DEFORM二次开发各模块介绍

材料本构模型是实现计算机数值模拟的前提条件之一，【关于计算机数值模拟技术的发展介绍】本论文所采用的有限元模拟软件DEFORM-3D进行材料的微观组织模拟介绍，DEFORM-3D 有限元软件是集成了原材料、成形、热处理和机加工为一体的软件，可用于分析各种塑性体积成形过程中金属流动以及材料的应力、应变和温度等物理场量的分布变化情况，同时提供了材料的流动、模具间的填充、成型过程的载荷量、模具所受应力、材料的纤维流向、成型过程的坯料形成、材料的韧性断裂以及金属微观组织结构等信息。

为了实现在金属成形工艺模拟过程中进行微观组织演化的定量预测，所使用的模拟软件必须有包含微观组织变化的本构模型和专门的微观组织演化分析模块。

当前国际上虽然有多个知名商业有限元软件流行，但是它们都不具备微观组织演化的预测功能;或者软件具有微观组织变化的本构模型，但仍需使用者输入材料的参数方可进行，而软件不提供材料的参数;故很多软件都淡化此微观组织演化分析模块。

庆幸的是多数商业软件都为二次开发设置了用户子程序功能，通过编制用户子程序就能实现对微观组织演化的预测功能。

用户自定义本构模型的输入方法在当今的科学研究方向中，新材料的开发占据了一个重要的角色。

不同的材料工作者开发了不同的新材料，得到了不同的本构模型，需要对这种新材料进行模拟，为了满足这种需求，DEFORM提供了两种用户自定义本构模型的输入方法：（1）以函数形式输入本构模型。

DEFORM提供了若干常用本构模型，如图4.6所示。

若用户的本构模型与系统提供的本构模型一致，则可直接输入其相关系数即可；若用户的本构模型在系统中不存在，则可通过二次开发编程的方式将用户的本构模型加入到DEFORM中，然后在图4.6中选择“User routine”并输入所调用的本构模型子程序的编号。

(2)以数据形式输入本构模型。

DEFORM还允许通过输入数据的方式来定义材料的塑性流动行为。

具体方法是根据材料的真应力一真应变曲线，取若干个数据点，逐个输入该材料在某个温度、某个变形速率和某个真应变下的真应力。

该方法的优点是既不用求取材料的本构模型，也不用进行二次开发编程，就可以定义材料的塑性流动行为，同时，若输入的数据点较多，得到的精度比输入函数形式的本构方程要精确得多。

本论文采用第一种方式，基于windows平台的DEFORM编程接口将求取的本构方程输入到DEFORM中。

文件配置在windows操作系统中，在向DEFORM-3D/-2D中加入用户子程序之前，要对一些文件作相关配置，具体方法如下：1）先C:\DEFORM3D\V6_1\目录下的DEF_SIM.exe文件和C:\DEFORM3D\V6_1\UserRoutine\DEF_SIM\目录下的def_usr.f文件作一个备份；这两个文件是在安装完DEFORM-3D后就会自动生成的文件；因为本文的二次开发将会先对def_usr.f文件进行修改，所以备份原始文件很有必要。

2）打开C:\DEFORM3D\V6_1\UserRoutine\DEF_SIM目录下的DEF_SIM_P4_USR_Absoft70.gui 文件，系统会打开Absoft Developer Tools Interface；同时def_usr.f文件也自动被加载。

点击打开def_usr.f文件并将自己的模型用程序编制后添加进去。

3）将修改后的def_usr.f文件保存，然后执行Absoft Developer Tools Interface的Tools菜单下的Build命令，如果程序编制正确目调试通过的话，系统会生成一个新的DEF_SIM.exe，将新的DEF_SIM.exe文件拷贝到C:\DEFORM3D\V6_1\目录下替换原始的DEF_SIM.exe文件，重新运行DEFORM-3D，系统自动加载新的DEF_SIM.exe文件。

至此，包含新嵌入的模型的二次开发顺利完成。

用户子程序结构用户定义子程序的核心代码都储存在def_usr.f中，有限元主程序通过调用该文件中的子程序，可以计算出用户自定义变量的值，所以关键问题在于该子程序的编写。

在DEFORM软件中，用户可以通过修改DEFORM软件的用户子程序文件def_usr.f中用户自定义模块，扩展和增强DEFORM的现有功能。

为了满足不同模拟目的的需要，def_usr.f 文件中提供了流动应力子程序模块(USRMTR)、物体运动控制模块(USRDSP)、节点变量和单元变量模块(USRUPD)、可以改变所有变量的模块(USRMSH)。

用户可以通过这些模块实现模具运动、材料宏观、观变形行为的研究等。

用户子程序文件def_usr.f的程序结构如下：1.用户定义数据（USRDEF）用户可以在DEFORM-3D的前处理中输入用户子程序中包括的全部参数值。

具体方法：在启动DEFORM-3D后进入前处理模块后，首先点选Total objects按钮，打开SimulationControl窗口，选中billet坯料，然后点选Advanced菜单下的User Defined，在弹出的对话框中有十行可以填充数据，每一行可以写80个字符。

根据用户单元变量定义即可以在子程序中使用定义的变量，同时也可以实现在DEFORM-3D的后处理中查看用户定义的单元变量在变形体中的分布。

使用这些参数进行计算的用户子程序中需要包括下面的说明语句:CHARACTER*IUSRVLCOMMON/IUSR/IUSRVL(10)在def_usr.f中通过以下语句来读取或更新这些参数值：READ(IUSRVL(LINE NUMBER)，*)DATA1，DATA2…WRITE(IUSRVL(LINE NUMBER)，*)DATA1，DA TA2…其中：IUSRVL是存储这些参数值的数组名(不能更换)；DATA1，DATA2…是用户子程序需要读取或写入的用户参数名。

LINE NUMBER是前处理中输入参数值时DATA1，DATA2…所在的行号。

2.流动应力子程序（USRMTR）子程序格式：SUBROUTINE USRMTR（NPTRTN,YS,YPS,FIP,TEPS,EFEPS,TEMP)SUBROUTINE UFLOW1（YS,YPS,FIP,TEPS,EFEPS,TEMP)子程序的变量含义：NPTRTN：应力模型编号；YS：流动应力；YPS：流动应力对等效应变的导数；FIP：流动应力对等效应变速率的导数，TEPS：等效应变；EFEPS：等效应变速率；TEMP：温度。

子程序USRMTR和UFLOW运行时需要输入：应力模型编号、等效应变、等效应变速率、温度。

子程序执行完后将输出：流动应力值、流动应力对等效应变的导数，流动应力对等效应变速率的导数。

这几个变量可以用用户定义变量来计算。

程序中包含的公共块：COMMON/USRCTL/DTK,KOBJ,ISTATUS,KSTEPCOMMON/ELMCOM/RZE(3,8),URZE(3,8),STSE(6),EPSE(6),+EFEPSE,EFSTSE,TEPSE,RDTYE,TEMPE(8),USRE1(100),+USRE2(100)，DTMPE(8),NODEE(8),KELE,KONPCOMMON/NODCOM/RZN(3),URZN(3),DRZN(3),TEMPN,DTMPN,+USRN1(100),USRN2(100),KNODE子程序功能：USRMTR：传入上级程序计算出的等效应变、等效应变率、温度和用户应力模型编号，调用具有该编号的UFLOW，将等效应变、等效应变率、温度值传入UFLOW，用于计算出的流动应力、流动应力对等效应变的导数和流动应力对等效应变率的导数传回上级程序。

UFLOW：用传入的等效应变、等效应变率、温度和公共块中的用户定义的单元变量(USRE1、USRE2)和节点变量(USRN1、USRN2)计算流动应力、流动应力对等效应变的导数和流动应力对等效应变率的导数，并将这些计算值返回USRMTR。

3.用户定义物体运动控制(USRDSP)子程序格式:SUBROUTINEUSRDSP(NSPD,TIME,PDIS,VX,VY,VZ,STRKX,STRKY,STRKZ,FRZX,FRZY,FRZZ,AVGSRT, SRTMX,UPDV,UPDF,DTIME)SUBROUTINEDIESP1(TIME,PDIS,VX,VY,VZ,STRKX,STRKY,STRKZ,FRZX,FRZY,FRZZ,A VGSRT,SRTMX ,UPDV,UPDF,DTIME)子程序的变量含义：NSPD：用户定义子程序号；TIME：现时模拟时间；PDIS：主动模具位移；VX/VY/VZ：模具速度X/Y/Z方向分量；STRKX/STRKY/STRKZ：现时模具行程X/Y/Z方向分量；FRZX/FRZY/FRZZ：模具力X/Y/Z方向分量；A VGSRT：平均应变率；SRTMX：最大应变率；UPDV：规定方向上要更新的模具速度；UPDF：规定方向上要更新的模具力；DTIME：时间步长。

程序中包含的公共块：COMMON/IUSR/IUSRVL(10)在运行上面两个子程序时，需要输入的变量：用户定义子程序号、现时模拟时间、主动模具位移、模具速度3分量、现时模具行程3分量、模具力3分量、平均应变速率、最大应变速率、当前时间步长。

子程序执行完后输出变量：规定方向上更新后的模具速度、规定方向上更新后的模具力和所要求的时间步长。

子程序的功能：定义模具运动、工件的运动。

运动轨迹可用自定义的函数表达式。

在实际工程问题中，往往会遇到模具或者工件的运动非常复杂的情况，不是简单的直线运动或旋转运动，这就需要用到子程序对模具或者工件的运动进行自定义。

计算过程中，USDSP 根据输入的用户子程序号调用相应的DISP，由DISP根据用户要求更新模具运动参数，然后将更新后的模具运动参数通过USRDSP返回到上级程序中。

4.用户自定义单元变量与节点变量子程序（USRUPD）子程序格式：SUBROUTINE USRUPD程序中包含的公共块：COMMON/IUSR/IUSRVL(10)COMMON/USRCTL/DTK,KOBJ,ISTATUS,KSTEPCOMMON/ELMCOM/RZE(3,8),URZE(3,8),STSE(6),EPSE(6),+EFEPSE,EFSTSE,TEPSE,RDTYE,TEMPE(8),USRE1(100),+USRE2(100),DTMPE(8),NODEE(8),KELE,KONPCOMMON/NODCOM/RZN(3),URZN(3),DRZN(3),TEMPN,DTMPN,+USRN1(100),USRN2(100),KNODE子程序功能：计算所有的用户单元变量和用户节点变量。