UMAT开发过程小结
本帖最后由 lungo999 于 2011-10-19 22:56 编辑本人前几个月一直在编写UMAT的一个子程序，中间明白了很多问题，也经常碰壁，不过得到了坛友的支持，在此一并谢过，并给来者介绍下经验。从开始想到最后模型校核结束，中间经历了3-4个月的时间，虽然现在还在对模型的参数进行部分的修改，但大体已经完成。
我想主要报告下UMAT的编写过程，如果您是一个人在折腾的话，如果模型比较复杂，而您又不是弹塑性力学高手的话，那么看了这篇小小的报告，可能会让您少走些弯路。
一、编写过程
1. 选定模型；（自己有数，多余了）
2. 熟悉弹塑性力学本构方面的基本知识；选10本左右的书，通读，后精读三本，推荐读Simo，清华大学庄拙老师翻译的那本连续体的书，另外的应该在置顶的帖子里有说明了，最好看英文原版书籍。这个过程可能要一个多月。磨刀不误砍柴工。
3. 对弹塑性本构基础知识有了深刻了解后，开始熟悉自己的本构模型，期间要经常返回看前面的书籍。
4. 从弹性的UMAT开始编写，再到abaqus手册给出的线性随动强化和各向同性强化的例子，自己每句都搞懂，同时熟悉fortran编程，注意fortran77和90都可以用。
5. 搜索论坛里面UMAT的相关帖子，注意UMAT的写作规范和一些固定的规则，如abaqus应力应变在最近的版本早已旋转过了，UMAT里面采用的是工程剪应变等等。
6. 查找论文，推导模型的DDSDDE和应力更新算法。如果没有显式的DDSDDE（牛顿迭代刚度矩阵），那么要考虑使用近似的DDSDDE或者采用数值法计算DDSDDE,具体方法见本人以前发过的例子和论文。注意，尽量使用准确的DDSDDE，因为对于复杂的本构模型，DDSDDE不仅影响收敛速度，更会导致结果错误甚至根本就不收敛。我的模型是有精确的DDSDDE的，只是在刚开始阶段以为DDSDDE不准确，才去研究数值法的，数值法也有问题，可能需要控制塑性应变增量，否则不容易收敛，本人仅仅试过abaqus里面的两个自带的弹塑性模型。
7. 张量算法如何转换为矩阵运算在编程过程特别重要，不小心就容易导致错误。最重要的一点就是了解张量算法，然后按照张量的结果对矩阵进行修正，方法可以看相关帖子的讨论，在此谢过给过我很多有益提示的坛友。
8. 在上述工作都准备好了后，着手开始编写UMAT，注意可以套用abaqus手册的模板，以免出现不必要的错误。编写过程中，从弹性开始校核，不要一下子都写了，不然错误肯定会很多。每做一步，如果能校核，就尽量校核。注意校核的时间可能是写UMAT最花时间的地方。
9. 关于校核的方法，论坛已用，就是看下fortran的write语句。先在fortran编译器看是否有错误，然后再在abaqus里面用一个单元进行校核。校核过程主要有单个单元单向拉伸，单向剪切等，以及最后的较大模型的校核。
10. 关于错误，可以说99.999%是编程的错误，或者是公式推导的错误。注意fortran的一些默认变量名的类型也可能导致错误。
11. 在遇到问题时，最重要的应该是回到起点，每次回到起点，可能都会发现些许问题，不能光盯着程序，如果公式推错了，再怎么编也无法运行。
另外，提一下DDSDDE，刚开始大家可能都不清楚它是用来干嘛的。我们在UMAT里面完成了积分点的应力更新，但是需要将应力更新的结果返回到abaqus进行全局平衡的迭代，DDSDDE就是提供全局平衡迭代的刚度矩阵。看了数值法求解的过程就会有更深的体会了，DDSDDE是为了后续的全局迭代服务的。
啰嗦了这么多，希望能让需要的人少走些弯路。写UMAT很花时间，但因为涉及到很多知识，所以做好后还是很有收获的，不仅仅是程序，更是对连续体以及有限元计算方面的一些深刻一点的理解。
非常感谢楼主写这篇总结，楼主能否再推荐几本介绍弹塑性本构比较好的书？ way_nation 发表于 2011-10-19 20:05 static/image/common/back.gif
非常感谢楼主写这篇总结，楼主能否再推荐几本介绍弹塑性本构比较好的书？ ...
Nonliear finite elements for continua and structures by Ted Belytschko
Non-linear Finite Element Analysis of Solids and Structures- by M.A. Crisfield
Introduction to Computational Plasticity-by Fionn Dunne and Nik Petrinic
Computational Inelasticity-by Simo
这几本够经典了，应该够用了。 x谢谢楼主的分享哈，正在学习中，恰到好处的帮助 lungo999 发表于 2011-10-20 11:50 static/image/common/back.gif
Nonliear finite elements for continua and structures by Ted Belytschko
Non-linear Finite Element ...
多谢楼主 支持一下:)
个人觉得关键是弄清楚本构模型， 写umat不过是翻译的过程，把材料行为转换成代码表达，我总是用print *, ' ' 夹在程序里看执行到哪里。
谢谢楼主，我想做球头铣刀铣削曲面的三维热力耦合仿真，感觉难度有点大，工件材料是MoCrFe,刀具是硬质合金，本构模型主要看了J-C模型与Armstrong模型，基本知道怎么回事了。但就是感觉公式很难推导，看了一些人的推导过程，没完全看懂。还有塑性增量理论，大变形等，有问题可以向你请教吗？ sanxiarenshi 发表于 2011-10-20 20:16 static/image/common/back.gif
谢谢楼主，我想做球头铣刀铣削曲面的三维热力耦合仿真，感觉难度有点大，工件材料是MoCrFe,刀具是硬质合金 ...
热力耦合方面的不了解，你说的模型应该已经很经典了，先好好看看经典塑性本构的书，看懂了，再到论坛发帖问具体的问题。 我想把材料的Hall-Petch关系整合到材料中去模拟，还在设想中。 同意6L观点，编程不重要，本构理论才是重要的。 楼主，你的本构是一维的吗？你本构方程是什么？能否贴出来，大家更容易明白和探讨以及学习楼主的经验 wangyingyongle 发表于 2011-10-24 09:54 static/image/common/back.gif
楼主，你的本构是一维的吗？你本构方程是什么？能否贴出来，大家更容易明白和探讨以及学习楼主的经验 ...
论文尚未发表，不便贴出，请见谅。 wangyingyongle 发表于 2011-10-24 09:54 static/image/common/back.gif
楼主，你的本构是一维的吗？你本构方程是什么？能否贴出来，大家更容易明白和探讨以及学习楼主的经验 ...
好像材料本构一般都是三维的或两维的。我的是三维的，也可以用于两维的平面应变和轴对称问题。 请问
call GETOUTDIR( DIRNAME, 256 )
子程序永不了请问是什么问题？ 楼主，能不能问你一些程序的问题呢？我的QQ：148305732，在论坛问也可以 最近正在看本构，希望可以在这个月内把本构大致了解下，总之看的很晕乎很慢
可以问下斑竹您是学什么专业的吗 多谢楼主！ 感谢分享 多谢，学习了 学习中:)
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