《基于ABAQUS的有限元子程序开发及应用》- 正版书

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《基于ABAQUS的有限元子程序开发及应用》

一、内容简介：

本书系统介绍了基于ABAQUS的有限元用户子程序开发和应用，可为有需要的科研人员和工程技术人员提供快速掌握较复杂有限元程序开发和仿真分析的实用工具和资料。全书分为两部分，分别是基于 ABAQUS的用户子程序基础、有限元子程序开发进阶。第一部分（第1~8章）介绍了有限元子程序开发的基本过程、Fortran的基本语法和常用到的用户子程序的接口及应用案例；第二部分（第9~14章）介绍了较为复杂的大型有限元子程序开发的方法和子程序开发中的一些高级功能，并且涵盖有目前计算断裂力学、多孔介质材料、冲击动力学的学术研究前沿。此外，书中提供了大量有限元算例、模型和子程序代码的源文件，可供读者学习和进一步开发、改进。本书适用于有限元计算软件的中高级用户和科研工作者，以及相关专业的高年级本科生、研究生。

二、课程目录：

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第一部分 基于ABAQUS的有限元子程序基础
第1章 ABAQUS用户子程序概览 003
1.1 Abaqus/Standard中的用户子程序 003
1.2 开始使用ABAQUS用户子程序 004
1.2.1 ABAQUS用户子程序的配置方法 004
1.2.2 在模型中使用ABAQUS用户子程序 005
1.2.3 在一个模型中使用多个用户子程序 00
1.2.4 编译和链接用户子程序 006
1.2.5 在子程序里输出结果文件 00
1.3 编程技巧和一些好的编程习惯 008
1.4 解依赖的状态变量 009
1.5 用户子程序的调试方法 011
1.5.1 通过交互界面调试子程序 01
1.5.2 通过输出变量值调试子程序 01
1.6 用户子程序的C/C＋＋语言接口 014
第2章 Fortran语言的基本语法 016
2.1 一个简单的Fortran语言程序 016
2.2 Fortran语言的基础知识 017
2.2.1 基本字符集 01
2.2.2 标识符 0
2.2.3 关键字 01
2 .3 数据类型和运算符 018
2.3.1 基本的数据类型 01
2.3.2 运算符 02
2.3.3 运算符的优先级 02
2.4 条件语句和循环语句 02
2.4.1 条件语句 02
2.4.2 循环语句 02
2.5 向量和矩阵乘法函数 032
2.5.1 向量点积运算实例 03
2.5.2 矩阵乘法运算实例 03
2.6 文件的操作 034
2.6.1 打开和关闭文件 03
2.6.2 读取和写入文件 03
第3章 用户子程序DFLUX及其应用 038
3.1 用户子程序DFLUX简介 038
3.2 用用户子程序DFLUX求解热传导问题 039
3.2.1 热传导问题描述 03
3.2.2 复杂边界下热传导问题的解析解 03
3.2.3 用户子程序DFLUX实现复杂热传导边界 039
3.3 用用户子程序DFLUX求解质量扩散问题 042
3.3.1 质量扩散问题描述 04
3.3.2 复杂边界下质量扩散问题的解析解 04
3.3.3 用户子程序DFLUX实现复杂的质量扩散边界 043
第4章 用户载荷子程序(V)DLOAD和UTRACLOAD 045
4.1 用户载荷子程序概述 045
4.2 用户载荷子程序DLOAD的接口及应用 047
4.2.1 用户载荷子程序DLOAD的接口 047
4.2.2 黏弹性火箭筒的响应 04
4.2.3 非对称压力载荷的实现 05
4.3 用户载荷子程序VDLOAD的接口及应用 053
4.3.1 用户载荷子程序VDLOAD的接口 05
4.3.2 黏弹性火箭筒的显式分析 05
4.4 用户载荷子程序 UTRACLOAD的接口及应用 056
4.4.1 用户载荷子程序 UTRACLOAD的接口 056
4.4.2 悬臂梁在复杂载荷下的弯曲 0
第5章 用户材料子程序UMAT和VUMAT 061
5.1 用户材料子程序概述 061
5.1.1 编写 UMAT或VUMAT的步骤 061
5.1.2 编写 UMAT或VUMAT的注意事项 061
5.1.3 用户材料子程序 UMAT和 VUMAT的接口 062
5.1.4 UMAT和VUMAT中的一些惯例 066
5.1.5 时间积分方法 06
5.1.6 计算一致雅可比矩阵 06
5.1.7 超弹性本构方程 (Hyperelastic) 068
5.2 UMAT和 VUMAT中的客观率 068
5.2.1 有限剪切问题的理论解 0
5.2.2 用 UMAT实现Jaumann率 070
5.2.3 用VUMAT实现GreenＧNaghdi率 073
5.2.4 用 UMAT实现GreenＧNaghdi率 07
5.2.5 用VUMAT实现Jaumann率 081
5.2.6 关于客观率的一些讨论 08
5.3 典型弹性材料的 UMAT和VUMAT实现 083
5.3.1 各向同性等温弹性材料 08
5.3.2 非等温弹性材料 08
5.3.3 Neo-Hookean超弹性材料 08
5.4 混合硬化塑性材料的 UMAT和 VUMAT实现 097
5.4.1 混合硬化塑性材料的本构方程 09
5.4.2 混合硬化塑性材料的用户材料子程序 UMAT 099
5.4.3 混合硬化塑性材料的用户材料子程序VUMAT 103
5.5 蠕变材料模型的VUMAT实现 107
5.5.1 蠕变材料模型概述 10
5.5.2 Abaqus/Explicit中实现 “时间硬化”蠕变本构 108
5.5.3 模型验证 11
第6章 重定义场变量子程序USDFLD和VUSDFLD 115
6.1 用户子程序 USDFLD和 VUSDFLD概述 115
6.2 实用子程序GETVRM 和 VGETVRM 118
6.2.1 GETVRM 的使用方法 118
6.2.2 VGETVRM 的使用方法 119
6.3 用户子程序 USDFLD的接口及应用 120
6.3.1 用户子程序 USDFLD的接口 120
6.3.2 USDFLD模拟复合材料层合板的失效 121
6.4 用户子程序VUSDFLD的接口及应用 127
6.4.1 用户子程序VUSDFLD的接口 127
6.4.2 VUSDFLD模拟复合材料层合板的失效 129
第7章 用户单元子程序UEL和VUEL 133
7.1 ABAQUS用户单元子程序概述 133
7.2 用户单元子程序 UEL和 UELMAT 134
7.2.1 用户单元子程序 UEL的接口 134
7.2.2 用户单元子程序 UELMAT的接口 135
7.3 用户单元子程序VUEL 136
7.4 平面梁单元用户单元子程序 UEL实例 138
7.4.1 分析目标 13
7.4.2 单元积分公式 13
7.5 平面应变单元的用户子程序 UELMAT实例 145
7.5.1 单元描述和程序实现 14
7.5.2 弹塑性带孔板的单轴拉伸 15
7.6 三维桁架单元的用户单元子程序VUEL实例 155
7.6.1 三维大变形桁架单元的基本理论 15
7.6.2 有限元子程序实现 15
7.6.3 单元测试 15
第8章 其他常用的用户子程序 161
8.1 用户子程序FILM 161
8.1.1 用户子程序FILM 简介 161
8.1.2 用户子程序FILM 的接口 161
8.1.3 用户子程序FILM 的使用方法 162
8.1.4 平面翅片表面的辐射分析实例 16
8.2 地质力学相关的用户子程序 166
8.2.1 石油工程中的水力压裂问题描述 16
8.2.2 基于Cohesive的水力压裂有限元模型 16
8.2.3 复杂地质条件和加载的子程序实现 17
8.2.4 计算结果和讨论 17
第二部分 有限元子程序开发进阶
第9章 多孔介质Biot本构模型的子程序实现
9.1 Biot本构模型简介
9.1.1 以压力p 为参数的本构方程
9.1.2 平面应变下的Biot本构方程
9.2 Biot本构模型在ABAQUS中的实现
9.2.1 压力在 UMAT中的处理
9.2.2 应力更新的方式
9.2.3 UMAT程序流程和应力更新
9.2.4 联合使用用户子程序 UMAT和 UMATHT
9.3 圆柱形井眼问题的应用
9.3.1 圆柱形井眼问题的解析解
9.3.2 用圆柱形井眼问题验证Biot本构模型子程序
第10章 热弹性相场法求解耦合断裂问题
10.1 热力耦合相场法的理论框架
10.1.1 热弹脆性断裂问题的变分格式
10.1.2 弥散裂纹的相场描述
10.1.3 率依赖的相场演化方程
10.1.4 三种不同的能量分解模型
10.2 数值实现方法
10.2.1 空间离散 Galerkin 格式
10.2.2 时间离散格式
10.2.3 Abaqus/Explicit 中的有限元实现
10.3 单元测试和验证
10.3.1 单轴拉伸测试
10.3.2 拉压循环测试
10.4 陶瓷板热冲击实验中的应用
第11章 爆炸载荷下夹层板的动态响应和失效
11.1 问题描述及有限元建模
11.1.1 有限元模型
11.1.2 边界条件和初始条件
11.2 VDLOAD 子程序实现爆炸冲击波加载
11.2.1 爆炸冲击波的 CONWEP 算法及简化
11.2.2 采用 VDLOAD 子程序计算爆炸冲击波压力
11.3 VUHARD 子程序实现应变率硬化材料模型
11.3.1 VUHARD 用户子程序接口
11.3.2 非典型应变率硬化材料模型的子程序实现
11.4 计算结果和讨论
11.4.1 结构变形和蜂窝屈曲
11.4.2 能量分析
第12章 有限元子程序实现逻辑运算
12.1 Abaqus 中的逻辑运算概述
12.2 建立一个逻辑运算模型
12.2.1 传感器
12.2.2 激励器
12.2.3 用户子程序的控制
12.3 UAMP 实现深压成型中力的控制
12.4 VUAMP 实现倒立摆的控制
12.4.1 问题描述
12.4.2 定义传感器
12.4.3 定义激励器
12.4.4 定义控制系统
12.4.5 倒立摆控制的仿真结果
第13章 用 C＋＋ 语言编写用户子程序
13.1 C＋＋ 语言用户子程序概述
13.2 C＋＋ 子程序与 Fortran 子程序的区别
13.3 C＋＋ 中调用外部库的方法
13.4 C＋＋ 中调用 Utility 子程序的方法
13.5 UMAT 子程序的 C＋＋ 实现
第14 章 用户子程序高级功能
14.1 用户子程序的并行计算
14.1.4 基于线程的并行计算
14.1.2 基于 MPI 的并行计算
14.2 用户子程序的优化
14.2.1 VTune 性能分析工具概述
14.2.2 VTune 分析和优化子程序 参考文献
附录 A Abaqus 用户子程序目录
A.１ Abaqus/Standard 用户子程序
A.２ Abaqus/Explicit 用户子程序
A.３ Abaqus 实用子程序
附录 B 常用的Fortran ９０ 内部函数
B.１ 常用数值计算函数和类型转换函数
B.２ 其他常用函数

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