搞定所有的塑性本构-abaqus硬化子程序UHARD教学

在工程仿真中，操作复杂的物质反应和非线性行为的需求频繁出现。UEA（Uniform ElasticPlastic Hardening，匀弹性塑性硬化）和UHARD（用户定义的硬化律）子程序在ABAQU斯软件中起到了关键作用，它们允许工程师根据特定的需求定制材料的本构模型。该文将介绍如何创建用户自定义硬化律（UHARD）子程序用于模拟具有塑性变形特性的材料，重点关注使用双曲线本构模型的情况。

应用场景和与脚本的区别




ABAQU斯的脚本（例如PYTHON）在自动化且未完成复杂逻辑创建时显示出了其能力，但其作用基本是减轻工作量。而UHARD子程序是保持更大的灵活性和控制权的必要工具，当模拟依赖于独特材料反应特性的复杂材料行为时（如塑性变形），UHARD成为不可或缺的选择。与Python脚本相比，UHARD主要用于解决本构关系复杂、需求高度个性化的情况。

双曲线本构模型的实现

在此次示例中，我们将采用双曲线本构模型作为示例。该模型是塑性材料在其损伤位移应变关系时的简化描述方式。它的表达式通常需要通过实验数据预化，然后在公式中表示。要使用UHARD实现双曲线本构，则需定义相应的子程序逻辑：

重要的形参及对应含义：


EQPLAS：等效塑性应变


EQPLASRT：等效塑性应变速率


TEMP：温度


UHARD子程序中的关键变量包括：


SYIELD：屈服强度，通过公式表示依赖于温度和塑性应变速率

HARD：一维数组，含与体应变、体应变速率、温度有关的偏导数（表示等效塑性应变和等效塑性应变速率对该变量的变化敏感度）

STATEV：状态变量（可选），在子程序之间传递参数


求导数

对于涉及函数偏导数的本构模型，如双曲线本构，通常采用编程工具如Python的`sympy`库来计算这些表达式。高效利用符号计算，可以避免手算误差，并简化物理过程中的数学处理。以下步骤展示了如何使用python语言求解特定导数：

```python


import sympy as sp


定义变量

eqplas = sp.Symbol('eqplas', real=True)   等效塑性应变

eqplas_rate = sp.Symbol('eqplas_rate', real=True)   等效塑性应变速率

temp = sp.Symbol('temp', real=True)   温度

yield_strength = yield_strength_function(eqplas)   屈服强度函数

偏导数计算

d_yield_d_eqplas = sp.diff(yield_strength, eqplas)

d_yield_d_eqplas_rate = sp.diff(yield_strength, eqplas_rate)

d_yield_d_temp = sp.diff(yield_strength, temp)

输出偏导数


```


之后，将这些导数正确插入UHARD子程序中，确保语法和计算上下文的准确对接。


子程序实现与应用

使用`abq_help`界面，可以通过辅助文档找到`UHARD`的函数签署（signature）。遵循所需的参数交互逻辑，应该首先声明各变量（类型和大小）再加载数据。初始化或定义相关默认值（如无应变速率或温度时），慎重点入计算函数或精确计算逻辑。关联`STATEV`是允许进行多程序交流的关键元素。

具体建模


应用到模拟中的特定建模步骤包括：

1. 模型构建：创建所需的几何体，如圆柱体，使用ABAQU斯的相关工具或API定位尺寸信息。

2. 材料定义：选择或定义材料设置，确保选中“塑性”项，并配置执行用户自定义硬化（UHARD）。

3. 施加边界条件：如固定底座端，应用指定的边界条件，设置高工作端的位移。

4. 作业配置：在Job设置中指定使用UHARD子程序的文件路径，执行模拟分析。

结果

分析结果取决于所定义的本构模型的形式、实验数据的准确性以及边界条件的适应性。通过比较不同本构模型的结果，可以评估模型在预测材料行为上的一致性和精度。

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