ABAQUS用户定义子程序

当用到某个用户子程序时，用户所关心的主要有两方面：一是ABAQUS提供的用户子

程序的接口参数。有些参数是ABAQUS传到用户子程序中的，例如SUBROUTINE DLOAD中的KSTEP，KINC，COORDS；有些是需要用户自己定义的，例如F。二是ABAQUS何时调用该用户子程序，对于不同的用户子程序ABAQUS调用的时间是不同的。有些是在每个STEP的开始，有的是STEP结尾，有的是在每个INCREMENT的

开始等等。当ABAQUS调用用户子程序是，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，用户可编个小程序把它们输

出到外部文件中，这样对ABAQUS何时调用该用户子程序就会有更深的了解。

（子程序中很重要的就是要知道由abaqus提供的那些参量的意义，如下）

首先介绍几个子程序：

一．SUBROUTINE DLOAD(F,KSTEP,KINC,TIME,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,COORDS, JLTYP,SNAME)

参数：

1．F为用户定义的是每个积分点所作用的荷载的大小；

2．KSTEP,KINC为ABAQUS传到用户子程序当前的STEP和INCREMENT值；3．TIME(1),TIME(2)为当前STEP TIME和INCREMENT TIME的值；

4．NOEL,NPT为积分点所在单元的编号和积分点的编号；

5．COORDS为当前积分点的坐标；

6．除F外，所有参数的值都是ABAQUS传到用户子程序中的。

功能：

1．荷载可以被定义为积分点坐标、时间、单元编号和单元节点编号的函数。

2．用户可以从其他程序的结果文件中进行相关操作来定义积分点F的大小。

例1：这个例子在每个积分点施加的荷载不仅是坐标的函数，而且是随STEP变化而变

化的。

SUBROUTINE DLOAD(P,KSTEP,KINC,TIME,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,COORDS,

1 JLTYP,SNAME)

INCLUDE 'ABA_PARAM.INC' C

DIMENSION TIME(2),COORDS(3)

CHARACTER*80 SNAME

PARAMETER (PLOAD=100.E4)

IF (KSTEP.EQ.1) THEN ！当STEP=1时的荷载大小

P=PLOAD

ELSE IF (KSTEP.EQ.2) THEN ！当STEP＝2时的荷载大小

P=COORDS(1)*PLOAD ！施加在积分点的荷载P是坐标的函数

ELSE IF (KSTEP.EQ.3) THEN ！当STEP=3时的荷载大小

P=COORDS(1)**2*PLOAD

ELSE IF (KSTEP.EQ.4) THEN ！当STEP=4时的荷载大小

P=COORDS(1)**3*PLOAD

ELSE IF (KSTEP.EQ.5) THEN ！当STEP=5时的荷载大小

P=COORDS(1)**4*PLOAD

END IF

RETURN

END

UMAT 子程序具有强大的功能，使用UMAT 子程序：

(1) 可以定义材料的本构关系，使用ABAQUS 材料库中没有包含的材料进行计算，扩充程序功能。

(2) 几乎可以用于力学行为分析的任何分析过程，几乎可以把用户材料属性赋予ABAQUS 中的任何单元；

(3) 必须在UMAT 中提供材料本构模型的雅可比（Jacobian）矩阵，即应力增量对应变增量的变化率。

(4) 可以和用户子程序“USDFLD”联合使用，通过“USDFLD”重新定义单元每一物质点上传递到UMAT 中场变量的数值。

由于主程序与UMAT 之间存在数据传递，甚至共用一些变量，因此必须遵守有关UMAT 的书写格式，UMAT 中常用的变量在文件开头予以定义，通常格式为：SUBROUTINE UMAT(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD,

1 RPL,DDSDDT,DRPLDE,DRPLDT,

2 STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF,DPRED,CMNAME,

3 NDI,NSHR,NTENS,NSTATV,PROPS,NPROPS,COORDS,DROT,PNEWDT,

4 CELENT,DFGRD0,DFGRD1,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,KSTEP,KINC)

INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'

CHARACTER*80 CMNAME

DIMENSION STRESS(NTENS),STATEV(NSTATV),

1 DDSDDE(NTENS,NTENS),DDSDDT(NTENS),DRPLDE(NTENS),

2 STRAN(NTENS),DSTRAN(NTENS),TIME(2),PREDEF(1),DPRED(1),

3 PROPS(NPROPS),COORDS(3),DROT(3,3),DFGRD0(3,3),DFGRD1(3,3)

user coding to define DDSDDE, STRESS, STATEV, SSE, SPD, SCD

and, if necessary, RPL, DDSDDT, DRPLDE, DRPLDT, PNEWDT

RETURN

END

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。下面对UMAT 中用到的一些变量进行说明：

DDSDDE（NTENS，NTENS）

是一个NTENS 维的方阵，称作雅可比矩阵，，是应力的增量，是应变的增量，DDSDDE（I，J）表示增量步结束时第J 个应变分量的改变引起的第I 个应力分量的变化。通常雅可比是一个对称矩阵，除非在“*USER MATERIAL”语句中加入了“UNSYMM”参数。

STRESS （NTENS）

应力张量矩阵，对应NDI 个直接分量和NSHR 个剪切分量。在增量步的开始，应力张量矩阵中的数值通过UMAT 和主程序之间的接口传递到UMAT 中，在增量步的结束UMAT 将对应力张量矩阵更新。对于包含刚体转动的有限应变问题，一个增量步调用UMAT 之前就已经对应力张量的进行了刚体转动，因此在UMAT 中只需处理应力张量的共旋部分。UMAT 中应力张量的度量为柯西（真实）应力。

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，然后增量步开始时将更新后的数据传递到UMAT