【阿信子程序学习笔记（6）】UMAT材料属性随时间变化

阿信老师CAE

发布于 2022-05-17 08:36:49

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材料属性千变万化，任何一个数值模拟软件的材料模型库也只能包含常见的材料本构模型，但是随着科技的发展以及极端服役环境对材料性能的要求越来越高，各种新的材料本构被不断开发出来，如何将新的本构模型转化为程序并植入到数值模拟软件中成为越来越重要的研究方向。

为满足用户自定义本构的需求，ABAQUS软件提供了非常方便的用户自定义材料本构的FORTRAN子程序接口UMAT（User-defined MATerial）和VUMAT，分别用于ABAQUS/Standard和Abaqus/Explicit 。UMAT的子程序接口如下：

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,JSTEP,KINC)
C
      INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'
C
      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),
     4 JSTEP(4)


 C     user coding to define DDSDDE, STRESS, STATEV, SSE, SPD, SCD
 C     and, if necessary, RPL, DDSDDT, DRPLDE, DRPLDT, PNEWDT


      RETURN
      END

材料本构是一门大学问，阿信才疏学浅不敢妄谈，本文主要是以一个例子说明在UMAT中如何设置随时间变化的杨氏模量，对于已经很熟悉UMAT的朋友这自然是小事一桩，所以只针对刚入门的朋友。

材料杨氏模量服从如下公式：

上式中

为时间，这里以秒为单位。

话不多说，上代码！

具体代码核心部分如下，其余部分请自行补全。

      E0 = 210000.0  
      XNUE = 0.3  
      E = E0 * (ONE - EXP(-0.009*TIME(1)))   
      STATEV(1) = E     
C
C    Set up elasticity matrix
C   
      EBULK3 = E/(ONE-TWO*XNUE)
      EG2 = E/(ONE+XNUE)
      EG = EG2/TWO
      ELAM = (EBULK3-EG2)/THREE 
C
      CFull = ZERO
      DO K1 = 1, 3
         DO K2 = 1, 3
           CFull(K2,K1) = ELAM
         END DO
        CFull(K1,K1) = EG2 + ELAM
      END DO
      CFull(4,4) = EG
      CFull(5,5) = EG    
      CFull(6,6) = EG  
C        
C      Compute the stress tensor
C
      DO I=1, NTENS
        DO J=1, NTENS
            STRESS(I)=STRESS(I)+CFull(I,J)*DSTRAN(J)
        END DO
      END DO
C
C    Determine jacobian
C
      DO I=1, NTENS
        DO J=1, NTENS
            DDSDDE(I,J)=CFull(I,J)
        END DO
      END DO