心得对VUMAT与UMAT相互转换中应注意的应变含义的探讨

winnerqin · 发表于 2013-4-5 14:28:58

本帖最后由 winnerqin 于 2013-4-21 10:10 编辑

问题描述：最近在学习和编写子程序(V)UMAT的过程中，发现VUMAT和UMAT程序中应变增量的含意有不同。这个不同点对于需要在VUMAT和UMAT之间做转换的人来说容易搞错，虽然很基础，不清楚也容易搞死人，所以我在本帖写个心得，提醒朋友们注意后处理输出的应变、UMAT的应变和VUMAT的应变有如下差别

理论准备：根据弹性理论，应力应变关系如下：

一、在Abaqus/Standard 和Abaqus/Explicit中，输出的数据中的应变分量均是工程应变：

二、在VUAMT中传入的应变增量strainInc的各个分量为：，而不是工程应变，所以在进行应力更新的时候应为：

EMU = E/(2.0*(1.0+ENU))
TWOMU  = E/ (1.0+ENU)
BULK3  = E/(1.0-TWO*ENU)
LAM = TWOMU*BULK3*ENU/E
TRACE = STRAININC(NP,1) + STRAININC(NP,2) + STRAININC(NP,3)
STRESSNEW(NP,1) = STRESSOLD(NP,1) + LAM*TRACE + TWOMU*STRAININC(NP,1)
STRESSNEW(NP,2) = STRESSOLD(NP,2) + LAM*TRACE + TWOMU*STRAININC(NP,2)
STRESSNEW(NP,3) = STRESSOLD(NP,3) + LAM*TRACE + TWOMU*STRAININC(NP,3)
STRESSNEW(NP,4) = STRESSOLD(NP,4)          + TWOMU*STRAININC(NP,4)
STRESSNEW(NP,5) = STRESSOLD(NP,5)          + TWOMU*STRAININC(NP,5)
STRESSNEW(NP,6) = STRESSOLD(NP,6)          + TWOMU*STRAININC(NP,6)

验证：我做了一个简单的弹性剪切的例子，输出了E.E23和VUAMT的23方向的应变，正好呈现两倍的关系：

三、在UAMT中传入的应变增量DSTRAN的各个分量却为工程应变，与VUAMT不同，所以在进行应力更新的时候，应为：

EMU = E/(2.0*(1.0+ENU))
TWOMU  = E/ (1.0+ENU)
BULK3  = E/(1.0-TWO*ENU)
LAM = TWOMU*BULK3*ENU/E
TRACE = DSTRAN(1) + DSTRAN (2) + DSTRAN (3)
STRESS (1) = STRESS (1) + LAM*TRACE + TWOMU * DSTRAN(1)
STRESS (2) = STRESS (2) + LAM*TRACE + TWOMU * DSTRAN(2)
STRESS (3) = STRESS (3) + LAM*TRACE + TWOMU * DSTRAN(3)
STRESS (4) = STRESS (4)          + EMU * DSTRAN(4)
STRESS (5) = STRESS (5)          + EMU * DSTRAN(5)
STRESS (6) = STRESS (6)          + EMU * DSTRAN(6)

或写成如下提供的UMAT程序

验证如下：输出了E.E23和UAMT的23方向的应变，正好重合：

以上内容均是个人观点，恭候大家来讨论

如果该帖切实解决了你遇到问题，鼓励大家发感谢贴，作为对本帖的推介

另提供验证所用线弹性(V)UAMT本构：

amani · 发表于 2013-10-1 11:26:48

本帖最后由 amani 于 2015-2-25 21:09 编辑

lxzzwn1004 发表于 2013-5-20 09:14
那您感觉在模拟混凝土塑性以及开裂方面，这两个都可以吗？

这个问题我来说两句。在力学领域，理论推导一般是用张量，其非常优雅而简洁，但是矩阵数值计算只认可数字，因此在张量应变和工程应变（VOIGT标记）之间就产生了一个2倍的关系，这可以从应变能等价推导出来，工程应变是张量应变的2倍。因此，在UMAT里面，使用工程应变计算，剪切项的弹性常数是G而不是2G，这点已经达成共识。但是对VUMAT，因为显式中心差分算法与隐式牛顿法完全不同，位移、应变和应力的求解先后顺序不一样，先获得单元应力和应变，然后再求解节点位移、速度和加速度，所以ABAQUS-VUMAT约定了在剪切项使用了2G，直接使用了张量应变。

浙江大学化工机械研究所贝壳航母

winnerqin · 发表于 2013-4-9 17:37:24

本帖最后由 winnerqin 于 2013-4-9 17:41 编辑

吴聊SP 发表于 2013-4-9 17:34
UMAT 讲解中的一段：
STRESS (1) = STRESS (1) + LAM*TRACE + TWOMU * DSTRAN(1)
STRESS (2) = STRESS (2) ...

我疏忽了，谢谢您指出错误，

现已更正~~

吴聊SP · 发表于 2013-4-9 17:34:22

本帖最后由吴聊SP 于 2013-4-9 17:35 编辑

UMAT 讲解中的一段：
STRESS (1) = STRESS (1) + LAM*TRACE + TWOMU * DSTRAN(1)
STRESS (2) = STRESS (2) + LAM*TRACE + TWOMU * DSTRAN(2)
STRESS (3) = STRESS (3) + LAM*TRACE + TWOMU * DSTRAN(3)
STRESS (4) = STRESS (1)                      + EMU * DSTRAN(4)
STRESS (5) = STRESS (1)                      + EMU * DSTRAN(5)
STRESS (6) = STRESS (1)                      + EMU * DSTRAN(6)

红色部分是不是写错了啊，跟主应力有什么关系啊？

STRESS (4) = STRESS (4)                      + EMU * DSTRAN(4)
STRESS (5) = STRESS (5)                      + EMU * DSTRAN(5)
STRESS (6) = STRESS (6)                      + EMU * DSTRAN(6)

应该这么写吧？

subway007 · 发表于 2013-4-17 11:57:52

也就是把vumat中传入的应变乘以2就能带到常规本构中去了

winnerqin · 发表于 2013-4-17 12:31:05

subway007 发表于 2013-4-17 11:57
也就是把vumat中传入的应变乘以2就能带到常规本构中去了

剪应变有2倍的差别

lxzzwn1004 · 发表于 2013-5-18 19:42:38

winnerqin 发表于 2013-4-17 12:31
剪应变有2倍的差别

具体来说，umat和vumat 有什么差别吗？

winnerqin · 发表于 2013-5-20 08:31:27

lxzzwn1004 发表于 2013-5-18 19:42
具体来说，umat和vumat 有什么差别吗？

具体说不清，差别还是有一些的，比如umat在隐式求解器里面调用，需要雅克比矩阵，等等

lxzzwn1004 · 发表于 2013-5-20 09:14:38

winnerqin 发表于 2013-5-20 08:31
具体说不清，差别还是有一些的，比如umat在隐式求解器里面调用，需要雅克比矩阵，等等 ...

那您感觉在模拟混凝土塑性以及开裂方面，这两个都可以吗？

winnerqin · 发表于 2013-5-20 09:21:57

lxzzwn1004 发表于 2013-5-20 09:14
那您感觉在模拟混凝土塑性以及开裂方面，这两个都可以吗？

我没从接触过混凝土塑性，但我认为涉及本构关系以及损伤破坏的属性这两个都可以~~大胆的去尝试吧~~

fireflywph · 发表于 2013-5-20 09:58:26

我理解，在处理剪切应力的时候，由于剪切应力互相等定律，既γ12=γ21,在UMAT中，直接写成了ε=γ12+γ21，这样在umat中，应变矩阵下半部分都是0，在VUMAT中是对称矩阵

lxzzwn1004 · 发表于 2013-5-20 17:00:31

winnerqin 发表于 2013-5-20 09:21
我没从接触过混凝土塑性，但我认为涉及本构关系以及损伤破坏的属性这两个都可以~~大胆的去尝试吧~~ ...

嗯好的谢谢你

zuoan0921 · 发表于 2013-9-27 23:29:50

我把传入的应变值乘以二带入到原来本构中了，输出mises应力值应该是剪应力吧却相差二倍，为什么

bushigui · 发表于 2013-9-29 11:49:23

楼主说的子程序问题是针对实体单元开发吧，对于线性单元有没有这个问题呢

lxzzwn1004 · 发表于 2013-10-1 14:43:13

amani 发表于 2013-10-1 11:26
这个问题我来说两句。在力学领域，理论推导一般是用张量，其非常优雅而简洁，但是矩阵数值计算只认可数字 ...

h还是老师理解的更加深刻，希望以后有机会多向老师请教。

bushigui · 发表于 2013-10-15 16:56:33

这个是实体单元的算法吧，不知楼主试过空间梁单元(B31，纤维单元)没？也这样做吗，还是这更新stress(1)就可以了

ljhzyq · 发表于 2013-10-20 22:36:40

amani 发表于 2013-10-1 11:26
这个问题我来说两句。在力学领域，理论推导一般是用张量，其非常优雅而简洁，但是矩阵数值计算只认可数字 ...

不知都各位测试过abaqus自带的Hill48没有，用同样的系数，但是得到的结果却很不同！
具体说就是Abaqus自带的Hill48 standard和Abaqus自带的Hill48 explicit比较，用同样的参数，拿到一个拉伸试样去做模拟，但是会得到很不同的力和位移的曲线。
不知道有没有人可以给出相应的解决思路！

cuba20052001 · 发表于 2014-2-16 01:57:38

本构调用VUMAT子程序，odb文件中的剪切应变应该还是工程剪切应变吧

yiqinuli · 发表于 2014-2-28 10:20:44

本帖最后由 yiqinuli 于 2014-2-28 10:27 编辑

你好，我用你的线弹性Vumat和Umat子程序算了一个单轴压缩的例子，但是发现Umat算出的应力应变是线弹性的，但是Vumat程序算出来的应力应变确实杂乱无章的，无规律可循，不知道为什么？？？

yiqinuli · 发表于 2014-2-28 10:27:06

我的inp文件和子程序如下，请大神帮我看看。谢谢

账号		自动登录	找回密码
密码			注册

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册

[子程序] 心得对VUMAT与UMAT相互转换中应注意的应变含义的探讨

本帖子中包含更多资源

评分

点评

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

[子程序] 心得 对VUMAT与UMAT相互转换中应注意的应变含义的探讨

本帖子中包含更多资源

评分

点评

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

[子程序] 心得对VUMAT与UMAT相互转换中应注意的应变含义的探讨