Abaqus-十种最有用的Subroutine子程序-1

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一、子程序简介

当您想在 ABAQUS 中分析问题时，例如应力分析或断裂模拟，您通常使用软件的图形界面就可以完成，通过不同的模块来解决问题。但是，有时会出现常规程序无法解决的问题。这可能是因为特定的方程式或问题的复杂性，或者，您可能需要解决应用特定功能的用户定义问题。因此，软件给我们留下了一个开放的编码平台；ABAQUS 子程序是平台。

ABAQUS 软件有许多针对不同问题的子程序。例如，如果要定义机械用户定义的分布载荷，则必须使用 DLOAD 子程序；如果您需要用户定义的边界条件，请使用 DISP 子程序；有时，您需要用户定义的材料行为，因此应用 UMAT 子例程等。需要注意的是不管是Standard求解器或Explicit求解器，都必须必须使用 FORTRAN来实现。子程序适用于航空航天、军事、复合结构、材料科学、断裂力学等许多行业和主题。

在本文中，我们将介绍十个重要的子程序：

1) UMAT & VUMAT；2) USDFLD & VUSDFLD；3) DLOAD & VDLOAD

4) UHYPER；5) UEL & VUEL；6) FRIC & VFRIC；7) UMESHMOTION

8）HETVAL；9) DFLUX；10) DISP & VDISP

二、 UMAT 和 VUMAT 应用程序

2.1 分析沥青路面

2017 年，美国国家自然科学基金委资助研究使用 ABAQUS 子程序研究沥青路面车辙行为。开发了 UMAT 子程序来学习沥青混合料的特性并分析沥青路面的车辙行为。

2.2 Carbon/Kevlar混合复合材料

马来西亚高等教育部在 2020 年资助了一篇文章，研究激光切割中碳/凯夫拉尔混合复合材料的热应力预测。研究人员在 ABAQUS 软件中对该问题进行了建模，并使用了 VUMAT 子程序。该子程序用于控制激光切割过程中的材料去除。

2.3 复合材料的强度预测

复合材料结构在航空和军事等许多行业都有广泛的应用。江苏省博士后科学基金在 2017 年开发了一篇文章，解释了如何使用 ABAQUS 子程序对 3D 编织复合材料进行建模，以预测复合材料的刚度和强度。VUMAT 子程序进行损伤模拟和复合建模。

【https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.12.042】

2.4 功能梯度材料 (FGM)

如您所知，FGM 材料在过去几年中一直是最重要和最适用的材料之一。应用于航空航天、核能、光学、生物等诸多行业。2019 年，突尼斯的工程生产力学和材料部门对 FGM 弹塑性行为进行了几何非线性分析。研究人员使用 ABAQUS 子程序对 FGM 进行建模，使用UMAT 子程序定义了 FGM 材料属性。

2. USDFLD & VUSDFLD，这两个是干什么用的？

用户定义的字段（USDFLD：标准求解器，VUSDFLD：显式求解器）子例程允许您在增量内的材料点处重新定义字段变量值。换句话说，您可以将场变量定义为任何可用材料点的时间函数。

三、 USDFLD & VUSDFLD 的多种应用

3.1 增材制造（3D 打印）

2019年，埃及亚历山大大学传播了一篇关于3D打印的文章。本文讨论了激光扫描速度对零件变形的影响。这部分的有限元建模是在USDFLD子程序的帮助下实现的，执行子程序以模拟从粉末到固态的相变。

【https://doi.org/10.1016/j.aej.2018.12.010】

3.2. 飞机上使用的螺栓连接

中国西安飞机工业公司于 2018 年开始研究 CFRP/Ti 螺栓接头，这种接头越来越多地用于飞机结构。进行了实验和数值研究，以发现干涉尺寸和间隙对 CFRP/Ti 螺栓连接的失效和损坏的影响。研究人员使用 ABAQUS USDFLD 子程序来模拟加载过程中的材料刚度退化和失效分析。

【https://doi.org/10.1016/j.ast.2018.04.042】

3.3 复合材料的失效预测

2012 年，西班牙 Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología 资助了一篇关于复合材料接头失效预测的文章。研究人员在 ABAQUS/标准 USDFLD 子程序的帮助下对渐进式损伤进行建模，以预测紧固扭矩和二次弯曲对复合材料接头的影响。通过 USDFLD 子程序，材料属性成为预定义字段变量的直接函数。

【https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2012.01.016】

3.4 高速加工

高速加工是制造业中最关键和最有用的切屑工艺之一。中国国家自然科学基金委员会于 2016 年发表了一项调查，利用 ABAQUS 子程序研究高速加工过程中显微硬度和晶粒尺寸的演变。VUSDFLD 子程序是基于 Zener-Hollomon 和 Hall-Petch 开发的，用于模拟加工表面生成中的晶粒尺寸修改和显微硬度。此外，它还用于研究不同切削速度下的切屑形成。

【https://doi.org/10.1007/s00170-015-7508-1】

四、DLOAD 和 VDLOAD 子例程

DLOAD 和 VDLOAD 子例程用于用户定义的分布式负载。前者用于Standard求解器，后者用于显式求解器。他们可以将分布载荷幅度变化定义为时间、载荷积分点数量、位置、元素数量等的函数。

4.1 沥青混凝土路面动态压力研究

2017 年，美国密歇根州立大学开展了一项检测沥青混凝土路面自下而上裂缝的研究。研究人员使用 DLOAD 子程序来模拟路面上的动态移动载荷。

【https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.03.197】

4.2 风力涡轮机叶片

风能是最重要和最有前途的可再生能源之一。拥有风能需要风力涡轮机，因此与其他设备一样，这台设备也需要维护。

2020 年，摩洛哥可再生能源和动力系统实验室发表了一项调查。研究目标是在 ABAQUS 子程序的帮助下识别和预测对失效和损坏敏感的关键区域。DLOAD 子程序模拟随位置变化的压力负载。

【https://doi.org/10.1177%2F0309524X19849830】

4.3 多层金属板

2019年，美国德克萨斯州立大学通过ABAQUS子程序模拟问题，研究了反复局部冲击载荷对多层金属板性能的影响。VDLOAD 子程序用于模拟结构动态塑性响应并预测单片和多层配置的失效模式和变形曲线。

【https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106332】

五、UHYPER超弹性子程序

要定义用户定义的超弹性材料行为，可以使用 UHYPER 子程序。此外，它可以定义各向同性超弹性材料行为的应变势能函数。

5.1

5.1 水凝胶

水凝胶用于卫生产品、生产隐形眼镜、伤口敷料等。水凝胶也用于组织工程和药物输送。2016 年，A*STAR 高性能计算研究所 (IHPC) 支持了对温度敏感水凝胶变形特性的研究。该研究所使用 ABAQUS 子程序 UHYPER 和 UMAT 进行了分析，以获得一些结果。他们使用 UHYPER 子程序来确定温度敏感凝胶的机械性能。【https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2016.02.018】