这些基本变量和结构对于编写高效且准确的用户子程序至关重要，因为它们直接影响到ABAQUS求解结果的准确性。通过深入学习和实践，用户能够扩展ABAQUS的功能，以适应更复杂的工程问题。