abaqus1用户材料子程序

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1、19ABAQUS用户材料子程序（UMAT）虽然ABAQUS为用户提供了大暈的单元库和求解模型，使用户能够利用这些模型处理绝大多数的问题；但是现实世界毕竟十分复杂，ABAQUS不可能把所有可能岀现的问题都包含进去。所以ABAQUS提供了大量的用户子程序（UserSubroutine）。用户子程序允许用户在找不到合适模型的情况下自行定义符合自己问题的模型。这些用户子程序涵盖了建模从载荷到单元的儿乎各个部分。ABAQUS为用户提供的这个接口，允许用户通过自定义的子程序定制ABAQUS,以实现特定的功能。用户子程序具有以下的功能和特点：（1）如果ABAQUS的一些固有选项模型功能有限

2、；用户子程序可以提髙ABAQUS中这些选项的功能；（2）通常用户子程序是用FORTRAN语言的代码写成；（3）它可以以儿种不同的方式包含在模型中；（4）由于它们没有存储在restart文件屮，如果需要的话，可以在重新开始运行时修改它；（5）在某些情况下它可以利用ABAQUS允许的已有程序。要在模型中包含用户子程序，可以利用ABAQUS执行程序，在abaqus执行程序屮应用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。提示：ABAQUS的输入文件除了可以通过ABAQUS/CAE的作业模块屮提交运行外，还可以在ABAQUSCommand窗口中输入ABAQ

3、US执行程序直接运行：ABAQUS）00=输入文件名1淀工=用户子程序的Fortm文件名ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit都支持用户子程序功能，但是他们所支持的用户子程序种类不尽相同，读者在需要使用时请注意查询手册。在接下来的最后两章里，我们将讨论两种常用的用户子程序一一用户材料子程序和用户单元子程序。本章将通过在ABAQUS/Standard屮创建Johnson-Cook的材料模型，对编写Standard的用户材料子程序UMAT进行一个简单介绍。ABAQUS/Explicit屮的用户材料子程序VUMAT的思想与Z相似，但是由于隐式和显式两种方法

4、本身的差异，它们Z间也有一些不同，请读者在自己具体使用前首先仔细查阅ABAQUS手册小的相关内容。18.1引言用户材料子程序是ABAQUS提供给用户自的定义材料属性的Fortran程序接口，它使用户能使用ABAQUS材料库屮没有的材料模型。ABAQUS屮自有的Johnson-Cook模型只能应用于显式ABAQUS/Explicit程序中，而我们希望能在隐式ABAQUS/Standard程序屮更精确的实现本构积分，而且应用Johnson-Cook模型的修正形式。这就需要通过ABAQUS/Standard的用户材料子程序UMAT编程实现。在UMAT编程屮使用了率相关塑性理论以及完

5、全隐式的应力更新算法。18.2模型的数学描述18.2.1JohnsorvCook强化模型简介Johnson-Cook模型用来模拟在冲击载荷作用下的变形。Johnson-Cook强化模型(JC)表示为三项的乘积，分别反映了应变硬化、应变率硬化和温度软化。这里使用JC模型的修正形式：(7=(A+血)r•1+Cln1+—(1-广)勺丿(19-1)模型中包含A,B,n,C,m五个参数，需要通过实验來确定。使参考应变率&)=1,这样公式中的A即为材料的静态屈服应力。公式屮的厂为无量纲化的温度其屮7；为室温，7；为材料的熔点。Johnson-Cook模型在温度从室温到材料熔点温度的范围

6、内都是有效的。高应变率的变形经常伴有温升现象，这是因为材料变形过程屮塑性功转化为热量。对于大多数金属，90-100%的塑性变形将耗散为热量。所以JC模型屮温度的变化可以用如下的公式计算：(19-2)其屮，AT为温度的增量，Q为塑性耗散比，表示塑性功转化为热量的比例，c为材料的比热，°为材料的密度。公式(19-2)考虑的是一个绝热过程，即认为温度的升高完全起因于塑性耗散。18.2.2率相关塑性的基本公式Johnson-Cook本构模型考虑率相关塑性，塑性变形是关联的，即塑性流动沿着屈服面的法线方向，并采用Mises屈服面。将应变的增量分解为弹性部分和塑性部分：d£=d£e+d£

7、"(19-3)将上式两端同时对时问的增量dt微分得到率形式：£=£e+ep(19-4)在率相关塑性中，材料的塑性反应取决于加载率，以率的形式给出材料的弹性反应:(y=Eee=E(e-ep)(19-5)为了发生塑性变形，率相关塑性必须满足或者超过屈服条件，塑性应变率为：•2屮=A,2=臣，G—O—(X,屮=(7‘(19-6)da上式即为流动法则，英屮屮为塑性流动势能，2为塑性率参数，q为运动硬化时的背应力。对于各项同性硬化，不存在背应力，因此有0=0,此时有：屮=(7=(rsign((j)(19-7)Ep