abaqus用户子程序usdfldususdflddfld 实例详解——复合材料...

By NUAA By NUAA By NUAA By NUAA Ph.D Kong XianghongPh.D Kong XianghongPh.D Kong XianghongPh.D Kong Xianghong

2012/10/292012/10/292012/10/292012/10/29

AbaqusAbaqusAbaqusAbaqus用户子程序用户子程序用户子程序用户子程序USDFLDUSDFLDUSDFLDUSDFLD实例详解实例详解实例详解实例详解————————复合材料层压板复合材料层压板复合材料层压板复合材料层压板

渐进损伤强度分析渐进损伤强度分析渐进损伤强度分析渐进损伤强度分析

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 2222

1. Task Description1. Task Description1. Task Description1. Task Description NUAANUAANUAANUAA

1、用USDFLD子程序渐进损伤分析方法分析层压板的强度。2、层压板由25层单层板组成，单层板厚度为0.15mm。层压板的铺层顺序、单层板的材料属性见下表。3、层压板几何尺寸： 厚度 T = 3.75mm; 宽度 W = 12mm； 长度 L >1.5W。 L可以任取，主要研究材料性能，为研究大部件性能做参考。4、加载方式：沿长度方向施加压缩载荷，在本例中施加位移载荷，读取相应的力。

[ ]S9045/0/0/45/-45/0/0/-45/45/90/-0/45/铺层顺序：

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 3333

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.1. Create Part2.1. Create Part2.1. Create Part2.1. Create Part

NUAANUAANUAANUAA

创建3D壳部件，尺寸如下。为消除两端边界对分析结果的影响，将两端加宽，与中间部分圆弧过渡。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 4444

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.2. Mesh Part2.2. Mesh Part2.2. Mesh Part2.2. Mesh Part

NUAANUAANUAANUAA

将3D壳部件分割后划分网格。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 5555

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.3. Create MeshPart2.3. Create MeshPart2.3. Create MeshPart2.3. Create MeshPart

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 6666

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.4. Create Solid Layers2.4. Create Solid Layers2.4. Create Solid Layers2.4. Create Solid Layers

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 7777

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.5. Assembly -- Create Instance2.5. Assembly -- Create Instance2.5. Assembly -- Create Instance2.5. Assembly -- Create Instance

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 8888

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.6. Create Reference Point & Geometry Set2.6. Create Reference Point & Geometry Set2.6. Create Reference Point & Geometry Set2.6. Create Reference Point & Geometry Set

NUAANUAANUAANUAA

创建RP-1，坐标为（30,0,1.875）。Set-RP选择RP-1。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 9999

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.7. Create Constraint -- Coupling2.7. Create Constraint -- Coupling2.7. Create Constraint -- Coupling2.7. Create Constraint -- Coupling

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 10101010

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.8. Create Step2.8. Create Step2.8. Create Step2.8. Create Step

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 11111111

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.9. Create & Edit Field Output & History Output2.9. Create & Edit Field Output & History Output2.9. Create & Edit Field Output & History Output2.9. Create & Edit Field Output & History Output

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 12121212

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.10. Create Boundary Condition2.10. Create Boundary Condition2.10. Create Boundary Condition2.10. Create Boundary Condition

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 13131313

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.11. Create BC -- Displacement 2.11. Create BC -- Displacement 2.11. Create BC -- Displacement 2.11. Create BC -- Displacement

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 14141414

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.12. Create Material2.12. Create Material2.12. Create Material2.12. Create Material

NUAANUAANUAANUAA

将mat.py中的Python程序复制到命令行接口，按回车，即创建了Material-1。 mat.py在后面介绍。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 15151515

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.13. Create Section2.13. Create Section2.13. Create Section2.13. Create Section

NUAANUAANUAANUAA

创建4个Section，命名如图，分别表示0°、-45°、45°、90°铺层所需的Section。四个Section中的Orientation Angle分别为0°、-45°、45°、90°。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 16161616

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.14. Assign Section (1)2.14. Assign Section (1)2.14. Assign Section (1)2.14. Assign Section (1)

NUAANUAANUAANUAA

分别给4种铺层角度的单元赋相应的材料属性。 在Abaqus 6.12版本中，在选择对象时，在提示区有Create set选项，如下图底部。本例在赋属性的同时也创建了相应的set。下例为对0°铺层赋属性，使用Create Display Group功能单独显示0°铺层的单元，如右图。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 17171717

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.14. 2.14. 2.14. 2.14. Assign Section (2)Assign Section (2)Assign Section (2)Assign Section (2)

NUAANUAANUAANUAA

前一步将所有0°铺层显示在当前窗口中，选择当前窗口中的所有单元后，在Edit Section Assignment对话框中选择相应的Section。同样操作，对另外三个角度的铺层赋属性。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 18181818

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.14. 2.14. 2.14. 2.14. Assign Section (3)Assign Section (3)Assign Section (3)Assign Section (3)

NUAANUAANUAANUAA

四种角度的铺层都赋完属性后，如下图所示。之后，将所有单元显示在当前窗口中，如右图所示。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 19191919

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.15. Create Datum & Assign Material Orientation2.15. Create Datum & Assign Material Orientation2.15. Create Datum & Assign Material Orientation2.15. Create Datum & Assign Material Orientation

NUAANUAANUAANUAA

创建Datum csys-1，原点为(0,0,0)，X轴上的点为(1,0,0)，X-Y平面上的点为(0,1,0)。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 20202020

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.16. Create Job & Submit2.16. Create Job & Submit2.16. Create Job & Submit2.16. Create Job & Submit

NUAANUAANUAANUAA

选择USDFLD用户子程序myUSDFLD.for。 myUSDFLD.for在后面介绍。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 21212121

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.17. Results & Visualization (1)2.17. Results & Visualization (1)2.17. Results & Visualization (1)2.17. Results & Visualization (1)

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 22222222

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.17. Results & Visualization (2)2.17. Results & Visualization (2)2.17. Results & Visualization (2)2.17. Results & Visualization (2)

NUAANUAANUAANUAA

显示RP-1点的力RF1和位移U1。如左侧两图所示的方法都可打开History Output对话框。选中History Output对话框的Output Variables，单击Plot。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 23232323

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.17. Results & Visualization (3)2.17. Results & Visualization (3)2.17. Results & Visualization (3)2.17. Results & Visualization (3)

NUAANUAANUAANUAA

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 24242424

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.17. Results & Visualization (4)2.17. Results & Visualization (4)2.17. Results & Visualization (4)2.17. Results & Visualization (4)

NUAANUAANUAANUAA

将RP-1点的力RF1和位移U1写入到RF_U1.rpt中。注意：左下角和右下角图中_temp_3和_temp_4分别对应RF1和U1。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 25252525

2. Solution2. Solution2. Solution2. Solution2.17. Results & Visualization (5)2.17. Results & Visualization (5)2.17. Results & Visualization (5)2.17. Results & Visualization (5)

NUAANUAANUAANUAA

本例中本人分析得到的RF1的绝对值的最大值为30847.9N，即30.85kN。

6组实验数据为：30.36kN、28.92kN、27.39kN、28.47kN、28.59kN、29.28kN。 （实验数据由某单位提供，非涉密，发论文用。）

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 26262626

3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (1)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (1)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (1)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (1)

NUAANUAANUAANUAA

先了解一下Tsai-Wu张量理论和材料性能退化方法。Tsai-Wu张量理论中强度值都为正，应力有正负。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 27272727

3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (2)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (2)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (2)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (2)

NUAANUAANUAANUAA

①定义参数：复合材料单层板的材料强度，参考Page = 2。②计算Tsai-Wu张量理论的系数。③初始化失效标识。 其中：STATEV()对应材料Material-1中的Depvar，即有6个分量，在本例中用这6个参数记录各个单元的破坏形式。 CR11、CR23等为在本例中定义的变量，分别对应如下的破坏形式：CR11对应1方向（纤维）拉压破坏；CR22对应2方向（基体）拉压破坏；CR33对应3方向（基体）拉压破坏；CR12对应1-2面内剪切破坏；CR13对应1-3面内剪切破坏；CR23对应2-3面内剪切破坏。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 28282828

3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (3)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (3)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (3)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (3) NUAANUAANUAANUAA

③同前页。④读取单元应力，并将6个应力值分别赋给变量ST11、ST23等。ST11、ST22、ST33、ST12、ST13、ST23是本例中定义的变量，表示3个主应力和3个切应力，用于代入Tsai-Wu准则的计算和失效形式的判断。⑤Tsai-Wu准则计算。如果CR>=1，则说明单元发生破坏。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 29292929

3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (4)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (4)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (4)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (4) NUAANUAANUAANUAA

⑥如果CR>=1，则说明单元发生破坏。在CR>=1的条件下判断发生哪种形式的破坏。1.判断1方向（纤维）是否拉压破坏；2.判断2方向（基体）是否拉压破坏；3.判断3方向（基体）是否拉压破坏；4.判断1-2面内是否剪切破坏；5.判断1-3面内是否剪切破坏；6.判断2-3面内是否剪切破坏。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 30303030

3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (5)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (5)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (5)3.1. Fortran Subroutine -- myUSDFLD.for (5) NUAANUAANUAANUAA

⑦更新STATEV( )。⑧根据CR11、CR23等的值，判断是否将其对应的场变量赋值为1。FIELD(1)、FIELD(2)、FIELD(3)、FIELD(4)、FIELD(5)、FIELD(6)分别对应材料中的6个场变量，这六个场变量的值决定了下一个增量步中该单元的材料属性。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 31313131

3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3.2. Python Script -- mat.py3.2. Python Script -- mat.py3.2. Python Script -- mat.py3.2. Python Script -- mat.py NUAANUAANUAANUAA

手动在Abaqus/CAE中编辑有6个场变量64种组合的材料数据是一件很浪费力气和时间的工作。使用mat.py可以轻松完成创建材料这项工作。 在mat.py中的64组材料数据是根据相应的材料退化方法计算而得。材料退化方法不同、同一种材料退化方法中退化系数不同，都会使得这64组数据发生变化。后面介绍另一个Python程序，根据材料退化方法和退化系数计算64中材料数据。

本程序可以在启动Abaqus时运行，或通过菜单栏File - Run Script运行，或复制到命令行接口中运行。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 32323232

3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3.3. Python Script -- mk.py (1)3.3. Python Script -- mk.py (1)3.3. Python Script -- mk.py (1)3.3. Python Script -- mk.py (1) NUAANUAANUAANUAA

1. 1方向（纤维）拉压破坏的材料退化系数，el、gl、ul分别表示弹性模量、剪切模量、泊松比的退化系数。2. 2、3方向（基体）拉压破坏的材料退化系数，et、gt、ut分别表示弹性模量、剪切模量、泊松比的退化系数。3. 1-2、1-3、2-3面内剪切破坏的材料退化系数，es、gs、us分别表示弹性模量、剪切模量、泊松比的退化系数。4.未退化及6种基本退化类型的材料数据。1、2、3中的各系数可跟据需要修改。

NUAA--Kong Xianghong

Page Page Page Page ���� 33333333

3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3. Program Introduction3.3. Python Script -- mk.py (2)3.3. Python Script -- mk.py (2)3.3. Python Script -- mk.py (2)3.3. Python Script -- mk.py (2) NUAANUAANUAANUAA

8、9、10、11、12、13分别计算含有1种、2种、3种、4种、5种、6种破坏的材料数据。 可以将各部分中的print()函数注释掉，最后打印一次字符串ss。即字符串ss包含所有在各步中打印的数据。将打印出的数据复制到mat.py中相应的64行数据的位置即可。

NUAA--Kong Xianghong

Thanks!Thanks!Thanks!Thanks!http://blog.sina.com.cn/kxh86http://blog.sina.com.cn/kxh86http://blog.sina.com.cn/kxh86http://blog.sina.com.cn/kxh86

http://weibo.com/kxh86http://weibo.com/kxh86http://weibo.com/kxh86http://weibo.com/kxh86

NUAA--Kong Xianghong