UMAT子程序解析.pdf

简介：
《UMAT子程序解析》一文详细探讨了有限元分析中用户材料子程序（UMAT）的工作原理及其编程技巧，旨在帮助工程师和研究人员更好地理解和应用该技术。 ### UMAT子程序详解 #### 一、UMAT子程序简介 UMAT是ABAQUS提供的用户自定义材料模型子程序之一，允许通过编写Fortran语言程序来定义材料的行为特性，包括弹塑性行为及损伤演化等复杂情况。利用UMAT可以实现更为复杂的材料模型，从而更精确地模拟真实材料在各种条件下的力学响应。 #### 二、UMAT子程序接口与全局变量 UMAT的主要功能在于计算应力更新和建立本构关系，其函数形式如下： ```fortran SUBROUTINE UMAT(STRESS, STATEV, DDSDDE, SSE, SPD, SCD, RPL, DDSDDT, DRPLDE, DRPLDT, STRAN, DSTRAN, TIME, DTIME, TEMP, DTEMP, PREDEF, DPRED, CMNAME, NDI, NSHR, NTENS,NSTATV , PROPS ,NPROPS , COORDS ,DROT,PNEWDT ,CELENT ,DFGRD0 , DFGRD1 NOEL,NPT,LAYER,KSTEP,KINC) ``` 其中： - **STRESS(NTENS)**：输出数组，返回应力张量。 - **STATEV(NSTATV)**：状态变量数组，输入/输出数组。 - **DDSDDE(NTENS, NTENS)**：应变增量对当前应力的导数矩阵。 - **SSE, SPD, SCD, RPL, DDSDDT, DRPLDE, DRPLDT**：这些参数用于能量计算和材料模型辅助计算中。 - **STRAN(NTENS), DSTRAN(NTENS)**：分别为总应变张量与增量应变张量。 - **TIME(2), DTIME**：时间信息，用以处理时依赖效应。 - **TEMP, DTEMP**：温度及其变化率。 - **PREDEF, DPRED**：预定义场变量及相应的变化值。 - **CMNAME**：用户自定义材料名称标识符。 - **NDI, NSHR, NTENS,NSTATV ,NPROPS** 分别代表体积应变分量数、剪切应变分量数、总应力张量的维度、状态变量数量及属性参数的数量。 - **PROPS(NPROPS)**：材料属性数组，包含一系列预设值。 - **COORDS(3)**：单元节点坐标信息。 - **DROT(3, 3)**：旋转角矩阵用于描述单元节点之间的相对位置变化。 - **PNEWDT, CELENT, DFGRD0, DFGRD1**：辅助变量，包含时间步长调整、元素长度及变形梯度等相关数据。 - **NOEL, NPT, LAYER, KSPT,KSTEP ,KINC** 分别代表单元编号、积分点编号、层号、积分点索引以及分析步骤和增量序号。 #### 三、局部变量定义与作用 在UMAT子程序内部，还需要定义一系列局部变量用于中间计算： ```fortran DIMENSION STRANT(6), TSTRANT(4) DIMENSION CFULL(6, 6), CDFULL(6, 6) DIMENSION DDFDE(6), DDMDE(6), DCDDF(6, 6), DCDDM(6, 7) DIMENSION ATEMP1(6), ATEMP2(4) DIMENSION TDDSDDE(5, 8) DIMENSION OLD_STRESS(NSTATV) DIMENSION DOLD_STRESS(NSTATV), D_STRESS(NSTATV) PARAMETER (ZERO=0.D0, ONE=1.D0, TWO=2.D0, HALF=0.5D0) ``` - **STRANT(6), TSTRANT(4)**：应变向量及其临时存储数组。 - **CFULL(6, 6), CDFULL(6, 7)**：完整的弹性矩阵和损伤后的弹性矩阵。 - **DDFDE(6), DDMDE(6)**：对应力与损伤的导数值。 - **DCDDF(5, 8), DCDDM(NSTATV, NPROPS)**：弹性矩阵对损伤的导数矩阵。 - **ATEMP1(4), ATEMP2(NSTATV)**：用于雅可比矩阵计算中的临时数组。 - **TDDSDDE(6, 7)**：未简化的雅可比矩阵。 - **OLD_STRESS(NSTATV)**：增量开始时的应力值，用以能量计算中。 - **DOLD_STRESS(NSTATV), D_STRESS(NPROPS)**：用于粘滞正则化处理中的应力值。 #### 四、UMAT子程序内部计算流程 1. **初始化**：设置初始条件