Abaqus安全系數的實現——UVARM子程序

在進行結構件強度校核有限元分析時，分析結果中安全系數的顯示能夠輔助對結構件進行優化設計。然而Abaqus軟件后處理器不能直接顯示安全系數，比較簡便的方式為調用UVARM子程序來實現。

UVARM子程序的代碼模板如下：

     SUBROUTINE UVARM(UVAR,DIRECT,T,TIME,DTIME,CMNAME,ORNAME,

    1 NUVARM,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,KSTEP,KINC,NDI,NSHR,COORD,

    2 JMAC,JMATYP,MATLAYO,LACCFLA)

     INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'

C

     CHARACTER*80 CMNAME,ORNAME

     CHARACTER*3 FLGRAY(15)

     DIMENSION UVAR(NUVARM),DIRECT(3,3),T(3,3),TIME(2)

     DIMENSION ARRAY(15),JARRAY(15),JMAC(*),JMATYP(*),COORD(*)

C     The dimensions of the variables FLGRAY, ARRAY and JARRAY

C     must be set equal to or greater than 15.

      user coding to define UVAR

      RETURN

     END

        該子程序中要在高亮顯示部分定義UVAR(NUVARM)的代碼，以便在后處理器中顯示安全系數場變量。由于安全系數通常為屈服強度與材料實際應力之比。材料實際應力可表示為

因此，需要在代碼中通過GETVRM調用相應的應力分量S11、S22、S33、S12、S13和S23。

除此之外，還需要在前處理中設置：

（1） NUVARM為材料屬性中定義的Number of user-defined variables at each material point數量，設置界面如下圖1所示。如NUVARM=3，則在子程序中需要定義UVAR(1)、UVAR(2)和UVAR(3)。

圖1

（2） 為能夠在后處理中顯示該自定義變量，還需要在Step模塊中場變量輸出請求中勾選UVARM，如下圖2所示。

圖2

下面在實例中應用UVARM子程序以在后處理中顯示安全系數云圖。下圖3是由軸承座、軸承和軸組成的裝配體，所用的材料有QT600（屈服強度850MPa）和45鋼（355MPa）。在Properties中設置UVARM的數量為3個；在Step場變量輸出請求中勾選UVARM。在軸兩端分別施加向下的10000N載荷。

圖3

如下圖4所示的是UARM1云圖，其對應的是45鋼的安全系數云圖，即屈服強度（355）與材料實際應力之比。軸承與軸區域的安全系數顯示是正確的。然而，材質為QT600的軸承座安全系數并不正確。

圖4

如下圖5所示的是UARM2云圖，其對應的是QT600的安全系數云圖，即屈服強度（850）與材料實際應力之比。軸承座區域的安全系數顯示的是正確的。然而，材質為45鋼的軸承和軸安全系數并不正確。

圖5

從上面UARM1和UVARM2云圖中可以看出，兩種材質在不同的安全系數云圖中顯示數值不一樣。因此，需要單獨顯示相應材質的結構件才能獲得正確的安全系數值。

此外，還可以對代碼進行修改，通過IF 語句對材料名稱（CMNAME）進行判據實現同時對多種材質結構件的安全系數顯示。子程序中使用的CMNAME對材料命名方法有規定，材料名的前綴必須為大寫字母，且盡量避免ABQ_作為材料名的前綴。

如下圖6所示的是采用IF語句對CNAME進行判據后的安全系數云圖，能夠正確顯示不同材料的安全系數。

圖6

需要注意的是該方法適用于一次單元，二次單元由于插值外推的緣故顯示可能不正確。

上述實例和子程序見附件。