ABAQUS学习记录1——用户子程序综述

概述

ABAQUS提供了相当丰富的单元类型，材料属性等数据库可供用户选择，但是工程问题是千变万化的，为了满足用户的特殊工程要求，ABAQUS为用户提供了强大而又灵活的用户子程序接口（USER SUBROUTINE)和应用程序接口（UTILITY ROUTINE)。用户可以利用子程序接口来编写自己想要实现的特殊功能，以此扩展ABAQUS的功能。ABAQUS 为用户提供了强大而又灵活的用户子程序接口（USER SUBROUTINE）和应用程序接口(UTILITY ROUTINE)。ABAQUS 6.2.5 一共有 42 个用户子程序接口，13 个应用程序接口，用户可以定义包括边界条件、荷载条件、接触条件、材料特性以及利用用户子程序和其它应用软件进行数据交换等等。这些用户子程序接口使用户解决一些问题时有很大的灵活性，同时大大的扩充了 ABAQUS 的功能。例如：如果荷载条件是时间的函数，这在 ABAQUS/CAE 和 INPUT 文件中是难以实现的，但在用户子程序 DLOAD 中就很容易实现。用户自定义子程序（User Subroutine）涵盖了建模、载荷到单元的几乎各个部分。
ABAQUS的用户子程序是根据ABAQUS提供的相应接口，按照FORTRAN语法而自己编写的代码。在一个算例中，用户可以用到多个用户子程序，但必须把它们放在一个以.FOR为扩展名的文件中。运行带有用户子程序的算例时有两种方法，一是在CAE中运行，在EDIT-JOB菜单的GENERAL子菜单的USER SUBROUTINE FILE对话框中选择用户子程序所在的文件即可；二是在ABAQUS COMMAND中运行，语法如下：ABAQUS JON=[JOB] USER=[.FOR]

编写子程序要注意的事项

• 用户子程序不能嵌套。即任何用户子程序都不能调用任何其他用户子程序，但可以调用用户自己编写的FORTRAN子程序和ABAQUS应用程序。当用户编写FORTRAN子程序时，建议子程序名以F开头，以免和ABAQUS内部程序冲突。
• 当用户子程序中利用OPEN打开外部文件时，要注意以下两点：一是设备号的选用是有限制的，只能取15-18和大于100的设备号。二是用户需提供外部文件的绝对路径而不是相对路径。
  -ABAQUS应用程序必须由用户子程序调用。当用到某个用户子程序时，要关心的主要由两个方面：
  
  • 一是ABQUS提供的用户子程序的接口参数。有些参数是ABAQUS传到用户子程序中，有些是需要用户自己定义的SUBROUTINE DLOAD 中的 KSTEP，KINC，COORDS；有些是需要用户自己定义的，例如 F。
  • 二是ABAQUS何时调用该用户子程序。对于不同的用户子程序，ABAQUS调用的时间是不同的。有些是在每个 STEP 的开始，有的是 STEP 结尾，有的是在每个INCREMENT的开始等等。当ABAQUS调用用户子程序是，都会把当前的STEP和INCREMENT利用用户子程序的两个实参KSTEP和
    KINC传给用户子程序，用户可编个小程序把它们输出到外部文件中，这样对ABAQUS何时调用该用户子程序就会有更深的了解。

几个子程序实例

下面就选出几个常用的用户子程序和应用程序进行详细解释：
．SUBROUTINE DLOAD(F,KSTEP,KINC,TIME,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,COORDS, JLTYP,SNAME)

参数：

• F 为用户定义的是每个积分点所作用的荷载的大小；
• KSTEP,KINC 为 ABAQUS 传到用户子程序当前的 STEP 和 INCREMENT 值；
• TIME(1),TIME(2)为当前 STEP TIME 和 INCREMENT TIME 的值；
• NOEL,NPT 为积分点所在单元的编号和积分点的编号；
• COORDS 为当前积分点的坐标；
• 除 F 外，所有参数的值都是 ABAQUS 传到用户子程序中的。

功能：

• 荷载可以被定义为积分点坐标、时间、单元编号和单元节点编号的函数。
• 用户可以从其他程序的结果文件中进行相关操作来定义积分点 F 的大小。
  例 1：
  这个例子在每个积分点施加的荷载不仅是坐标的函数，而且是随STEP变化而变化的。

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 SUBROUTINE     DLOAD(P,KSTEP,KINC,TIME,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,COORDS,
 1 JLTYP,SNAME)
C
 INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'
C
 DIMENSION TIME(2),COORDS(3)
 CHARACTER*80 SNAME
PARAMETER (PLOAD=100.E4)
C
IF (KSTEP.EQ.1) THEN ！当 STEP=1 时的荷载大小
 P=PLOAD
 ELSE IF (KSTEP.EQ.2) THEN ！当 STEP＝2 时的荷载大小
 P=COORDS(1)*PLOAD ！施加在积分点的荷载 P 是坐标的函数
 ELSE IF (KSTEP.EQ.3) THEN ！当 STEP=3 时的荷载大小
 P=COORDS(1)**2*PLOAD
 ELSE IF (KSTEP.EQ.4) THEN ！当 STEP=4 时的荷载大小
 P=COORDS(1)**3*PLOAD
 ELSE IF (KSTEP.EQ.5) THEN ！当 STEP=5 时的荷载大小
 P=COORDS(1)**4*PLOAD
 END IF
RETURN

END

B． UBROUTINE UEXTERNALDB(LOP,LRESTART,TIME,DTIME,KSTEP,KINC)

参数：

用户可以利用 LOP 开关来控制自己的代码程序何时被 ABAQUS 调用。LOP=0（3）表示在计算的开始（结束）ABAQUS 调用此用户子程序；LOP=1 (2) 表示在每个 INCREMENT 的开始（结束）ABAQUS 调用此用户子程序；LOP ＝4 表示在每个 RESTART 的开始 ABAQUS 调用此用户子程序。这为用户子程序提供了很大的灵
活性。

功能：

1． 可以用来和其它用户子程序及其它软件进行数据通讯。
2． 可以用来在适当的时间打开，关闭外部文件。
3． 用户可以把自己编写的 ABAQUS 扩充功能的程序代码通过此用户子程序嵌入到 ABAQUS 中。
例 2．新建一个与 JOB 名相同但扩展名(.ALE)不同的文件，此用户子程序用到了 GETENVVAR 应用程序来获得 ABAQUS 的环境变量，用 DMKNAME 子程序来合成所需的文件名。

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 SUBROUTINE     UEXTERNALDB(LOP,LRSTART,TIME,DTIME,KSTEP,KINC)
 INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'

CHARACTER XINDIR*255,XFNAME*80
CHARACTER DMKNAME*255,FNAMEX*80
C
 LXFNAME=0
 LXINDIR=0
XFNAME =' '
XINDIR =' '
CALL GETENVVAR('FNAME',XFNAME,LXFNAME) !读取 input 文件名
CALL GETENVVAR ('OUTDIR',XINDIR,LXINDIR) !读取 input 文件所在的路径
IF(LOP.EQ.0) THEN
FNAMEX=DMKNAME(XFNAME(1:LXFNAME),XINDIR(1:LXINDIR), '.ALE') ！生成所要新建文件的文件名
OPEN(UNIT=17,FILE=FNAMEX,STATUS='UNKNOWN',FORM='FORMATTED') ！打开文件
WRITE(17,*)'Opening new user external file...'
WRITE(17,*)'Writing dummy data to this file...'
 END IF
 RETURN
 END
c
C COMPOSE A FILENAME DIRECTORY/JOBNAME.EXTEN
 CHARACTER*(*) FUNCTION       DMKNAME(FNAME,DNAME,EXTEN)
C
 CHARACTER*(*) FNAME,DNAME,EXTEN
C FNAME I JOBNAME
C DNAME I DIRECTORY
C EXTEN I EXTENSION
C DMKNAME O DIRECTORY/JOBNAME.EXTEN
 LTOT = LEN(FNAME)
 LF = 0
DO K1 = LTOT,2,-1
IF (LF.EQ.0.AND.FNAME(K1:K1).NE.' ') LF = K1 Home
END DO
LTOT = LEN(DNAME)
LD = 0
DO K1 = LTOT,2,-1
IF (LD.EQ.0.AND.DNAME(K1:K1).NE.' ') LD = K1
END DO
LTOT = LEN(EXTEN)
LE = 0
DO K1 = LTOT,2,-1
IF (LE.EQ.0.AND.EXTEN(K1:K1).NE.' ') LE = K1
END DO
IF ((LF + LD + LE) .LE. LEN(DMKNAME)) THEN
DMKNAME = DNAME(1:LD)//FNAME(1:LF)
LTOT = LD + LF
IF ( LE.GT.0) THEN
DMKNAME = DMKNAME(1:LTOT)//EXTEN(1:LE)
END IF
END IF
C
RETURN
END

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三．SUBROUTINE URDFIL (LSTOP,LOVRWRT,KSTEP,KINC,DTIME,TIME)

参数：

1．LSTOP 是决定 ABAQUS 分析是否继续的开关。如果 LSTOP=1，分析中止；否则，分析继续。
2．LOVRWRT 是决定能否把上个 INCREMENT 的结果文件覆盖的开关。LOVRWRT＝1，覆盖，这样可大大减少结果文件的大小；否则，不覆盖。
3．LSTEP 和 LOVRWRT 参数是留给用户自己定义的，KSTEP,KINC,DTIME,TIME 是 ABAQUS 传给用户子程序的参数。

功能：

1．读结果文件（.FIL）中的数据。
2．利用 LSTOP 开关，用户可中止 ABAQUS 计算
URDFIL 要用到以下两个 ABAQUS 应用程序：POSFIL 和 DBFILE
CALL POSFIL (NSTEP,NINC,ARRAY,JRCD)

参数：

1. NSTEP 和 NINC 的值都是由调用它的 URDFIL 用户子程序接口中的参数 KSTEP
   和 KINC 传递下来。
2. ARRAY 是用来存放 RECORD 2000 的值
3. JRCD 为返回值。如果在结果文件中找到相应的 STEP 和 INCREMENT,返回值为0；否则为 1。

功能：

如果用户想要对某个STEP中的某个INCREMENT的结果数据进行操作，POSFIL
可定位用户想要进行操作的 STEP 和 INCREMENT 数据在结果文件中的位置。
CALL DBFILE (LOP,ARRAY,JRCD)

参数：

1．LOP 是用户自己定义的参数。LOP 设为 0 表示继续读下一条记录；LOP 设
为 2 表示文件已读到结尾后，又从头开始读起。
2．ARRAY 是用来存放从结果文件中读到的那条记录的数组。要用户注意的
是 ARRAY 数组的大小要能存放一条记录。
3.JRCD 是返回值，如果读到文件结尾，返回值为非 0 的整数。

功能：

读取结果文件中的一条记录。
如果想要熟练运用 SUBROUTINE URDFIL,那么用户必须对结果文件（.FIL）的格式有所了解。要让 ABAQUS 输出结果文件，用户必须在 INPUT 文件或 KEYWORD 中加入ELFILE 或着ELNODE。有些数据是 ABAQUS 自动写道结果文件中的，如 ABAQUS 的版- 号，节点编号和节点坐标；有些是用户用ELFILE 或着ELNODE定义的，比如应力、应变、节点位移等等。结果文件存放的是一条条的记录。为了区别不同的记录集，记录中有一项为RECORD KEY。不同的记录集，RECORD KEY 是不同的。比如节点坐标的记录集
（COORD）的 RECORD KEY 为 8；主应力（EP）的 RECORD KEY 为 403；用户可根据不同的 RECORD KEY 来分辨不同的记录集。每条记录包括好多个数据。每个记录是以*I 开头，数据中的实数是以 D 开头，输出格式为 E22.15 or D22.15；整数是以 I 开头，接着的数字为这个整数的位数，然后才是整数的值。字符数据以
A 开头。比如记录 *I 18I 41900I 15AS4R I 3195I 3198I 3205I 3204 这条记录第一项 18 表示这条记录一共有 8 个数据，1 为 8 的位数；第二项为 RECORD KEY其值为 1900，前面的 4 为 1900 的位数。第三项 5 表示是此单元编号，第四项 S4R
表示单元类型，剩余四项表示此单元四个节点的编号。
例 3：此程序是把结果文件中的每个节点的编号、坐标、速度和位移写到文件

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F3.DAT
 SUBROUTINE URDFIL(LSTOP,LOVRWRT,KSTEP,KINC,DTIME,TIME)
C
INCLUDE 'ABA_PARAM.INC'
C
DIMENSION ARRAY(513),JRRAY(NPRECD,513),TIME(2),LRUNIT(2,1)
1,COORD(3)
EQUIVALENCE (ARRAY(1),JRRAY(1,1))
CALL POSFIL(KSTEP,KINC,ARRAY,JRCD) ！ 定位到当前的 STEP 和INCREMENT
OPEN(UNIT=17,FILE='G:TEMPF3.DAT') ！打开文件
WRITE(17,*)KINC，KSTEP ！把当前的 STEP 和 INCREMENT 输出到文件
DO 1000 K2=1,10
    DO 100 K1=1,99999
C
CALL DBFILE(0,ARRAY,JRCD) ！读入一条记录
IF(JRCD.NE.0)GO TO 110 ！判断结果文件是否结束
KEY=JRRAY(1,2) !把 RECORD KEY 赋值于 KEY
C
IF(KEY.EQ.107) THEN ！判断此条记录是否为节点坐标
KEL=JRRAY(1,3)
COORD(1)=ARRAY(4)
COORD(2)=ARRAY(5)
COORD(3)=ARRAY(6)
WRITE(17,120) KEL,COORD(1),COORD(2),COORD(3) ！输出节点编号，坐标
120 FORMAT(5X,'NODE',I5,5X,'COORD',F20.14,5X,F20.14,5X,F20.14,5X)
ELSE IF(KEY.EQ.101)THEN ！判断此条记录是否为位移
KEL=JRRAY(1,3)
COORD(1)=ARRAY(4)
COORD(2)=ARRAY(5)
 COORD(3)=ARRAY(6)
WRITE(17,140) KEL,COORD(1),COORD(2),COORD(3)！输出节点编号，位移
140     FORMAT(5X,'NODE',I5,5X,'UCOORD',F20.14,5X,F20.14,5X,F20.14,5X)

ELSE IF(KEY.EQ.102)THEN ！判断此条记录是否为速度
WRITE(17,130)       ARRAY(3),ARRAY(4),ARRAY(5),ARRAY(6),ARRAY(7),
1 ARRAY(8),ARRAY(9) ！输出节点编号，速度
130 FORMAT(5X,'NODE',I5,5X,'VELOVITY',F20.10,5X,F20.10,5X,F20.10,5X
1 ,F20.10,5X,F20.10,5X,F20.10,5X)
 END IF
C
100 CONTINUE
1000 CONTINUE
110 CONTINUE
CLOSE(17) !关闭文件
RETURN
END