用户单元User-definedelements使用详解

用户单元User-definedelements使用详解［ABAQUS］用户单元1.产品：Abaqus/StandardAbaqus/Explicit2.参考资料：3.概况：用户单元：l可以是描述模型几何部件通常意义的有限单元；l可以反馈链接，提供一些点的力作为模型中其他点的位移、速度等的函数；l可以用来求解非标准自由度；l可以是线性或非线性的。4.指派单元类型号给用户单元Abaqus/Standard中指派为Un，Abaqus/Explicit中指派为VUn，n为正整数且必须小于10000.输入格式：*USERELEMENT,TYPE=element_type5.引入用户单元用户单元以相同方式被引入作为Abaqus中单元：用户指定单元类型Un或VUn，定义单元数和与每个单元关联的结点。用户单元可以以通常方式来分配单元集合，如为单元属性定义，输出要求，分布荷载说明等定义前后参考。材料定义与用户单元类型无关。必须在子程序中为一般用户单元定义所有的材料性能，主要取决于用户定义的材料常数和与单元有关、在相同的子程序中计算的求解依赖的状态变量。对于线性用户单元，所有材料性能必须通过用户定义的刚度矩阵来定义。输入格式：引入用户单元*USERELEMENT,TYPE=element_type*ELEMENT,TYPE=element_type6.定义结点上激活自由度激活自由度必须服从Abaqus惯例，因为Abaqus/Standard中收敛判别准则是以自由度号为基础的，在Abaqus/Explicit中只有自由度能被更新。当给用户单元传入或传出信息时，Abaqus总是在全局系统中工作。因此，即使在有些应用局部坐标转换的结点上，用户单元的刚度、质量等应该在整体坐标系下定义。标准的和推荐的定义变量顺序是第一个结点上的自由度先定义，其他的依次。规则：指定单元每个结点上的激活自由度；所有单元结点有相同自由度，可以只指定自由度列表一次；否则指定一个新的与之前结点不同自由度的自由度列表（含相同的自由度）。因此单元不同结点可以使用不同自由度；这一点在耦合分析中特别重要，这种方法要求按单元变量顺序进行指定。第一个自由度列表用来指定第一个结点自由度，其后的所有结点都将被指派这一自由度列表，第二个自由度列表也将被用于所有结点，直到一个新的列表被定义。如果一个新的自由度列表的单元结点号小于等于前一列表，那么前一列表的自由度会指派给单元最近的结点号。这一种自由度产生方法可以在单元最后一个结点之前被中止，主要是通过指定连续结点号的空自由度列表。格式：*USERELEMENT1自由度1被指派给所有结点，1,2自由度2被指派给所有结点1,6“Rotationvariables,”Section1.3.1oftheAbaqusTheoryManual中有所描述，“Conventions,”Section1.2.2.中有所提及。在Abaqus/Standard中可以使用重复结点号方法来避免几何非线性分析中旋转更新，这样至少有一个旋转自由度会从每个结点自由度列表上被忽略。9.Abaqus/CAE中用户单元的可视化在Abaqus/CAE中不支持绘制用户单元。但是如果用户单元包含位移自由度，它可以用标准单元来覆盖；这些标准单元模型绘制可以显示，允许用户看到用户单元的形状。如果用户单元必须有畸形网格，那么这此覆盖的标准单元的材料属性必须被选择，以致求解不会被改变。如果采用该技术，用户单元结点将会被TIE在标准单元结点上。因此用户单元的自由度1，2，3必须与标准单元的位移自由度相符。10.在Abaqus/Standard中定义线性用户单元线性用户单元只能在Abaqus/Standard中定义。最简单的情况线性用户单元可以被定义为刚度矩阵，如果需要的话还有质量矩阵。这些矩阵可以从结果文件中读取，或者直接定义。11.从Abaqus/Standard结果文件中读取单元矩阵为了从Abaqus/Standard结果文件中读取单元矩阵，必须在先前的分析中将刚度和质量矩阵写入结果文件中作为单元矩阵输出或子结构矩阵输出。必须指定单元号n或子结构标识符Zn，来知道与哪个矩阵对应。对于通过部件装配得到的模型，输出到结果文件中的单元号是Abaqus/Standard中产生的内部号。另外，在输出的单元矩阵中必须为其指定子步号和增量号。在子结构内部矩阵输出时这些都不需要。输入格式：*USERELEMENT,FILE=name,OLDELEMENT=norZn,STEP=n,INCREMENT=n12.直接指定矩阵来定义线性用户单元如果直接定义刚度和质量矩阵，就必须指定单元的结点号。输入格式：*USERELEMENT,LINEAR,NODES=n定义单元矩阵是否是对称的。输入格式：*USERELEMENT,LINEAR,NODES=n,UNSYMM定义质量或刚度矩阵单独地定义单元质量矩阵和刚度矩阵，如果是热传递单元，刚度矩阵就是传导率矩阵，质量矩阵为指定的热矩阵。可以只定义一个单元矩阵，也可以两个都定义。无论直接定义还是读取，Abaqus/Standard都是心每行四个值，F20格式来读取。这种格式可以保证精度。写成E20.14格式可以用F20格式读取。先是矩阵第一列，新起一行写第二列，如果没有指定单元矩阵为非对称，只需要给出对角线上方的矩阵元素，不能给对角线下的元素。如果指定为非对称的，则从每列第一个元素开始给出该列的元素。输入格式：Usethefollowingoptiontodefinetheelementmassmatrix:*MATRIX,TYPE=MASSUsethefollowingoptiontodefinetheelementstiffnessmatrix:*MATRIX,TYPE=STIFFNESSUsethefollowingoptiontoreadtheelementmass(stiffness)matrixfromafile:*MATRIX,TYPE=MASSorSTIFFNESS,INPUT=file_name几何非线性分析当在几何非线性分析中使用线性用户单元时，对任何非线性效应刚度矩阵都不会被更新，如有限旋转。13.定义单元属性即使没有属性值（除了瑞利阻尼因子）与线性用户单元关联，也必须为每个用户单元关联已定义的属性。输入格式：*UELPROPERTY,ELSET=name为直接积分动力分析定义瑞利阻尼在直接积分动力分析中，为线性用户单元定义瑞利阻尼因子。定义如下：[C]为阻尼矩阵，[M]为质量矩阵，[K]为刚度矩阵，alpha和beta是用户指定的阻尼因子。输入格式：*UELPROPERTY,ELSET=name,ALPHA=,BETA=14.定义荷载在使用集中力和集中通量的一般方法中，可以为线性用户单元结点应用点荷载，位移荷载和流动荷载等。分布式荷载和通量不能应用于线性用户单元。15.定义一般用户单元定义单元结点号输入格式：*USERELEMENT,NODES=n定义单元矩阵是否对称输入格式：*USERELEMENT,NODES=n,UNSYMM定义最大坐标号输入格式：*USERELEMENT,COORDINATES=n定义单元属性指定所需属性值号输入格式：*USERELEMENT,IPROPERTIES=n,PROPERTIES=m指定单元属性数值输入格式：*UELPROPERTY,ELSET=name定义储存在单元中的求解依赖变量号输入格式：*USERELEMENT,VARIABLES=n16.定义单元对用户子程序UEL中模型的贡献略17.子程序UEL中单元公式略