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ABAQUS-umat

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UMAT25.2.30UMAT:Usersubroutinetodefineamaterial’smechanicalbehavior.

Product:ABAQUS/StandardWARNING:Theuseofthissubroutinegenerallyrequiresconsiderableexpertise.Youarecautionedthattheimplementationofanyrealisticconstitutivemodelrequiresextensivedevelopmentandtesting.Initialtestingonasingle-elementmodelwithprescribedtractionloadingisstronglyrecommended.

References•“User-definedmechanicalmaterialbehavior,”Section12.8.1

•“User-definedthermalmaterialbehavior,”Section12.8.2

•*USERMATERIAL

OverviewUsersubroutineUMAT:•canbeusedtodefinethemechanicalconstitutivebehaviorofamaterial;

•willbecalledatallmaterialcalculationpointsofelementsforwhichthematerialdefinitionincludes

auser-definedmaterialbehavior;•canbeusedwithanyprocedurethatincludesmechanicalbehavior;

•canusesolution-dependentstatevariables;

•mustupdatethestressesandsolution-dependentstatevariablestotheirvaluesattheendofthe

incrementforwhichitiscalled;•mustprovidethematerialJacobianmatrix,,forthemechanicalconstitutivemodel;

•canbeusedinconjunctionwithusersubroutineUSDFLDtoredefineanyfieldvariablesbeforethey

arepassedin(see“USDFLD,”Section25.2.39);and•isdescribedfurtherin“User-definedmechanicalmaterialbehavior,”Section12.8.1.

StorageofstressandstraincomponentsInthestressandstrainarraysandinthematricesDDSDDE,DDSDDT,andDRPLDE,directcomponentsarestoredfirst,followedbyshearcomponents.ThereareNDIdirectandNSHRengineeringshearcomponents.Theorderofthecomponentsisdefinedin“Conventions,”Section1.2.2.Sincethenumberofactivestressandstraincomponentsvariesbetweenelementtypes,theroutinemustbecodedtoprovideforallelementtypeswithwhichitwillbeused.

25.2.30–1UMATDefininglocalorientationsIfalocalorientation(“Orientations,”Section2.2.5)isusedatthesamepointasusersubroutineUMAT,thestressandstraincomponentswillbeinthelocalorientation;and,inthecaseoffinite-strainanalysis,thebasissysteminwhichstressandstraincomponentsarestoredrotateswiththematerial.

StabilityYoushouldensurethattheintegrationschemecodedinthisroutineisstable—nodirectprovisionismadetoincludeastabilitylimitinthetimesteppingschemebasedonthecalculationsinUMAT.

ConvergencerateDDSDDEand,forcoupledtemperature-displacementanalyses,DDSDDT,DRPLDE,andDRPLDT,mustbedefinedaccuratelyifrapidconvergenceoftheoverallNewtonschemeistobeachieved.Inmostcasestheaccuracyofthisdefinitionisthemostimportantfactorgoverningtheconvergencerate.Sincenonsymmetricequationsolutionisasmuchasfourtimesasexpensiveasthecorrespondingsymmetricsystem,iftheconstitutiveJacobian(DDSDDE)isonlyslightlynonsymmetric(forexample,africtionalmaterialwithasmallfrictionangle),itmaybelessexpensivecomputationallytouseasymmetricapproximationandacceptaslowerconvergencerate.AnincorrectdefinitionofthematerialJacobianaffectsonlytheconvergencerate;theresults(ifobtained)areunaffected.

SpecialconsiderationsforvariouselementtypesThereareseveralspecialconsiderationsthatneedtobenoted.

AvailabilityofdeformationgradientThedeformationgradientisavailableforsolid(continuum)elements,membranes,andfinite-strainshells(S3/S3R,S4,S4R,SAXs,andSAXAs).Itisnotavailableforbeamsorsmall-strainshells.Itisstoredasa3×3matrixwithcomponentequivalenceDFGRD0(I,J).Forfullyintegratedfirst-orderisoparametricelements(4-nodequadrilateralsintwodimensionsand8-nodehexahedrainthreedimensions)theselectivelyreducedintegrationtechniqueisused(alsoknownasthetechnique).Thus,amodifieddeformationgradient

ispassedintousersubroutineUMAT.Formoredetails,see“Solidisoparametricquadrilateralsandhexahedra,”Section3.2.4oftheABAQUSTheoryManual.

BeamsandshellsthatcalculatetransverseshearenergyIfusersubroutineUMATisusedtodescribethematerialofbeamsorshellsthatcalculatetransverseshearenergy,youmustspecifythetransverseshearstiffnessaspartofthebeamorshellsectiondefinitionto

25.2.30–2UMATdefinethetransverseshearbehavior.See“Shellsectionbehavior,”Section15.6.4,and“Choosingabeamelement,”Section15.3.3,forinformationonspecifyingthisstiffness.

Open-sectionbeamelementsWhenusersubroutineUMATisusedtodescribethematerialresponseofbeamswithopensections(forexample,anI-section),thetorsionalstiffnessisobtainedas

whereisthetorsionalrigidity,isthesectionarea,isashearfactor,andistheuser-specifiedtransverseshearstiffness(see“Transverseshearstiffnessdefinition”in“Choosingabeamelement,”Section15.3.3).

ElementswithhourglassingmodesIfthiscapabilityisusedtodescribethematerialofelementswithhourglassingmodes,youmustdefinethehourglassstiffnessfactorforhourglasscontrolbasedonthetotalstiffnessapproachaspartoftheelementsectiondefinition.Thehourglassstiffnessfactorisnotrequiredforenhancedhourglasscontrol,butyoucandefineascalingfactorforthestiffnessassociatedwiththedrilldegreeoffreedom(rotationaboutthesurfacenormal).See“Sectioncontrols,”Section13.1.4,forinformationonspecifyingthestiffnessfactor.

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UMAT全过程

UMAT全过程

UMAT全过程——技术篇 1.ABAQUS中非线性问题的处理2.用户子程序接口3.用户子程序和主程序的结合4.用户材料子程序UMAT接口的原理5.UMAT子程序流程ABAQUS是怎么计算的I.ABAQUS一共有42个用户子程序接口，15个应用程序接口，可以定义包括边界条件，荷载条件，接触条件，材料特性以及利用用户子程序和其它应用软件进行数值交换。

1.根据ABAQUS提供的相应接口，按照FORTRAN语法自己编写的代码，是一个独立的程序单元，可以独立地被储存和编译，也能被其他程序单元引用。

I.一般结构形式II.一个算例中，可以用到多个用户子程序，但必须把它们放在一个以.for为扩展名的文件中。

III.运行带有用户子程序的算例的两种方法1.在CAE中运行，在EDIT JOB菜单中的GENRAL子菜单的USERSUBROUTINE GILE对话框中选择用户子程序所在的文件2.在MAND中运行语法如下IV.编制用户子程序时应注意：1.用户子程序相互之间不能调用，可以调用用户自己编写的Fortran子程序和ABAQUS应用程序，ABAQUS应用程序必须由用户子程序调用。

编写Fortran子程序时，建议子程序以K开头，以免和ABAQUS内部程序冲突。

2.用户在用户子程序中利用OPEN打开外部文件时，要注意以下两点：（1）设备号的选择有限制，只能取15~18和大于100的设备号（2）用户需提供外部文件的绝对路径而不是相对路径。

3.对于不同的用户子程序，ABAQUS调用的时间不相同，有的在每个STEP的开始，有的在结尾，有的在每个 INCREMENT的开始。

（当ABAQUS在调用用户子程序时，都会把当前的STEP 和INCREMENT 利用用户子程序的两个实参KSTEP 和KINC 传给用户子程序，用户可把他们输出到外部文件中，这样可清楚知道何时调用）V.ABAQUS提供给用户定义自己的材料属性的Fortran程序接口，用户材料子程序UMAT 通过与ABAQUS主求解程序的接口实现与ABAQUS的资料交流，输入文件中，使用“UESER MATERIAL”表示定义用户材料属性。

5.本构模型-UMAT-JC模型

5.本构模型-UMAT-JC模型


UMAT 中的应力矩阵、应变矩阵以及矩阵 DDSDDE ， DDSDDT ， DRPLDE 等，都是直接分量存储在前，剪切分量存储在后。直接 分量有 NDI个，剪切分量有 NSHR 个。各分量之间的顺序根据单 元自由度的不同有一些差异，所以编写UMAT时要考虑到所使用单 元的类别。
DDSDDE NTENS , NTENS
STATEV NSTATEV
用于存储状态变量的矩阵，在增量步开始时将数值传递到UMAT中。 也可在子程序USDFLD或UEXPAN中先更新数据，然后在增量步开始 时将更新后的数据传递到UMAT中。在增量步结束时必须更新状态 变量矩阵中的数据。 和应力张量矩阵不同的是：对于有限应变问题，除了材料本 构行为引起的数据更新以外，状态变量矩阵 NSTATEV 中的任何矢 量或者张量都必须通过旋转来考虑材料的刚体运动。
300 250 200 150
应 变 率 (s-1)
100 80 60 40
0.03
应 变
0.02
100 20 0 0.000 50 0 0.045
0.01
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
0.00 0.0000
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
RETURN END
变量介绍 STRAN(NTENS)：应变矩阵 DSTRAN(NTENS)：应变增量矩阵 DTIME：增量步的时间增量 NDI：直接应力分量的个数 NSHR：剪切应力分量的个数 NTENS：总应力分量的个数 SSE,SPD,SCD 分别定义每一增量步的弹性应变能，塑性耗散和蠕变 耗散。它们对计算结果没有影响，仅仅作为能量输出。
5.本构模型-UMAT-JC模型概述

5.本构模型-UMAT-JC模型概述


ABAQUS用户子程序
使用方法 要在模型中包含用户子程序，可以利用 ABAQUS 执行 程序，在执行程序中应用user选项指明包含这些子程序的 FORTRAN源程序或者目标程序的名字。 ABAQUS 的输入文件除了可以通过 ABAQUS/CAE 的作业 模块提交运行外，还可以在 ABAQUS Command 窗口中输入 (MPa)
0 -50 -100 -150 -200 0.0000
0.0001
0.0002
0.0003
0.0004
0.0005
时 间 (s)
压杆上的应力输出（实际输出）
0.05
应变
有限元模拟SHPB实验
应 变
0.04
E22 单元671 单元680 单元690
0.03
0.02
0.01
0.00 0.0000
0.0002
0.0003
0.0004
0.0005
应 变 率 (s-1)
从试件各点的应力-应变分布上看， 图中应变、应力及应变率历史曲 线基本重合，同一横截面内各点 的变化历史基本一致
时
间 (s)
(b) 应 力 历 史
400
300
应 变 率 SR22 单元671 单元680 单元690
200
100
0
-100 0.0000
1-6
泊松比
塑性耗散比
7-12 塑性应变
A
B
n
13
C
M
弹性应变
等效塑性应变
UMAT 流程图
3 SHPB实验
分离式 Hopkinson 压杆（ Split Hopkinson Pressure Bar ， 简称 SHPB ）实验是从经典 Hopkinson 实验基础之上发展而来的一 种实验技术，用来测量材料的动态应力 - 应变行为。该实验技术 的理论基础是一维应力波理论，通过测量两根压杆上的应变来推 导试件上的应力-应变关系。
umat 单元体积

umat 单元体积

umat 单元体积
UMAT（Universal Material Anisotropic Thermal Elastoplasticity）是ABAQUS有限元软件中的一个用户子程序，用
于定义材料的本构关系和材料行为。

在UMAT中，单元体积通常是由
用户在材料本构子程序中定义的，它可以随材料的应变状态而发生
变化。

UMAT允许用户自定义材料的各种力学性质，包括材料的弹性、塑性、热传导等性质。

因此，单元体积在UMAT中并不是一个固定的
数值，而是根据材料模型和材料参数的定义而变化的。

从另一个角度来看，单元体积在有限元分析中是一个重要的参数，它影响着结构的变形和应力分布。

在有限元分析中，单元体积
通常是由软件自动划分并计算的，根据结构的几何形状和网格划分
的精细程度而变化。

单元体积的大小会影响有限元分析的结果，过
大或过小的单元体积都会导致计算结果的不准确性。

总的来说，UMAT中的单元体积是由用户在材料本构子程序中定
义的，它随材料的应变状态而变化；而在有限元分析中，单元体积
是由软件根据结构的几何形状和网格划分的精细程度自动计算的重
要参数。

希望这样的回答能够满足你的要求。