《本构模型应力更新专题UMAT和VUMAT》PPT教学培训模板

Thistemplateistheinternalstandardcoursewaretemplateoftheenterprise本构模型应力更新专 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 UMAT和VUMAT导出有限元方程（完全，更新、共旋）不同用户要求：知道有限元基本流程；编写本构关系、节点内力开发有限元程序第4-6章求解有限元方程（隐式和显式）有限元基本知识有限元高级知识单元技术、结构单元、接触等第7-10章应力更新什么是应力更新几种客观率前推后拉及Lie导数常用客观率应力更新流程ABAQUS用户自定义 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 理论应用有限元程序赋予力学以活力1.应力更新？应力增量2.几种客观率Truesdell率：前推Lie导数t=Js2.几种客观率Green-Naghdi率：前推Lie导数共轴旋转应力率2.几种客观率？Jaumann率：W=WRigidbodyrotationorTheprincipaldirectionsofthestrainremainingconstant如何得到2.几种客观率Truesdell率：Green-Naghdi率：Jaumann率：应力更新:本构关系例4.1考虑处于剪切状态的一个单元，如图所示。对于次弹性各向同性材料，应用Jaumann，Truesdell和Green－Naghdi率求出剪切应力x(t)=X+ktY,y(t)=Y,z(t)=Z2.几种客观率对于不同客观率采用了相同的材料常数，其差别是非常大的。事实上，这是误用了材料模型。材料模型必须根据不同的率转换。这是变形体，若是刚体转动，Jaumann率与Truesdell率是一致的。例4.12.几种客观率Green-Naghdi率Jaumann率？发生有限剪切时慎用Jaumann率切线模量之间的关系对于各向同性材料Jaumann率的切线模量为次弹性本构关系共同应用的形式为对于同一种材料，切线模量不同，材料反应的率形式不同，如如果是常数，不是常数。切线模量证明见第5.4.5节，推导复杂2.几种客观率的关系如何得到正确的结果？2.几种客观率的关系如何得到正确的结果？假设CSE已知：假设已知：如何处理各向异性材料？2.几种客观率的关系如何得到正确的结果？如何处理各向异性材料？PK2和共轴旋转应力横观各向同性2.几种客观率的关系什么时候可以不区分几种客观率？AssumeF≈R,ignoringthestretchcomponentofFAssumeW=W？退化简化ComparisonofdifferentobjectivestressrateTruesdellDifficulttoimplementNotusedincommercialsoftwareGreen-NaghdiKinematicallyconsistentwiththerateofCauchystressMustaccuratelydeterminetherotationtensorRJaumannRelativelyeasytoimplementProducessymmetrictangentmoduli2.几种客观率的关系总结一：2.几种客观率的关系总结二：当参考构型和当前构型重合时：F=I当旋转构型和当前构型重合时：R=I使TL和UL的互相转换变得非常方便！SolverElementTypeObjectiveRateAbaqus/StandardSolid(Continuum)JaumannStructural(Shells,Membranes,Beams,Trusses)Green-NaghdiAbaqus/ExplicitSolid(Continuum)Jaumann&Green-NaghdiStructural(Shells,Membranes,Beams,Trusses)Green-Naghdi2.几种客观率的关系总结三：后拉、前推Euler张量Lagrangian张量两点张量Green应变张量EPK2应力线单元dX线单元dxCauchy应力速度梯度L＝D＋WLagrangian矢量dX和Eulerian矢量dx定义的二阶张量可以由后拉和前推运算给出E-L张量之间映射的统一描述。例如，L矢量dX由F前推到当前构形给出E矢量dxE矢量dx由后拉到参考构形给出L矢量dXLagrangian–EulerianEulerian-Lagrangian前推运算后拉运算通过在拓扑空间的分析，获得各种张量之间的关系和映射3.前推后拉及Lie导数后拉、前推二阶张量的后拉和前推运算给出了在变形和未变形构形情况下张量之间的关系，例如Green应变率和变形率的关系，PK2应力与Cauchy应力的关系。这些定义取决于是否一个张量是动力学还是运动学的，区别在于由这些张量所观察到的功的共轭性：如功共轭的运动学和动力学张量被后拉或前推，则功必须保持不变。许多关系来自于框3.2，这些概念能够使我们发现那些不容易显示的关系。一些重要的二阶张量的后拉和前推在框5.16给出。前推运算后拉运算后拉前推3.前推后拉及Lie导数Lie导数后拉和前推的概念为定义张量的时间导数提供了数学上的一致性－Lie导数。如框5.17，Kirchhoff应力的Lie导数是其应力的后拉的时间导数的前推。不严格地说，在Lie导数中，是在固定的参考构形中对时间求导，再前推到当前构形。在框5.17中给出了用势共轭方式定义的运动学张量的Lie导数。以上计算是将应力后拉到参考构型上，对时间求普通导数，再前推回到当前构型。否则是偏导数。3.前推后拉及Lie导数后拉、前推和Lie导数证明Kirchhoff应力的对流率对应于它的Lie导数(框3.2)材料时间导数的计算应用得到Lie导数等价于在公式(5.4.22)中定义的Truesdell应力的对流率3.前推后拉及Lie导数4.常用客观率应力更新流程Jaumann率：应力更新:速度梯度速度梯度张量可以分解为对称部分和偏对称部分为令变形率转动率任何一个二阶张量都可以表示为它的对称部分和偏对称部分的和回顾第3章4.常用客观率应力更新流程4.常用客观率应力更新流程LS-DynaAnsys等商业软件采用此算法4.常用客观率应力更新流程Abaqus采用此算法Hughes-Winget近似W≈W刚体转动求解法一：通过QR分解计算法二：通过Hughes-Winget更新，近似求解4.常用客观率应力更新流程Jaumann率Hughes&Winget,1980(见网络学堂课外阅读）ORW≈W4.常用客观率应力更新流程应力更新:Green-Naghdi率：？NOT！4.常用客观率应力更新流程应力更新:把课本知识和实际程序应用结合起来！Abaqus，LS-Dyna4.常用客观率应力更新流程刚体转动求解（商业软件显式程序中采用算法）J.K.Dienes,"OntheAnalysisofRotationandStressRateInDeformingBodies,"ActaMechanica,Vol.32,pp217-232,1979.LS-DynaAnsys等商业软件采用4.常用客观率应力更新流程小结：1ABAQUS的UMAT用户材料子程序(User-definedMaterialMechanicalBehavior，简称UMAT)通过与ABAQUS主求解程序的接口实现与ABAQUS的数据交流。在输入文件中，使用关键字“*USERMATERIAL”表示定义用户材料属性。UMAT子程序具有强大的功能，使用UMAT子程序：可以定义材料的本构关系，使用ABAQUS材料库中没有包含的材料进行计算，扩充程序功能；几乎可以用于力学行为分析的任何分析过程，可以把用户材料属性赋予ABAQUS中的任何单元；必须在UMAT中提供材料本构模型的雅可比（Jacobian）矩阵，即应力增量对应变增量的变化率；可以和用户子程序“USDFLD”联合使用，通过“USDFLD”重新定义单元每一物质点上传递到UMAT中场变量的数值。5.ABAQUS用户自定义材料ABAQUS用户子程序使用 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 要在模型中包含用户子程序，可以利用ABAQUS执行程序，在执行程序中应用user选项指明包含这些子程序的FORTRAN源程序或者目标程序的名字。ABAQUS的输入文件除了可以通过ABAQUS/CAE的作业模块提交运行外，还可以在ABAQUSCommand窗口中输入ABAQUS执行程序直接运行：ABAQUSjob=输入文件名user=用户子程序的Fortran文件名注：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit都支持用户子程序功能，但是它们所支持的用户子程序种类不尽相同。由于主程序与UMAT之间存在数据传递，甚至共用一些变量，因此必须遵守有关UMAT的书写格式，UMAT中常用的变量在文件开头予以定义，通常格式为： SUBROUTINEUMAT(STRESS,STATEV,DDSDDE,SSE,SPD,SCD,RPL,DDSDDT,DRPLDE,1DRPLDT,STRAN,DSTRAN,TIME,DTIME,TEMP,DTEMP,PREDEF,DPRED,CMNAME,2NDI,NSHR,NTENS,NSTATV,PROPS,NPROPS,COORDS,DROT,PNEWDT,3CELENT,DFGRD0,DFGRD1,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,KSTEP,KINC)CINCLUDE'ABA_PARAM.INC'CCHARACTER*80CMNAMEDIMENSIONSTRESS(NTENS),STATEV(NSTATV),1DDSDDE(NTENS,NTENS),DDSDDT(NTENS),DRPLDE(NTENS),2STRAN(NTENS),DSTRAN(NTENS),TIME(2),PREDEF(1),DPRED(1),3PROPS(NPROPS),COORDS(3),DROT(3,3),DFGRD0(3,3),DFGRD1(3,3) usercodingtodefineDDSDDE,STRESS,STATEV,SSE,SPD,SCDand,ifnecessary,RPL,DDSDDT,DRPLDE,DRPLDT,PNEWDT RETURNEND变量介绍STRAN(NTENS)：应变矩阵DSTRAN(NTENS)：应变增量矩阵DTIME：增量步的时间增量NDI：直接应力分量的个数NSHR：剪切应力分量的个数NTENS：总应力分量的个数SSE,SPD,SCD分别定义每一增量步的弹性应变能，塑性耗散和蠕变耗散。它们对计算结果没有影响，仅仅作为能量输出。空间坐标系下的分量UMAT中的应力矩阵、应变矩阵以及矩阵DDSDDE，DDSDDT，DRPLDE等，都是直接分量存储在前，剪切分量存储在后。直接分量有NDI个，剪切分量有NSHR个。各分量之间的顺序根据单元自由度的不同有一些差异，所以编写UMAT时要考虑到所使用单元的类别。是一个NTENS维方阵，称为雅克比矩阵，即，切线模量。是表示增量步结束时第J个应变分量的改变引起的第I个应力分量的变化。通常雅可比是一个对称矩阵。在增量步开始，应力张量矩阵中的数值通过UMAT和主程序之间的接口传递到UMAT中；在增量步结束，UMAT将对应力张量矩阵更新。对于包含刚体转动的有限应变问题，一个增量步调用UMAT之前就已经对应力张量进行了刚体转动，因此在UMAT中只需处理应力张量的共旋(co-rotational)变形部分。UMAT中应力张量的度量为Cauchy应力。用于存储状态变量的矩阵，在增量步开始时将数值传递到UMAT中。也可在子程序USDFLD或UEXPAN中先更新数据，然后在增量步开始时将更新后的数据传递到UMAT中。在增量步结束时必须更新状态变量矩阵中的数据。和应力张量矩阵不同的是：对于有限应变问题，除了材料本构行为引起的数据更新以外，状态变量矩阵NSTATEV中的任何矢量或者张量都必须通过旋转来考虑材料的刚体运动。材料常数矩阵，矩阵中元素的数值对应于输入文件关键字*USERMATERIAL下面的数据行。1ABAQUS的UMAT2ABAQUS的VUMAT5.ABAQUS用户自定义材料ubroutinevumat(1nblock,ndir,nshr,nstatev,nfieldv,nprops,lanneal,2stepTime,totalTime,dt,cmname,coordMp,charLength,3props,density,strainInc,relSpinInc,4tempOld,stretchOld,defgradOld,fieldOld,5stressOld,stateOld,enerInternOld,enerInelasOld,6tempNew,stretchNew,defgradNew,fieldNew,7stressNew,stateNew,enerInternNew,enerInelasNew)dimensionprops(nprops),density(nblock),coordMp(nblock,*),1charLength(nblock),strainInc(nblock,ndir+nshr),2relSpinInc(nblock,nshr),tempOld(nblock),3stretchOld(nblock,ndir+nshr),4defgradOld(nblock,ndir+nshr+nshr),5fieldOld(nblock,nfieldv),stressOld(nblock,ndir+nshr),6stateOld(nblock,nstatev),enerInternOld(nblock),7enerInelasOld(nblock),tempNew(nblock),8stretchNew(nblock,ndir+nshr),8defgradNew(nblock,ndir+nshr+nshr),9fieldNew(nblock,nfieldv),1stressNew(nblock,ndir+nshr),stateNew(nblock,nstatev),2enerInternNew(nblock),enerInelasNew(nblock),2ABAQUS的VUMATVariablestobedefinedstressNew(nblock,ndir+nshr)Stresstensorateachmaterialpointattheendoftheincrement.stateNew(nblock,nstatev)Statevariablesateachmaterialpointattheendoftheincrement.VariablespassedinforinformationStrainInc(nblock,ndir+nshr)Strainincrementtensorateachmaterialpoint.共轴旋转坐标系下的分量UMat:ForgeometricallynonlinearanalysisthestrainincrementandincrementalrotationpassedintotheroutinearebasedontheHughes-Wingetformulae.–Linearizedstrainandrotationincrementsarecalculatedinthemid-incrementconfiguration.–Approximationsaremade,particularlyifrotationincrementsarelarge:moreaccuratemeasurescanbeobtainedfromthedeformationgradientifdesired.应力、应变、应变增量等为固定坐标系下分量Therotationshouldbeappliedpriortotheintegrationprocedure.(ForTensorstatevariables)5.ABAQUS用户自定义材料小结：VUMat:不旋转张量状态变量应力、应变在局部坐标系下定义，因此状态量不用旋转。（cannotseetherotation）Allstressandstraintensorquantitiesaredefinedwithrespecttothecorotationalbasissystem.ThedeformationgradientthatispassedintotheVUMATisreferredtoafixedbasisassociatedwiththeoriginalconfiguration.5.ABAQUS用户自定义材料小结：Thistemplateistheinternalstandardcoursewaretemplateoftheenterprise课程结束SWOT分析模板SWOT分析是市场营销管理中经常使用的功能强大的分析工具，最早是由美国旧金山大学的管理学教授在80年代初提出来的：S代表strength(优势)，W代表weakness(弱势)，O代表opportunity(机会)，T代表threat(威胁)。市场分析人员经常使用这一工具来扫描、分析整个行业和市场，获取相关的市场资讯，为高层提供决策依据，其中，S、W是内部因素，O、T是外部因素。它在制定公司发展战略和进行竞争对手分析中也经常被使用。SWOT的分析技巧类似于波士顿咨询（BCG）公司的增长/份额矩阵（TheGrowth/ShareMatrix），什么是SWOT分析内部环境优势Strengths劣势Weakness机会Opportunities威胁ThreatsSWOT分析传统矩阵示意图外部环境SWOT行业分析适用范围业务单元及产品线分析竞争对手分析SWOT企业自身SBUSWOT分析SWOTSWOT企业自身SBUSWOT分析主要竞争对手SBUSWOT分析企业的内外部环境与行业平均水平进行比较当选择行业领域中只有少数竞争对手时，可以考虑做SWOT组图进行比较SWOT分析 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 分析环境因素构造SWOT矩阵制定行动 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 运用各种调查研究方法，分析出公司所处的各种环境因素，即外部环境因素和内部能力因素。将调查得出的各种因素根据轻重缓急或影响程度等排序方式，构造SWOT矩阵。在完成环境因素分析和SWOT矩阵的构造后，便可以制定出相应的行动计划。SW优势与劣势分析（内部环境分析）提高公司盈利性产品线的宽度产品的质量产品价格产品的可靠性产品的适用性服务的及时性服务态度……竞争优势可以指消费者眼中一个企业或它的产品有别于其竞争对手的任何优越的东西。需要注意的是一定要从消费者的角度出发，寻找与竞争者或行业平均水平比较，公司的产品与服务有什么优势/劣势；而不是从公司的角度出发，衡量企业的竞争优势。通过一定努力，建立自身竞争优势引起竞争者注意，开始作出反应直接进攻企业优势所在，或采取更为有力的策略竞争优势受到削弱，寻找新的策略增强自身竞争优势根据SW分析，公司建立并维持自身的竞争优势企业在维持竞争优势过程中，必须深刻认识自身的资源和能力，采取适当的措施。因为一个企业一旦在某一方面具有了竞争优势，势必会吸引到竞争对手的注意。而影响企业竞争优势的持续时间，主要的是三个关键因素：（1）建立这种优势要多长时间?（2）能够获得的优势有多大？（3）竞争对手作出有力反应需要多长时间？如果企业分析清楚了这三个因素，就会明确自己在建立和维持竞争优势中的地位了。OT机会与威胁分析（外部环境分析）环境发展趋势分为两大类：环境威胁环境机会环境威胁指的是环境中一种不利的发展趋势所形成的挑战，如果不采取果断的战略行为，这种不利趋势将导致公司的竞争地位受到削弱。环境机会就是对公司行为富有吸引力的领域，在这一领域中，该公司将拥有竞争优势。OT机会与威胁分析方法一：PEST法PEST法政治／法律:经济社会文化技术垄断法律环境保护法税法对外贸易规定劳动法政府稳定性经济周期GNP趋势利率货币供给通货膨胀失业率可支配收入能源供给成本人口统比收入分配社会稳定生活方式的变化教育水平消费政府对研究的投入政府和行业对技术的重视新技术的发明和进展技术传播的速度折旧和报废速度OT机会与威胁分析方法一：波特五力模型竞争者供应商客户替代者新进入者进入本行业有哪些壁垒？它们阻碍新进入者的作用有多大？本企业怎样确定自己的地位（自己进入或者阻止对手进入）？购买者转而购买替代品的转移成本；公司可以采取什么措施来降低成本或增加附加值来降低消费者购买替代品的风险？供货商的品牌或价格特色；供货商的战略中本企业的地位；供货商之间的关系；从供货商之间转移的成本本企业的部件或原材料产品占买方成本的比例；各买方之间是否有联合的危险；本企业与买方是否具有战略合作关系行业内竞争者的均衡程度、增长速度、固定成本比例、本行业产品或服务的差异化程度、退出壁垒等，决定了一个行业内的竞争激烈程度构造SWOT矩阵在构造SWOT过程中，将那些对公司发展有直接的、重要的、大量的、迫切的、久远的影响因素优先排列出来，而将那些间接的、次要的、少许的、不急的、短暂的影响因素排列在后面。案例：1997年香港邮政对特快专递业务单元做的SWOT分析SWT特快专递服务推出较早技术支持较强（如电子追踪服务以邮局为服务终端，服务网络覆盖面广O特快专递”过去的形象不太好认知率不高可靠性与速度不及私营公司私营速递公司多以大公司为主要客户中小机构、个人的需求得不到满足，是个被忽视的市场香港近年经济不太景气，外部环境不利速递业竞争对手林立，正面冲突可能招致报复制订行动计划制定计划的基本思路是：发挥优势因素，克服弱点因素，利用机会因素，化解威胁因素；考虑过去，立足当前，着眼未来。运用系统分析的综合分析方法，将排列与考虑的各种环境因素相互匹配起来加以组合，得出一系列公司未来发展的可选择对策。SWOTWT对策最小与最小对策，即考虑弱点因素和威胁因素，目的是努力使这些因素都趋于最小。悲观WO对策最小与最大对策，即着重考虑弱点因素和机会因素，目的是努力使弱点趋于最小，使机会趋于最大苦乐参半ST对策最小与最大对策，即着重考虑优势因素和威胁因素，目的是努力使优势因素趋于最大，是威胁因素趋于最小。苦乐参半SO对策最大与最大对策，即着重考虑优势因素和机会因素，目的在于努力使这两种因素都趋于最大。理想小大大小