首页/文章/ 详情

一种新思路用于实现ABAQUS用户自定义单元

1月前浏览1271
   

概述

       

一种新思路用于实现ABAQUS自定义单元,不需要在INP文件中采用“USER ELEMENT”等关键字定义单元,更重要的是,也不需要在UEL接口中进行繁琐的FORTRAN编程,只需要在INP文件中直接导入相应的矩阵即可。目前这种自定义单元适用的计算有:static, frequency extraction, modal dynamic, mode-based steady-state dynamics, complex eigenvalue extraction, and subspace-based steady-state dynamics。更多的功能还在探索之中。

这种自定义单元方式为多种CAE软件协同二次开发提供了一种可能,众所周知,ABAQUS的非线性方程组求解能力是行业翘楚,这时候如果能得到描述方程组的关键矩阵,可直接导入。

如固体力学的运动方程中的KK、MM和CC,直接导入ABAQUS便可以求解,相较于UEL二次开发,该方法节省了向ABAQUS主程序输出关键矩阵的编程工作,至于 KK、MM和CC,可以自己采用高级语言编程生成,也可以从其他软件中导出。

再比如,COMSOL以其多场耦合计算功能著称,采用该方法就可以将COMSOl的多场耦合功能与ABAQUS结合, 本质是数学中的方程组求解 。

这种技术可用于解决用户自定义单元在ABAUS中无法可视化的问题 。用户自定义单元的可视化,要么是将数据导出到第三方软件进行处理,要么是采用UMAT套一层单元进行可视化,这两种方法都需要大量的编程工作,采用该技术可避免上述工作。

下面以一个悬臂端受切向力作用为例,讲解实现方法:

模型信息说明

     

模型尺寸为10x10x10,弹性模量1e10,密度2400,泊松比0.24,一端完全固定,另一端受切向力作用,切向力以节点集 合的形式添加,力幅为100,边界条件和荷载示意图为:

   

设置两种工况:

1、ABAQUS的C3D8单元计算。

2、采用新型自定义单元,新型自定义单元的刚度矩阵和质量矩阵采用MATLAB自编程序,然后输出ABAQUS可以识别的外部文件形式,并手动修改INP文件。

INP文件的具体修改说明

       

1、删除INP中的PART ASSEMBLY等关键词,不采用PART建模方式

2、添加如下关键字

3、将属性修改为极小值

*MATRIX INPUT,NAME=kk,INPUT=kk.txt,TYPE=UNSYMMETRIC 

*MATRIX INPUT,NAME=mm,INPUT=mm.txt,TYPE=UNSYMMETRIC

*MATRIX ASSEMBLE,STIFFNESS=kk*MATRIX ASSEMBLE,mass=mm

计算结果

       

加载向位移云图对比如下

   

第一主应变云图对比如下

   

加载向支反力云图对比如下:

   
     
     


来源:有限元先生
ACTAbaqusComsol非线性二次开发其他软件MATLAB
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-09-29
最近编辑:1月前
外太空土豆儿
硕士 我们穷极一生,究竟在追寻什么?
获赞 2粉丝 1文章 41课程 0
点赞
收藏
作者推荐

C3D20 UEL用户自定义单元开发(1)

零概述开发了适用于静力通用计算的三维二十节点(C3D20)的用户自定义单元,在挖孔悬臂梁受剪切荷载算例中,位移计算结果与ABAQUS自带单元保持一致。对比刚度矩阵,与abaqus保持一致。帖子分为两部分->理论部分-C3D20UEL用户自定义单元开发(1)结果部分-C3D20UEL用户自定义单元开发(2)壹二理论与程序设计C3D20单元节点排布示意图形函数为求解刚度矩阵主程序subroutineKKmartix(KK,coords,DMatx,mcrd,nnode,jelem)INCLUDE'ABA_PARAM.INC'doubleprecisioncoords(mcrd,nnode),dmatx(6,6)doubleprecisionintegerpoint(1,3),wgt(1,3)doubleprecisionKK(3*nnode,3*nnode)doubleprecisionB(6,3*NNODE),J(3,3)doubleprecisiondetJ,kesai,eta,zeta,Coffdoubleprecisionnpxy(3,NNODE)!积分点,二阶单元,设置三个积分点integerpoint(1,1)=0.D0integerpoint(1,2)=0.7745966692D0integerpoint(1,3)=-0.7745966692D0!积分权重wgt(1,1)=0.8888888889D0wgt(1,2)=0.5555555556D0wgt(1,3)=0.5555555556D0B=0.d0J=0.d0detJ=0.d0kesai=0.d0eta=0.d0zeta=0.d0Coff=0.d0npxy=0.d0doi=1,3doii=1,3doiii=1,3kesai=integerpoint(1,i)eta=integerpoint(1,ii)zeta=integerpoint(1,iii)callShapefunction(npxy,detj,kesai,eta,zeta,1coords,mcrd,nnode,J)callCalBmartix(B,npxy)write(6,*)"kk-detj=",detjCOFF=detJ*wgt(1,i)*wgt(1,ii)*wgt(1,iii)KK=KK+matmul(matmul(transpose(B),DMatx),B)*COFFenddoenddoenddoreturnend形函数对物理坐标(x、y、z)的导数subroutineShapefunction(npxy,detj,kesai,eta,zeta,1coords,mcrd,nnode,J)INCLUDE'ABA_PARAM.INC'integermcrd,nnodedoubleprecisionkesai,eta,zeta,detJdoubleprecisioncoords(mcrd,nnode),npxy(3,nnode)doubleprecisionJ(3,3),NPGHR(3,nnode)doubleprecisioninvJ(3,3)j=0.d0jj=0.d0invJ=0.d0callCalNpLocalCoord(NPGHR,kesai,eta,zeta)J=matmul(NPGHR,transpose(coords))CallCaldetJ(detJ,J)callCalInvjocabin(invJ,detj,j)npxy=matmul(invJ,NPGHR)returnendB矩阵subroutineCalBmartix(B,npxy)INCLUDE'ABA_PARAM.INC'doubleprecisionnpxy(3,20),B(6,60)B=0.d0doi=1,20B(1,3*i-2)=npxy(1,i)B(2,3*i-1)=npxy(2,i)B(3,3*i)=npxy(3,i)B(4,3*i-2)=npxy(2,i)B(4,3*i-1)=npxy(1,i)B(5,3*i-1)=npxy(3,i)B(5,3*i)=npxy(2,i)B(6,3*i-2)=npxy(3,i)B(6,3*i)=npxy(1,i)enddoreturnend形函数对局部坐标(G、H、R)的导数SUBROUTINECalNpLocalCoord(NPGHR,KESAI,ETA,ZETA)INCLUDE'ABA_PARAM.INC'DOUBLEPRECISIONNPGHR(3,20)DOUBLEPRECISIONKESAI,ETA,ZETADOUBLEPRECISIONPG,PH,PRDOi=1,20CALLNPG(PG,KESAI,ETA,ZETA,I)CALLNPH(PH,KESAI,ETA,ZETA,I)CALLNPR(PR,KESAI,ETA,ZETA,I)NPGHR(1,i)=PGNPGHR(2,i)=PHNPGHR(3,i)=PRENDDORETURNEND-------------------------!形函数对局部坐标G的导数SUBROUTINENPG(PG,G,H,R,NINDEX)DOUBLEPRECISIONG,H,R,PGINTEGERNINDEXIF(NINDEX.EQ.1)THENPG=-0.125*(-1)*(1-H)*(1-R)*(2+G+H+R)1-0.125*(1-G)*(1-H)*(1-R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.2)THENPG=-0.125*(1)*(1-H)*(1-R)*(2-G+H+R)1-0.125*(1+G)*(1-H)*(1-R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.3)THENPG=-0.125*(1)*(1+H)*(1-R)*(2-G-H+R)1-0.125*(1+G)*(1+H)*(1-R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.4)THENPG=-0.125*(-1)*(1+H)*(1-R)*(2+G-H+R)1-0.125*(1-G)*(1+H)*(1-R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.5)THENPG=-0.125*(-1)*(1-H)*(1+R)*(2+G+H-R)1-0.125*(1-G)*(1-H)*(1+R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.6)THENPG=-0.125*(1)*(1-H)*(1+R)*(2-G+H-R)1-0.125*(1+G)*(1-H)*(1+R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.7)THENPG=-0.125*(1)*(1+H)*(1+R)*(2-G-H-R)1-0.125*(1+G)*(1+H)*(1+R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.8)THENPG=-0.125*(-1)*(1+H)*(1+R)*(2+G-H-R)1-0.125*(1-G)*(1+H)*(1+R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.9)THENPG=0.25*(-1)*(1+G)*(1-H)*(1-R)1+0.25*(1-G)*(1)*(1-H)*(1-R)ELSEIF(NINDEX.EQ.10)THENPG=0.25*(1-H)*(1+H)*(1)*(1-R)ELSEIF(NINDEX.EQ.11)THENPG=0.25*(-1)*(1+G)*(1+H)*(1-R)1+0.25*(1-G)*(1)*(1+H)*(1-R)ELSEIF(NINDEX.EQ.12)THENPG=0.25*(1-H)*(1+H)*(-1)*(1-R)ELSEIF(NINDEX.EQ.13)THENPG=0.25*(-1)*(1+G)*(1-H)*(1+R)1+0.25*(1-G)*(1)*(1-H)*(1+R)ELSEIF(NINDEX.EQ.14)THENPG=0.25*(1-H)*(1+H)*(1)*(1+R)ELSEIF(NINDEX.EQ.15)THENPG=0.25*(-1)*(1+G)*(1+H)*(1+R)1+0.25*(1-G)*(1)*(1+H)*(1+R)ELSEIF(NINDEX.EQ.16)THENPG=0.25*(1-H)*(1+H)*(-1)*(1+R)ELSEIF(NINDEX.EQ.17)THENPG=0.25*(1-R)*(1+R)*(-1)*(1-H)ELSEIF(NINDEX.EQ.18)THENPG=0.25*(1-R)*(1+R)*(1)*(1-H)ELSEIF(NINDEX.EQ.19)THENPG=0.25*(1-R)*(1+R)*(1)*(1+H)ELSEIF(NINDEX.EQ.20)THENPG=0.25*(1-R)*(1+R)*(-1)*(1+H)ENDIFRETURNEND!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!形函数对局部坐标H的导数SUBROUTINENPH(PH,G,H,R,NINDEX)DOUBLEPRECISIONG,H,R,PHINTEGERNINDEXIF(NINDEX.EQ.1)THENPH=-0.125*(1-G)*(-1)*(1-R)*(2+G+H+R)1-0.125*(1-G)*(1-H)*(1-R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.2)THENPH=-0.125*(1+G)*(-1)*(1-R)*(2-G+H+R)1-0.125*(1+G)*(1-H)*(1-R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.3)THENPH=-0.125*(1+G)*(1)*(1-R)*(2-G-H+R)1-0.125*(1+G)*(1+H)*(1-R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.4)THENPH=-0.125*(1-G)*(1)*(1-R)*(2+G-H+R)1-0.125*(1-G)*(1+H)*(1-R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.5)THENPH=-0.125*(1-G)*(-1)*(1+R)*(2+G+H-R)1-0.125*(1-G)*(1-H)*(1+R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.6)THENPH=-0.125*(1+G)*(-1)*(1+R)*(2-G+H-R)1-0.125*(1+G)*(1-H)*(1+R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.7)THENPH=-0.125*(1+G)*(1)*(1+R)*(2-G-H-R)1-0.125*(1+G)*(1+H)*(1+R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.8)THENPH=-0.125*(1-G)*(1)*(1+R)*(2+G-H-R)1-0.125*(1-G)*(1+H)*(1+R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.9)THENPH=0.25*(1-G)*(1+G)*(-1)*(1-R)ELSEIF(NINDEX.EQ.10)THENPH=0.25*(-1)*(1+H)*(1+G)*(1-R)1+0.25*(1-H)*(1)*(1+G)*(1-R)ELSEIF(NINDEX.EQ.11)THENPH=0.25*(1-G)*(1+G)*(1)*(1-R)ELSEIF(NINDEX.EQ.12)THENPH=0.25*(-1)*(1+H)*(1-G)*(1-R)1+0.25*(1-H)*(1)*(1-G)*(1-R)ELSEIF(NINDEX.EQ.13)THENPH=0.25*(1-G)*(1+G)*(-1)*(1+R)ELSEIF(NINDEX.EQ.14)THENPH=0.25*(-1)*(1+H)*(1+G)*(1+R)1+0.25*(1-H)*(1)*(1+G)*(1+R)ELSEIF(NINDEX.EQ.15)THENPH=0.25*(1-G)*(1+G)*(1)*(1+R)ELSEIF(NINDEX.EQ.16)THENPH=0.25*(-1)*(1+H)*(1-G)*(1+R)1+0.25*(1-H)*(1)*(1-G)*(1+R)ELSEIF(NINDEX.EQ.17)THENPH=0.25*(1-R)*(1+R)*(1-G)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.18)THENPH=0.25*(1-R)*(1+R)*(1+G)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.19)THENPH=0.25*(1-R)*(1+R)*(1+G)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.20)THENPH=0.25*(1-R)*(1+R)*(1-G)*(1)ENDIFRETURNEND!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!形函数对局部坐标R的导数SUBROUTINENPR(PR,G,H,R,NINDEX)DOUBLEPRECISIONG,H,R,PRINTEGERNINDEXIF(NINDEX.EQ.1)THENPR=-0.125*(1-G)*(1-H)*(-1)*(2+G+H+R)1-0.125*(1-G)*(1-H)*(1-R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.2)THENPR=-0.125*(1+G)*(1-H)*(-1)*(2-G+H+R)1-0.125*(1+G)*(1-H)*(1-R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.3)THENPR=-0.125*(1+G)*(1+H)*(-1)*(2-G-H+R)1-0.125*(1+G)*(1+H)*(1-R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.4)THENPR=-0.125*(1-G)*(1+H)*(-1)*(2+G-H+R)1-0.125*(1-G)*(1+H)*(1-R)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.5)THENPR=-0.125*(1-G)*(1-H)*(1)*(2+G+H-R)1-0.125*(1-G)*(1-H)*(1+R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.6)THENPR=-0.125*(1+G)*(1-H)*(1)*(2-G+H-R)1-0.125*(1+G)*(1-H)*(1+R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.7)THENPR=-0.125*(1+G)*(1+H)*(1)*(2-G-H-R)1-0.125*(1+G)*(1+H)*(1+R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.8)THENPR=-0.125*(1-G)*(1+H)*(1)*(2+G-H-R)1-0.125*(1-G)*(1+H)*(1+R)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.9)THENPR=0.25*(1-G)*(1+G)*(1-H)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.10)THENPR=0.25*(1-H)*(1+H)*(1+G)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.11)THENPR=0.25*(1-G)*(1+G)*(1+H)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.12)THENPR=0.25*(1-H)*(1+H)*(1-G)*(-1)ELSEIF(NINDEX.EQ.13)THENPR=0.25*(1-G)*(1+G)*(1-H)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.14)THENPR=0.25*(1-H)*(1+H)*(1+G)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.15)THENPR=0.25*(1-G)*(1+G)*(1+H)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.16)THENPR=0.25*(1-H)*(1+H)*(1-G)*(1)ELSEIF(NINDEX.EQ.17)THENPR=0.25*(-1)*(1+R)*(1-G)*(1-H)1+0.25*(1-R)*(1)*(1-G)*(1-H)ELSEIF(NINDEX.EQ.18)THENPR=0.25*(-1)*(1+R)*(1+G)*(1-H)1+0.25*(1-R)*(1)*(1+G)*(1-H)ELSEIF(NINDEX.EQ.19)THENPR=0.25*(-1)*(1+R)*(1+G)*(1+H)1+0.25*(1-R)*(1)*(1+G)*(1+H)ELSEIF(NINDEX.EQ.20)THENPR=0.25*(-1)*(1+R)*(1-G)*(1+H)1+0.25*(1-R)*(1)*(1-G)*(1+H)ENDIFRETURNEND来源:有限元先生

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈