ADINA中进行材料本构的二次开发教程
STAAD二次开发的经验
S TAAD 二次开发的经验魏 亮 陈 延 陈 慧(美盛沃利工程技术有限公司 北京 100026)摘 要 对结构分析软件S TAAD 二次开发的一些经验进行介绍,并对开发中存储、查询数据的两种方案的效率进行比较。
关键词 STAAD 二次开发 散列表EXP ER IENCE IN SECO N DARY D EV ELO PM EN T OF SOFTWARE STAA DWei Lia ng Che n Y a n Che n Hui(Mai son Worley Parson s Beijing 100026)ABSTRA CT It is introduced s o me experience in t he seconda ry developme nt of s oftware STAAD and t he efficie ncy of two plans to store a nd sea rch t he data in the development is also co mpared.KEY WO R DS S TAAD secondar y development Ha sh Ta ble第一作者:魏 亮 男 1975年出生 硕士 工程师@y 收稿日期66 国内设计单位承接国外工程,通常会采用某一国际知名的结构设计软件以便于校审。
在构件设计和优化方面,国外知名软件大多内置了多种国外规范(如美国规范、加拿大规范、欧洲规范等),但是在钢结构节点设计方面,这些软件目前还比较欠缺。
通常国外的工程设计要求计算书透明、步步可查、易于校审。
但国外的结构分析软件大多对节点的验算未做较多的涉及,因此,有必要进行二次开发。
对某软件二次开发的前提必须是对该软件的重要文件的格式要有清楚而全面的了解,二次开发流程无非读取输入文件和输出文件、合理高效存储模型的几何信息和输出文件中的内力或位移等信息、分析这些存储的信息、按照需要的格式和组织方式输出相关信息。
ADINA几何与材料双重非线性源程序解析的开题报告
ADINA几何与材料双重非线性源程序解析的开题报告一、研究背景和意义ADINA是安捷伦科技公司旗下领先的工程仿真软件之一，广泛应用于工业、民用航空航天、船舶、建筑、汽车等领域。
该软件具备多物理场、多材料、多尺度等特点，可进行强耦合、非线性分析等高级工程计算。
其中，几何与材料的双重非线性问题是在结构强度、疲劳、稳定性、断裂等方面应用广泛的重要问题之一。
目前，针对ADINA双重非线性源程序的研究在国内外得到了广泛关注。
但是，对于其解析方法和算法的探究还存在一定的局限性，需要进一步深入研究。
因此，本研究意在对ADINA几何与材料双重非线性源程序的解析方法和算法进行探究，为其应用和发展提供理论基础和技术支持。
二、研究内容和步骤本研究的主要内容包括：1. 对ADINA几何与材料双重非线性源程序的基本原理和适用范围进行分析和论述；2. 对双重非线性源程序中的几何非线性和材料非线性问题进行分别研究，深入掌握它们的数学模型、公式计算、算法流程等；3. 对几何非线性和材料非线性问题的耦合作用进行探究，分析其相互影响机理；4. 针对实际工程问题，对双重非线性源程序进行数值模拟和计算实验，验证所提出算法和方法的有效性和可行性。
本研究将按照以下步骤进行：1. 阅读相关文献，了解ADINA双重非线性源程序的基本情况和研究现状；2. 对几何非线性和材料非线性问题进行分别研究，熟悉它们的数学模型和常见算法；3. 尝试将几何非线性和材料非线性问题进行耦合，分析它们相互影响的机理，寻找出适合的求解方法；4. 运用已有算法和方法，搭建ADINA双重非线性源程序的模型，进行相关的数值模拟和计算实验，并对结果进行分析。
三、研究期望和创新点本研究的期望和创新点如下：1. 通过对ADINA双重非线性源程序的解析和研究，深入掌握其数学模型和算法原理，在工程实践中提供更为可靠和精确的计算方法；2. 分别研究几何非线性和材料非线性问题，并在对它们进行耦合时，探究相互影响的机理，为这类问题的综合求解提供新思路和新方法；3. 运用所得的算法和方法，针对实际工程问题进行计算实验，验证其可行性和有效性，并可为相关领域的工程设计和决策提供科学参考。
ADINA二次开发培训(全面)
FOCUSED ON EXCELLENCE
开发详细过程
• 材料二次开发，与模型中采用的单元类型相关， 因此2D和3D的应用是分开的； • 前面提到，二次开发需先选择一个已经存在的源 文件，可以是任何一个，因为对于开发来说其提供 的入口条件是相同的； • 现在要自己开发一个最简单的线弹性材料，用于 3D模型，下面是详细的开发过程； • 由于ovl40u_vp1.f中详细介绍了所以参数的含义， 因此选择这个源文件进行修改。
C ...................................................................... C. C . ADDITIONAL VARIABLES: C. C. C . YM C . PR . . YOUNG'S MODULUS (INPUT) POISSON'S RATIO (INPUT) . . . .
ADINA(8.5)二次开发专题培训内容
2008-12-31
1
主要内容
1. 预备知识 2. 材料本构二次开发 -- 线弹性材料 -- 非线性弹性材料 3. 摩擦算法的二次开发 4. 基于tcl/tk语言的联合开发
2008-12-31
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2
预备知识
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• 当启动任何求解器时，DLL中的程序自动成 为求解器的一部分
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开发代码和输入数据是如何匹配的？ •开发代码中指定了各种变量，包括所谓已知变量和未知变 量，已知变量的一部分是用户通过界面的相应菜单输入 的，如本构二次开发过程中的材料参数，控制参数等等
例如在材料开发时： 已知变量：应变－－程序计算确定数值,出现在等式的右侧 弹性模量、波松比－－用户输入参数，程序从dat模型文件识别读入 未知变量：应力－－程序计算确定，出现在等式的左侧
ADINA输出和输入功能在多次重复建模中的使用课件
地表下沉
沉降曲线
基岩面下沉
输出输入功能的使用
坐标 材料 约束 网格的划分 时间步 处理时描述曲线 处理时等值线数值与颜色
谢谢
10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。*** 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。**** 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。*** 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。*** 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。****
谢谢大家
示例
模拟煤层开挖
建模
建立几何模型
定义材料、边界条件、荷载、单元、建立断层
设置时间步、定义生死
第一步 开挖13111工作面 第二步 开挖14121工作面 第二步 开挖14122工作面 第二步 开挖13111工作面下方
保存、运行
竖直应力
沉降曲线
地表下沉
沉降曲线
基岩面下沉
对比模拟（无断层）
ADINA培训课程
u
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Newton-Raphson方法求解非线性问题
Newton-Raphson 法迭代求解使用下列方程： [KT]{∆u} = {Fa} - {Fnr} 这里:
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时间函数 • 任何载荷都必须由时间函数定 义其随时间的变化； • 缺省的时间函数是随时间没有 变化； • 任何时间步的载荷增量由时间 函数和时间步长共同确定；
Load
1.0
time 例子：荷载为指定速度 ，速度为10mm/s，时间 步长恒定为0.1,共计算 150步，则最终的压下 距离为150mm。
增加删除图标 定义快捷键
所谓Line Draw-Down图标的控制
定义宏命令
• ADINA的国
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• Graph图形显示区的调整Edit
GDI与OpenGL两种方式 设置AUI内存 设置背景颜色，窗口比例 设置图形环境参数
εy
ε
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塑性多线性模型
都使用多个线段的应力－应变曲线来模拟随动强化效应。使用von Mises 屈服准则， 包括各向同性和随动硬化。
输入弹性模量和应力－应变数据点定义材料参数 ： •每条应力－应变曲线必须 用同一组应变值； •曲线的第一个点必须 与弹性模量一致； •每一段的斜度不能超过弹性模量（不允许负斜度）； •对于超过输入曲线末端的应变值，假设为理想塑性材 料。
(完整word)ABAQUS-UMAT弹塑本构二次开发的实现
前言有限元法是工程中广泛使用的一种数值计算方法。
它是力学、计算方法和计算机技术相结合的产物。
在工程应用中，有限元法比其它数值分析方法更流行的一个重要原因在于:相对与其它数值分析方法，有限元法对边界的模拟更灵活，近似程度更高。
所以，伴随着有限元理论以及计算机技术的发展，大有限元软件的应用证变得越来越普及。
ABAQUS软件一直以非线性有限元分析软件而闻名，这也是它和ANSYS，Nastran等软件的区别所在。
非线性有限元分析的用处越来越大，因为在所用材料非常复杂很多情况下，用线性分析来近似已不再有效。
比方说，一个复合材料就不能用传统的线性分析软件包进行分析。
任何与时间有关联，有较大位移量的情况都不能用线性分析法来处理。
多年前，虽然非线性分析能更适合、更准确的处理问题，但是由于当时计算设备的能力不够强大、非线性分析软件包线性分析功能不够健全，所以通常采用线性处理的方法。
这种情况已经得到了极大的改善，计算设备的能力变得更加强大、类似ABAQUS这样的产品功能日臻完善，应用日益广泛。
非线性有限元分析在各个制造行业得到了广泛应用,有不少大型用户。
航空航天业一直是非线性有限元分析的大客户，一个重要原因是大量使用复合材料。
新一代波音 787客机将全部采用复合材料。
只有像 ABAQUS这样的软件，才能分析包括多个子系统的产品耐久性能。
在汽车业，用线性有限元分析来做四轮耐久性分析不可能得到足够准确的结果.分析汽车的整体和各个子系统的性能要求(如悬挂系统等）需要进行非线性分析。
在土木工程业， ABAQUS能处理包括混凝土静动力开裂分析以及沥青混凝土方面的静动力分析，还能处理高度复杂非线性材料的损伤和断裂问题,这对于大型桥梁结构,高层建筑的结构分析非常有效。
瞬态、大变形、高级材料的碰撞问题必须用非线性有限元分析来计算。
线性分析在这种情况下是不适用的。
以往有一些专门的软件来分析碰撞问题,但现在ABAQUS在通用有限元软件包就能解决这些问题。
考虑损伤的混凝土用户材料子程序二次开发及验证
OpenSees 进行了对比分析，两个软件计算所得的柱顶
水平力-位移滞回曲线如图 9 所示。可以看出： 插入
法和等效截面法模拟钢筋所得的计算结果非常接近，
表明采用等效截面法模拟钢筋是可行的； 两个软件计
图 9 柱顶水平力-位移滞回曲线
2008 年汶川地震后，我国对《混凝土结构设计规 范》（ GB 50010—2010） ［6］（ 简称混凝土规范） 进行了 修订，给出了考虑损伤的混凝土本构关系。和传统的 基于数学拟合的本构关系不同的是，该本构关系引入 了损伤演化参数，其力学概念更为明晰。本文基于该 本构关系，利用 ABAQUS 软件提供的二次开发接口， 分别开发了相应的隐式及显式混凝土用户材料子程 序，并分别在材 料、构 件 和 结 构 层 次 上 对 其 计 算 精 度 进行了验证。
3． 2． 1 分析对象概况
已知一根钢筋混凝
土柱，柱 高 1． 6m，其 截
面尺寸及配筋如图 7（ c）
所示。分别考虑两种工
况进行分析： 1） 低周反
复荷 载 作 用，在 柱 顶 施
加 轴 向 力 N，水 平 方 向
上施加往复位移 d，如图
7（ a） 所示； 2） 地震作用，
在柱 顶 施 加 重 力 荷 载
示，加速度峰值调整为 200cm / s2 。柱采用 B31 单元进 行模拟，底端 固 支。混 凝 土 材 料 分 别 采 用 UMAT 及 VUMAT 子程序，钢筋采用等效截面法进行模拟，材料 参数与第 3． 2． 2 节相同。
当 ε ＞ εcu 时，参照 OpenSees［7］中的材料模型，假
设其维持残余应力不变，即：
σ = 0． 5fc
ADINA前后处理的二次开发及在地球动力学数值模拟的应用
（ ＮＡ ＡＤＩ Ｒ＆Ｄ， ０ ８ ；２ ０ ｂ ２ ０ ｃ 岳 戈 ，２ ０ ） 动力 非线 性 有 限元 分 析 ， Ｉ 除求 ２ ０ａ ０８ ； ０ ８ ； ０ ８为 ＡＤ ＮＡ 解线 性 问题 外 ， 还要 具备 分析线 性 问题 的强 大功 能 ， 括求 解结 构 以及 涉及 结构 场之 外 的多场 包
ｄ ｉ１ ． ９ ９ｊ ｉ ｎ １ ０ —２ ６ ２ １ ． ３ ０ ． ５ ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ３３ ４ ． ０ ２ ０ ／ ４ ０ ７ ｓ
Ａ ＮＡ 前 后 处 理 的 二 次 开 发 ＤＩ 及 在 地 球 动 力 学 数 值 模 拟 的 应 用
祝 爱 玉 张 东宁 李平 恩 韩 炜 黎 明
耦合 问题 。增 量法是 数值 求解 非线 性物 理 问题本 质 的方法 ， 对非 线性 物理 问题 ， 计算 解逼 近 真
解 的过程 是通 过控 制增 量逐 步实 现 的 ， 所谓 增量通 常 是载荷 增 量或 时间增 量 。 ＡＤ ＮＡ 以其 深厚 的理论 基础 和强 大功 能 ， Ｉ 被工 程 界 、 学 界 、 育等 众 多 用户 广 泛 应用 ； 科 教 而 ＡＤ ＮＡ 公 司成立 的 目标是 使 ＡＤ ＮＡ 商 业 有 限 元 解 软件 ， 注求 解 结 构 、 体 、 体 与结 Ｉ Ｉ 专 流 流
用开 发 的 ＡＤ ＮＡ 接 口软件 包 ， Ｉ 将其 直接 导 人 ＡＤ ＮＡ 软件 ， 义 合适 的边 界 条 件 和 加 载条 Ｉ 定 件 ， 行数值 模 拟实验 。 进
１ ＡＤＩ 前 处 理 二 次 开 发 —— 三 维 地球 动 力 学 模 型 建立 ＮＡ
图 １ 总 的流程 图 ， 中三维 地球 动力学 建模 为前处 理工 作流 程 。首 先 ， 为 其 收集各 类地 震地 质数 据 ， 括地形 数据 、 包 断层 数据 Ｍｏ ｏ面深度 数据 和地 震数 据 等 ， ｈ 采用 ＧＩ Ｄ或者 其 他 软件 生 成二 维 的非 结构 初始 网格 ， 采用 插值 等方法 将收 集 的地 震地 质数据 加入 模型 。然后 ， 行三 维 运 模型 的生 成程 序 ， 即可 得到 采用 三棱 柱单元 组成 的三 维地球 动力 学模 型 ， 三维模 型 能真实 反 此
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AUI输入参数
εx应变 εy应变 εz应变 εxy应变 εyz应变 εzx应变
C CTDD(98）=… c c C CTI(1)=young's modulus CTI(2)=poisson's ratio CTI(n) =…
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开发过程
在ADINA AUI界面中采用User-Supplied模式，并输入其中的参数，这些参 数与ADINA子程序中的变量一一对应，用于材料本构的计算； 常用参数如：
LGTH1 LGTH2
CTD（99） CTI（99）
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结构本构开发入口条件
已知参数
C ...................................................................... C . C . C . C . C . C . YM PR YOUNG'S MODULUS (INPUT) POISSON'S RATIO (INPUT) ADDITIONAL VARIABLES: . . . . . .
C c c c c
常用的其它参量
TIME = 当前时间 DT = 当前时间步长 TEMP1 = 当前温度
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结构本构开发出口条件
求解变量
STRESS(1)= σ xx STRESS(2)= σ yy STRESS(3)= σ zz STRESS(4)= σ xy STRESS(5)= σ xz STRESS(6)= σ yz
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3 CONTINUE C*I C * * *
执行第三段程序
I N S E R T U S E R - S U P P L I E D C O D I N G
ELASTIC CONSTITUTIVE MATRIX YM=CTI(1) PR = CTI(2) DO 315 I = 1,6 DO 315 J = 1,6 315 D(I,J) = 0.D0 CM = YM/(1. - 2.*PR) AE = (1. + PR)/YM CP = AE CP = 1./CP C11 = (CM + 2.*CP)/3. C12 = (CM - CP)/3. D(1,1) = C11 D(1,2) = C12 D(1,3) = C12 D(2,2) = C11 D(2,3) = C12 D(3,3) = C11 D(4,4) = 0.5*CP D(5,5) = D(4,4) D(6,6) = D(5,5) DO 320 I = 1,3 DO 320 J = I,3 320 D(J,I) = D(I,J) RETURN
例题：ห้องสมุดไป่ตู้弹性材料开发
C*I C*I K E Y = 2 INTEGRATION OF ELEMENT STRESSES ( CALCULATE STRESS(6) ) 2 CONTINUE C*I C C YM=CTI(1) PR=CTI(2) g2=YM/(1.0+PR) g=0.5*g2 C davg=(-STRAIN(1)-STRAIN(2)-STRAIN(3))*C1D3 p=-davg*YM/(1.0-2.0*PR) C STRESS(1)=p+g2*(STRAIN(1)+davg) STRESS(2)=p+g2*(STRAIN(2)+davg) STRESS(3)=p+g2*(STRAIN(3)+davg) STRESS(4)=g*STRAIN(4) STRESS(5)=g*STRAIN(5) STRESS(6)=g*STRAIN(6) C RETURN * * *
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例题：线弹性材料开发
同时采用ADINA提供的材料和用户自定义材料进行计算，结果应完全一致。
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ADINA用户开发特征的未来发展计划
ADINA系统环境开发，目前支持开发特征比较丰富，如：
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ADINA用户开发特征的未来发展计划
ADINA编译过程简单，不需生成.exe文件，只需生成动态链接库文件 ；同时，这大大方便了多TASK用户对开发特征的使用；
ADINA正在计划将常用的开发特征如材料本构的开发、单元特性开发、 施加载荷开发进行重新设计，只需要用户提供描述本构或单元的核心语 句即可，其它工作ADINA自动处理。届时，用户在ADINA基础上进行核心 部分的开发过程将更加简单、高效。
子程序说明： 传递的变量很多，完全满足绝大多数开发所需 常用变量：STRAIN（应变） STRESS（应力） TIME（当前时间） DT（当前时间步长） TMP1（当前温度）…
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例题：线弹性材料开发
C ...................................................................... C . C . C . ELEMENTS: Linear Elastic Model for 3-D SOLID ELEMENTS . . .
C IMPLICIT DOUBLE PRECISION ( A-H,O-Z ) DIMENSION IA(*),A(*) REAL A DIMENSION STRESS(6),STRAIN(6),DEPS(6),D(6,6),EPS(6) DIMENSION DEPST(6),THSTR1(6),THSTR2(6) DIMENSION PHIST(3,3),PRST(3),DPSP(6),TGRAD(3) DIMENSION ARRAY(*),IARRAY(*) DIMENSION CTD(98),CTDD(98),CTI(99),SCP(99) DIMENSION DP(6,6) DIMENSION RN(3,3) DIMENSION NODNUM(*),XYZ(3,*) DIMENSION DPJE1D(6),DPJE2D(6,6) DIMENSION STDEV(6),EDP(6),TOLER(2) DIMENSION EPR(6),DPLAST(6) SAVE AE,BK,XLMBDA,DFPL,EDP,EFST,EP,DCOEF DATA TOL1 / 1.E-2 / DATA C1D3 / .33333333333333D0 / DATA C2D3 / .66666666666666D0 / DATA XVUFL/ 1.D-300/ TOLER(1)=TOL1 TOLER(2)=XVUFL C
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开发过程
将用户自定义的本构代替*.f中的相关本构描述; ADINA提供两种本构示例Fortran文件，一类是0vl3*.f文件，用于2D模型单元 的本构；一类是0vl4*.f文件，用于2D模型单元的本构； 编辑Makefile.adusr文件，修改其中的参数： MAT2D_OBJ = ovl30u_pl1.obj （2D模型） MAT3D_OBJ = ovl40u_pl1.obj （3D模型） 编译过程： Cd D:\adina80\adina ...\DF98\bin\dfvars nmake /f makefile.asusr 则生成新的动态链接库文件，即adusr.dll。
执行第二段程序
I N S E R T U S E R - S U P P L I E D M A T E R I A L F O R C O D I N G 3 - D S O L I D E L E M E N T S E L A S T I C
L I N E A R
定义STRESS与STRAIN的关系
C ......................................................................
程序中的注释部分： 一般程序中主要使用的中间变量给予说明； 如上面说明YM在程序中代表弹性模型；PR代表波松比；
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例题：线弹性材料开发
历史变量
ARRAY(LGTH1) 提供多于60个可以输出的实数型历史变量，常 用于做如屈服应力、塑性应变、应力水平等数据的存 储； IARRAY（ LGTH2 ） 提供多个全局整型历史变量，往往用于程序控 制或其它用途；
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例题：线弹性材料开发
SUBROUTINE CUSER3 [DLLEXPORT] (IA,A,NG,NEL,IPT,IDEATH,STRESS, + 1 2 3 4 6 + C C ...................................................................... EPS,STRAIN,DEPS, DEPST,THSTR1,THSTR2,KTR,INTER,SCP,ARRAY,LGTH1, IARRAY,LGTH2,D,ALFA,CTD,ALFAA,CTDD,CTI, TMP1,TMP2,TIME,ETIMV,ETIMV2,DT,PHIST,PRST,RN, PHIST1,DPSP,TGRAD,INTEG,ISUBM,INDNL,DP,NELP, DPJE1D,DPJE2D,AKAPPA,PBAR,NNODE,NODNUM,XYZ, IIN,IOUT,KEY)
变量声明： 采用ADINA开发实例中的变量声明即可。
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例题：线弹性材料开发
C GO TO (1,2,3,4), KEY C*I C*I C*I C*I C*I C*I C*I 1 CONTINUE C*I DO 11 I = 1,LGTH1 11 ARRAY(I) = 0.0 DO 12 I = 1,LGTH2 12 IARRAY(I) = 0 C RETURN 亚得科技－ADINA中国 初始化两个数组，用于存放历 史变量（ADINA在后处理时像位 移、应力等变量显示这些数值 ），LGTH1和LGTH2是在AUI中输 入的整数，有缺省值。 执行第一段程序 INITIALIZE COMPONENTS OF REAL AND INTEGER WORKING ARRAYS ( INITIALIZE ARRAY(60) AND IARRAY(2) ) K E Y = 1 将整个程序分为四段