基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT

                                                     

黄永刚院士编写的单晶晶体塑性UMAT,主要用于Abaqus有限元仿真中进行单晶及多晶晶体塑性变形的计算是许多科研工作者学习晶体塑性模拟的教学资源。可以在其基础上对硬化模型进行修改,甚至引入损伤。

UMAT主要应用于隐式分析,而对于大变形接触问题,隐式分析往往计算效率较低。对于接触、碰撞、冲击等问题采用VUMAT往往具有更高的计算效率和收敛速度。本文旨在将Huang编写的UMAT改写为VUMAT,并进行对比验证。

UMAT改写为VUMAT需要从以下方面考虑:(1UMAT是在积分点上调用的,而VUMAT一次调用会计算很多个积分点上的变量,需要对子程序接口形式进行修改;(2Huang本构中的转动张量DROT是用于对滑移面和滑移方向进行旋转的,UMAT中,Abaqus会提供转动张量DROT,在VUMAT中,子程序接口没有提供DROT需要通过VUMAT传入变形梯度更新滑移面和滑移方向;(3显示分析采用了Green-Naghdi率,而隐式分析采用Jaumann率,需要对应变率进行修改。

采用了两个多晶模型进行一致性的验证,第一个模型是125个网格的单位长度代表体积单元25个网格设置1取向。第二个模型是采用Voronoi方法获得的15个不同取向晶粒的多晶模型。

115个不同取向晶粒的多晶模型

15个不同取向晶粒的多晶模型,采用狗骨单轴拉伸试件进行数值试验,有限元模型如下图所示。开展单轴拉伸,UMAT采用隐式分析,VUMAT采用显式分析。

基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图1

1  单轴拉伸多晶有限元模型

不同晶粒的材料参数设置如下:

基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图2基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图3基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图4

2  多晶材料不同取向的设置

基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图5

3  计算完成的截图

单轴拉伸UMATVUMAT计算得到的力-位移响应如下

基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图6

4  单轴拉伸UMATVUMAT计算得到的力-位移响应

单轴拉伸结束时刻的应力、应变场如下:

基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图7

5  计算完成的应力

基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图8

6  计算完成时刻的应变场

2125个网格的单位长度代表体积单元

125个网格的单位长度代表体积单元,每25个网格设置1个取向,有限元模型如下图所示。

基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图9

7  125个网格的单位长度代表体积单元有限元模型

基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图10

8  材料参数设置

基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图11

9  计算完成时刻的应力云图

基于abaqus的Huang晶体塑性UMAT改VUMAT的图12

10  计算完成时刻的应变云图

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ABAQUS VUMAT晶体塑性有限元Huang本构ABAQUS大变形

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