黃永剛晶體塑性UMAT及VUMAT理論及程序詳細解讀

黃永剛院士編寫的單晶晶體塑性UMAT,主要用于在Abaqus有限元軟件中進行單晶及多晶晶體塑性變形的計算。許多科研人員通過改寫其晶體塑性UMATs,建立自己的本構子程序并發表論文。利用該本構子程序進行材料模擬的研究方向很廣泛,包括但不限于修改材料滑移、孿晶系,修改硬化方程,加入損傷,將隱式分析的UMATs修改為顯式分析的VUMATs等,理解其基本理論并將公式與代碼對應是改寫的關鍵。

晶體塑性的理論和UMAT自學難度較高,對于初學者自己讀懂代碼基本需要半年以上的時間,本課程旨在講解黃永剛晶體塑性UMAT的理論、公式及代碼,有助于初學者在兩周之內熟悉和掌握晶體塑性的基本理論和子程序,加快代碼改寫進度。

本課程課件PPT長達90頁+,課程形式為一對一線上講解,時長約為3-4小時。主要面向高校研究生,需要具備張量分析的基本知識。可以根據學生的基礎適當增加UMAT和VUMAT編程的講解,Fortran基本語法等,亦可根據需求針對性的分析UMATs修改方法。課程的內容主要包括如下方面:

  1. 本構模型推導

主要包含了應變分解、本構方程、硬化方程、本構時間積分方法及雅克比矩陣等推導。

黃永剛晶體塑性UMAT及VUMAT理論及程序詳細解讀的圖1 雅克比矩陣推導過程
  1. 本構子程序逐行解讀

主要包括了UMATs基本功能、UMATs結構、函數解讀、主程序逐行解讀等;

黃永剛晶體塑性UMAT及VUMAT理論及程序詳細解讀的圖2 主程序代碼逐行展開解讀

3.UMATs改寫VUMATs方法

UMAT主要應用于隱式分析,而對于大變形接觸問題,隱式分析往往計算效率較低。對于接觸、碰撞、沖擊等問題采用VUMAT往往具有更高的計算效率和收斂速度。該部分主要對UMATs和VUMATs的區別進行講解,介紹UMATs改寫VUMATs的要點。

黃永剛晶體塑性UMAT及VUMAT理論及程序詳細解讀的圖3 UMAT和VUMAT應力場對比
黃永剛晶體塑性UMAT及VUMAT理論及程序詳細解讀的圖4 UMAT和VUMAT計算得到的力-位移響應

4.子程序的使用方法等

對材料模型參數定義、內變量定義,子程序使用方法進行簡單介紹。

黃永剛晶體塑性UMAT及VUMAT理論及程序詳細解讀的圖5 材料參數列表

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