ABAQUS UTRACLOAD子程序自定义面荷载

目录概述uexternaldb子程序disp子程序子程序讲解数据的准备uexternaldb子程序disp子程序算例所有的计算文件和代码总结概述  帖子探索了将子程序uexternaldb和disp联合进行仿真。  其中，子程序uexternaldb用于在计算分析之前读取预先准备的数据，并将数据处理成公共数据块，再利用子程序disp读取公共数据块中的内容，以位移荷载的形式施加在模型中。  以悬臂梁受随时间变化的位移荷载为例验证子程序计算准确性，最终计算结果表明，与abaqus计算结果保持一致，说明，二者联合仿真可以完成外界数据的导入和施加荷载的计算。帖子末尾给出了所有的计算文件和代码。          uexternaldb子程序  uexternaldb子程序是abaqus专门设计出来让子程序与外界的数据进行交互的。该子程序允许在不同的计算时刻调用，最大程度上满足了子程序与外界数据交互的需求，该子程序的接口为SUBROUTINEUEXTERNALDB(LOP,LRESTART,TIME,DTIME,KSTEP,KINC)CINCLUDE'ABA_PARAM.INC'CDIMENSIONTIME(2)CusercodingtosetuptheFortranenvironment,openfiles,closefiles,calculateuser-definedmodel-independenthistoryinformation,writehistoryinformationtoexternalfiles,recoverhistoryinformationduringrestartanalyses,etc.donotincludecallstoutilityroutineXITRETURNEND  这个子程序的参数并不复杂，下面逐一解释各个参数的含义和使用方法。abaqus对于参数的介绍是非常有逻辑性的，所有的参数一般被分为以下几种：需要我们定义的参数、传递进子程序作为信息的参数、可以更新的参数等等，在这个子程序中，不存在我们需要定义的参数，传递进子程序的所有参数都是我们可以直接使用的信息。下面是具体的参数介绍。当lop等于0的时候，意味着当前时刻是0时刻，即分析步还没开始。lop等于1的时候意味着当前增量步开始，lop等于2的时候意味着当前时刻是增量步结束时刻，lop等于3的是时候意味着当前时刻是分析步结束时刻，即当前所有计算已经完成。lop等于4意味着当前时刻是重启动分析开始前，lop等于5意味着当前时刻是一个分析步开始时刻，lop等于6意味着当前时刻是分析步结束时刻。time（1）参数是当前分析步时间。time（2）是计算总时间。dtime是增量步长。kstep是当前分析步数。kinc是当前增量步数目。    disp子程序  disp子程序用于定义复杂的边界条件。abaqus所有的自由度均可以使用这个子程序，在这次帖子中，仅仅涉及到位移自由度，即1-3自由度的边界条件。这个子程序的接口为SUBROUTINEDISP(U,KSTEP,KINC,TIME,NODE,NOEL,JDOF,COORDS)CINCLUDE'ABA_PARAM.INC'CDIMENSIONU(3),TIME(3),COORDS(3)CusercodingtodefineURETURNEND  相较于uexternaldb子程序，disp子程序的参数更加简单，而且与上一个子程序的参数有重复，这里只介绍没重复的参数。  参数u就是disp最终向abaqus主程序输出的数据，这个数据要我们自己计算定义，这是一个数组，数组的长度为3，第一个是幅值本身，第二个是幅值的一阶导数，第三个是幅值的二阶导数。  参数node是当前传进子程序的节点编号，就是说，我们可以对不同的节点施加不同的边界条件，这个功能很强大！  参数noel是当前传进子程序的单元编号。  参数jdof是自由度编号。  参数coords是当前位置的坐标，我们还可以对坐标进行判断，给我们想要的位置施加边界条件，这非常方便。  以上是两个子程序的介绍，下面设计算例，在计算的过程中讲解这两个子程序是怎样交互数据的。算例  这里设计一个悬臂梁受随时间变化的位移荷载算例，悬臂梁尺寸为，材料弹性模量，密度，泊松比，悬臂梁的一段固定，悬臂端的所有节点施加同样的随时间变化的位移荷载，悬臂梁的荷载和边界条件示意图为  采用六面体单元离散模型，即C3D8单元，单元尺寸为，共计单元数目为250，节点数目为396，网格图为  在悬臂端施加随时间变化的位移荷载，位移荷载采用正弦曲线，即，曲线图为  上述算例采用dynamicimplicit分析步计算，采用固定增量步长，计算总时长为10，增量步长为0.01，总体增量步数100。设置两种计算工况，分别为1.完全采用abaqus计算。2.采用子程序完成上述计算。具体的步骤为（1）采用uexternaldb子程序读取预先准备的荷载数据（2）通过fortran语言的公共数据块COMMON将数据传递给子程序disp（3）disp子程序完成位移荷载的赋值。  对于工况1，可参考文末给出的inp文件。下面重点讲解工况2程序的实现过程。子程序讲解数据的准备  这里采用的是正弦曲线的位移荷载，可以直接通过excel表格生成。注意计算总时长为10，增量步长为0.01，excel的数值大致为  上面有两列数据，左边为时间序列，时间间隔就是增量步长0.01，右面一列是位移幅值，我们需要将右面一列复制到一个txt文件中，便于后续的子程序读取。  除了包含位移荷载的txt文件，我们还需要准备一个记录数据总数的文件：“INP_PARAM.INC”，子程序运行的时候，会自动包含这个文件中生成的参数，这里的参数是位移荷载的个数，即总的增量步数，这个文件的书写遵循fortran语法，具体的内容为PARAMETER(amp=100)!NumberofINCs  这样就生成了一个变量amp，，子程序就可以直接引用这个变量。  到这里，我们准备了两个文件，一个储存位移荷载的txt文件，用于后续的子程序调用；一个储存增量步总数的文件，下面开始具体的程序讲解，所有的子程序都会在文末给出。uexternaldb子程序  在程序正式开始工作之前，要先将变量和预先准备的文件引用一下C引用准备的文件，用于储存位移荷载总数INCLUDE'INP_PARAM.INC'  我们需要在两个子程序之间传递数据，因此要声明一个公共的数据块COMMONCOMMON/ampinfo/AMPLITUDE(AMP)  下面开始读取数据，读取数据的工作只需要进行一次，即在正式的分析开始之前读取，储存起来，后续所有的增量步都不再读取，因此需要设置一个判断C只在分析步开始之前读取数据if(lop.eq.0)thenCcodesendif  然后开始读取预先准备的txt文件，用open语句读取OPEN(UNIT=111,FILE='C:\Users\nnn\Desktop\uexternaldb\user\1patch.txt',STATUS='UNKNOWN')  打开要读取的文件之后，就开始读取并储存数据Camp是储存在INP_PARAM.INC文件中的增量步总数doii=1,AMPread(111,*)TEMPC将读取的temp数据赋值给AMPLITUDE数组AMPLITUDE(II)=TEMPenddodisp子程序  与uexternaldb子程序类似，正式的计算之前也需要引用预先准备的数据，这里主要引用INP_PARAM.INC文件和uexternaldb子程序中声明的公共数据块INCLUDE'INP_PARAM.INC'CCOMMON/ampinfo/AMPLITUDE(AMP)  引用了数据之后就是将位移荷载赋值给相应的参数，这里是位移荷载，因此按照增量步kinc将数据赋值给u(1)，即u(1)=amplitude(kinc)  以上就是子程序的所有主要内容，详细的内容在文末给出。下面是具体的计算结果计算结果  写这部分文字其实不如给大家讲述实现过程有意思，这个帖子所有的重点的内容在上面，我就简单放几个图，大家看看就好，需要详细的数据可以私信我。  这里施加的是数值向位移，我就随便选几个时间点的u2对比图放这里，3s的竖直向对比图为  5s的竖直向对比图为  10s的竖直向对比图为所有的计算文件和代码计算inp文件  计算inp文件太多了，全部写这里在太长了，我就放一下调用子程序的大致inp文件，需要详细的数据可以私信我。*Heading**Jobname:Job-1Modelname:Model-1**Generatedby:Abaqus/CAE2020*Preprint,echo=NO,model=NO,history=NO,contact=NO****PARTS***Part,name=Part-1*Node1,10.,10.,20.......396,0.,0.,0.*Element,type=C3D8R1,67,68,74,73,1,2,8,7....250,389,390,396,395,323,324,330,329*Nset,nset=Set-1,generate1,396,1*Elset,elset=Set-1,generate1,250,1*Nset,nset=load1,2,3,4,5,6,67,68,69,70,71,72,133,134,135,136137,138,199,200,201,202,203,204,265,266,267,268,269,270,331,332333,334,335,336**Section:Section-1*SolidSection,elset=Set-1,material=Material-1,*EndPart******ASSEMBLY***Assembly,name=Assembly***Instance,name=Part-1-1,part=Part-1*EndInstance***Nset,nset=Set-1,instance=Part-1-161,62,63,64,65,66,127,128,129,130,131,132,193,194,195,196197,198,259,260,261,262,263,264,325,326,327,328,329,330,391,392393,394,395,396*Elset,elset=Set-1,instance=Part-1-146,47,48,49,50,96,97,98,99,100,146,147,148,149,150,196197,198,199,200,246,247,248,249,250*Elset,elset=_Surf-1_S3,internal,instance=Part-1-11,2,3,4,5,51,52,53,54,55,101,102,103,104,105,151152,153,154,155,201,202,203,204,205*Surface,type=ELEMENT,name=Surf-1_Surf-1_S3,S3*EndAssembly****MATERIALS***Material,name=Material-1*Density0.,*Elastic1e+10,0.25**----------------------------------------------------------------****STEP:Step-1***Step,name=Step-1,nlgeom=NO,inc=1000*Dynamic,direct0.1,10.,****BOUNDARYCONDITIONS****Name:BC-2Type:Displacement/Rotation************************这里调用了disp子程序************************Boundary,userPart-1-1.load,2,2,10000.**Name:fixedType:Displacement/Rotation*BoundarySet-1,1,1Set-1,2,2Set-1,3,3****OUTPUTREQUESTS***Restart,write,frequency=0****FIELDOUTPUT:F-Output-1***Output,field,variable=PRESELECT,frequency=1****HISTORYOUTPUT:H-Output-1***Output,history,variable=PRESELECT*EndStepfortran子程序  下面的子程序是完整的，只需要修改下文件路径就能运行。CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC读取外界数据的子程序SUBROUTINEUEXTERNALDB(LOP,LRESTART,TIME,DTIME,KSTEP,KINC)CINCLUDE'ABA_PARAM.INC'INCLUDE'INP_PARAM.INC'CDIMENSIONTIME(2)C定义全局数据块，所有的子程序都可以调用COMMON/ampinfo/AMPLITUDE(AMP)DOUBLEPRECISIONTEMPC只在分析步开始的时候读取外部txt文件，其余的分析步不读取if(lop.eq.0)thenC这里的路径需要自己修改OPEN(UNIT=111,FILE='C:\Users\nnn\Desktop\uexternaldb\user\1patch.txt',STATUS='UNKNOWN')C读取外部txt文件doii=1,AMPread(111,*)TEMPAMPLITUDE(II)=TEMPenddoclose(111)write(*,*)"***外部数据读取完毕（仅在分析开始之前读取）***"endifRETURNENDCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC施加位移的子程序SUBROUTINEDISP(U,KSTEP,KINC,TIME,NODE,NOEL,JDOF,COORDS)CINCLUDE'ABA_PARAM.INC'INCLUDE'INP_PARAM.INC'CDIMENSIONU(3),TIME(3),COORDS(3)CCOMMON/ampinfo/AMPLITUDE(AMP)write(*,*)amplitude(kinc)u(1)=amplitude(kinc)RETURNENDCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC总结  上面的东西写的花里胡哨的，但是仔细一想，这不纯纯做无用功吗！abaqus自己就可以定义正弦曲线啊！那为什么还要费劲巴拉的在外部定义曲线，还通过两个子程序联合传递数据，这有什么意义呢？  是的，这个帖子如果就内容而言，纯纯没有任何实用价值，纯纯是六个手指头挠痒痒---多一道子！但是如果我们把这个工作流程进行抽象整理，我们再来看看这个帖子做了什么事。  我们首先生成了一些外部数据，然后用uexternaldb子程序读了进来，又通过公共数据快讲数据传递给了disp，最终施加了边界条件。  将上面的步骤拆开分析。uexternaldb可以用来读取外部数据，那这个外部数据的来源就值得考究，这个帖子就只是个简单的三角函数，而且只有一组数据，非常的简单，那假如我们需要导入的数据非常的复杂呢？而且没有任何的函数关系？再假如，如果我们导入的数据是别的软件或者程序实时生成并更新的呢？事情是不是的顿时变得非常有意思了？  一言以蔽之，uexternaldb子程序为abaqus与其他的程序进行联合方针埋下了伏笔！  再来分析一下disp施加边界条件的事情。这里只是施加了一个非常简单的位移边界条件，而且还是单个自由度的一组数据，非常简单，口算都行。但是，假如我们要给接触界面添加界面属性数据呢？假如我们要修改弹性模量呢，假如我们要给一道焊缝施加高斯热源呢？事情是不是的顿时变得非常有意思了？  复杂的事情都是由简单的事情组合起来的；麻雀虽小，五脏俱全，简单的事物也包含着复杂事物的所有基本流程。来源：有限元先生