黄永刚晶体塑性UMAT及VUMAT理论及程序详细解读

黄永刚院士编写的单晶晶体塑性UMAT，主要用于在Abaqus有限元软件中进行单晶及多晶晶体塑性变形的计算。许多科研人员通过改写其晶体塑性UMATs，建立自己的本构子程序并发表论文。利用该本构子程序进行材料模拟的研究方向很广泛，包括但不限于修改材料滑移、孪晶系，修改硬化方程，加入损伤，将隐式分析的UMATs修改为显式分析的VUMATs等，理解其基本理论并将公式与代码对应是改写的关键。

晶体塑性的理论和UMAT自学难度较高，对于初学者自己读懂代码基本需要半年以上的时间，本课程旨在讲解黄永刚晶体塑性UMAT的理论、公式及代码，有助于初学者在两周之内熟悉和掌握晶体塑性的基本理论和子程序，加快代码改写进度。

本课程课件PPT长达90页+，课程形式为一对一线上讲解，时长约为3-4小时。主要面向高校研究生，需要具备张量分析的基本知识。可以根据学生的基础适当增加UMAT和VUMAT编程的讲解，Fortran基本语法等，亦可根据需求针对性的分析UMATs修改方法。课程的内容主要包括如下方面：

1. 本构模型推导

主要包含了应变分解、本构方程、硬化方程、本构时间积分方法及雅克比矩阵等推导。

雅克比矩阵推导过程

2.本构子程序逐行解读

主要包括了UMATs基本功能、UMATs结构、函数解读、主程序逐行解读等；

主程序代码逐行展开解读

3.UMATs改写VUMATs方法

UMAT主要应用于隐式分析，而对于大变形接触问题，隐式分析往往计算效率较低。对于接触、碰撞、冲击等问题采用VUMAT往往具有更高的计算效率和收敛速度。该部分主要对UMATs和VUMATs的区别进行讲解，介绍UMATs改写VUMATs的要点。

UMAT和VUMAT应力场对比

UMAT和VUMAT计算得到的力-位移响应

4.子程序的使用方法等

对材料模型参数定义、内变量定义，子程序使用方法进行简单介绍。

材料参数列表