Abaqus用户子程序DLOAD与Fortran子程序介绍

    hello, 小伙伴们大家好。前些天看到粉丝的留言说等我出子程序的教程，那么今天就写一期关于子程序的教学。也确实没写过关于子程序的教程，是该写点了（其实是想满足粉丝的需求，咳咳）。

    我们今天的任务有两个，一个是解释一下，什么是fortran的子程序，一个是解释一个abaqus的DLOAD子程序。

1 什么是fortran子程序

    大家可能觉得我说这个是废话，因为能阅读到这篇专栏的人，都是写过abaqus用户子程序的做过二次开发的程序大佬，难道还不知道什么是fortran子程序吗？你说这玩意不是班门弄斧吗。其实不然，也不见得全都是废话。大家且听我细细道来。（一个人自言自语ing，快快乐乐 ^_^）

    首先，相必大家都知道什么是子程序什么是函数了，这两个在任何程序语言中，都是负责实验某一功能的程序块。而子程序与函数之间的区别在于，一般用函数只是为了获取一个返回值，而不改变其他变量。子程序不同，子程序可以没有返回值，它是操作调用的参数和全局变量，可以理解为数据进子程序之后，加个工，然后返回主程序。。。我在说什么，一脸懵逼。。把我自己都绕晕了。讲个例子解释一下吧，我喜欢例子

1.1 子程序小例子

    我这里写了一个相加的subroutine add(形参)，形式参数大家应该都明白吧，就相当于只是个变量的名字，主程序的实际参数(实参)是带值的变量。

子程序

那么它有那些特点，我这里列一下：

1 它的形参在子程序里是可以不用申明变量类型的，而其他变量，一定一定一定要申明变量类型，申明类型是一定不会出错的，这是个好习惯，fortran与python不同，这个特点不要忘了，像我，写子程序就容易忘记申明变量类型，然后找错找到裂开，你们千万不能学我。

2 子程序的形参，有些是传入进来供你操作的，有些是储存计算后的数据，然后返回主程序做操作的。这一点有点像函数的返回值，但是必返回值更加精简，容易操作具有多个返回值的对象。

1.2 Abaqus子程序框架

    我说完了，是不是大家觉我说的还是废话，说的都是你们知道的内容。好，那我再带你看个例子。

    这是abaqus中号称子程序的天花板的程序UMAT。我相信如果大家初次看到这个的时候，肯定是一脸懵逼的，这是什么鬼玩意。。。我是谁？我在哪？我要干什么？？？

    我的重点是，我想说的是，你别忘了，即便它是天花板的子程序，它依然是个子程序，依然有着子程序的框架和特点。

    它有着形参，变量声明，和变量处理。大家懵逼的是，看到了这么多变量，一个都不知道是什么意思，便无从下手，甚至忘记了它的构架。所以，在你写子程序的时候，一定牢记，它没有什么大不了，它只是个子程序而已。你要清楚，子程序的框架。你要做的是如下：

（1）牢记子程序的构架;

（2）形参的每一个变量是什么意思，在abaqus子程序里，每个形参都是有意义的，你得弄清楚它表示什么意思;

（3）最最重要的是，时刻牢记，你要对哪些变量做处理，而导入进来的形参就是最重要的数据，你要选择你需要的数据，做处理，然后赋值给对应的变量。

（4）一定要忍受我说了一大堆话。哈哈

2 DLOAD

    如果你看完了我上面说的许多话，那么，下面的内容就很清楚了。首先，我们打开abaqus帮助文档。在reference找到Usersubroutine一栏

    进去找到DLOAD。找到之后，下滑找到User subroutine interface。

    把代码复制到VS2019里。

    这就是我们的DLOAD接口了。相信大家已经很清楚它的构架了。形参，变量声明与变量赋值。

    我们在这里首先要搞清楚，我们要操作的变量是什么，abaqus已经非常明显的跟你说了，user coding to define F（使用者代码来定义F），（咳咳，一看我这翻译就非常的地道，看得出来哈，英语的基本功非常的扎实） ，F是什么意思，在帮助文档里也写的非常清楚了，只不过是英文的，需要大家有这像我一样非常扎实的英语基本功才行。哈哈

    F的单位是 力/长度**2或者力/长度**3，这个很明显是压强单位。结合前处理的DLOAD调用界面可以看出，F其实就是Presseure的大小。

    知道了要定义的变量是什么之后，牢记牢记牢记，时时刻刻想着它，把它当成过马路时的女朋友的手，紧紧抓牢着。千万别忘记了。（像我家的傻狍子一样过马路非常怕死的，手可以稍微松一松）

    好了，现在需要了解剩下的形参表示什么意思了。（F也是其中的形参）贴心的abaqus当然也解释清楚了，你所想了解的任何操作，其实abaqus都已经写出来了，只是需要大家多阅读和实战，不要让语言成为你阻拦你前进的拦路大山，它只是一个工具语言，是让你站的更高的工具。其实没有多少单词，突破自己的心里障碍，阅读它，它会是你学习abaqus，子程序，脚本最好的教程，没有之一。哎哎哎，记得还有我的文章哈，我也是你们学习路上的助力，咱们不能过河拆桥啊，别忘了我，😭😭。

    严肃点，严肃点，好啦，言归正传。这就是帮助文档对于形参的解释

    贴心的我，今天给大家翻译了一下：

（1） F

    F值是需要用户自定义的变量。

（2）KSTEP

    分析步编号，表示第几个分析步

（3）KINC

    增量步编号

（4）TIME

    时间。TIME是个长度为2的一维数组，其中TIME(1)表示当前分析步的时间，TIME(2)表示总时间

（5）NOEL

    单元编号

（6）NPT

    载荷积分点编号

（7）LAYER

    层数。用到的好像很少。。。

（8）KSPT

    当前层界面点编号，

（9）COORDS

    积分点的坐标，一维数组，3个元素，COORDS(1)、COORDS(2)、COORDS(3)分别代表积分点的x、y、z三个坐标值，这个用到的会多一点。

（10）JLTYP

    载荷类型。

（11）SNAME

    加载面的名字

    

    好啦，大家要记得，我们要定义的变量只有F值，其他的形参，只是作为数据给我们使用的，一定要牢记。有时候写着写着就忘记了，逻辑容易乱。所以，剩下的形参，取对你有用的即可，没用的忽略。

    比如我们今天想做一个例子，这个例子我来描述一下：模拟小汽车行驶路面的过程。地面模型是400*80*5mm，假设轮胎压在地面的大小为15*5mm，左右距离40mm，前后距离45mm。别问我为什么车这么短啊，其实我是想用玩具小汽车压一压。

    由于轮胎的压在地面的位置跟两个变量有关，一个是位置，一个是时间，所以，我们的形参只需要用到TIME和COORDS。其他的形参用不到，就不用管了。那，开始写吧：

3 代码步骤

    好，大家再写代码的时候，一定要从简单到复杂。每做一步，测试一下，确保你的简单代码没问题之后，才可以继续往下写。

    上图可以看出，我们的车轨是沿着两道轨迹运动的，尺寸我已经标注了，大家看完之后可以自己尝试尝试。

    现在我们测试一个简单的，模型的的空间如下图，载荷加在上表面。

（1）怎么让载荷只加载在车轨的范围内，这就需要对坐标进行限制了，如果积分点的坐标在某个范围内，给F赋值，其他所有F值为0，就可以实现了。大家应该懂我意思吧。比如我们这个模型，x方向的坐标应该在（17.5，23.5）或者（57.5，62.5）

coords(1)就表示积分点的x坐标，如果这个值在上面的区间范围，说明这个积分点就在车轨范围内，那么给值，其余为0，这段判断语句就是实现这个功能。写完之后，记得在vs里调试一下，检查一下语法错误。

    大家在建Job的时候，记得选上你的子程序文件。

   计算一下，很快。大家可以看到，确实是这两个区域有压力。表明我们的程序没有写错，对吗？

（2）当限制了x之后，现在就要开始限制z值了，而z值的范围与时间相关。由于是静力学分析步，时间为1s，跑完400mm，需要的速度400mm/s。假设，现在只考虑两个轮子的情况，在程序的实现代码为：

计算的结果如下：程序没问题。

（3）接下来就是最后一步，把后两个轮子的压力加上去，其实，也就是多了个范围而已，z坐标除了在区间（move-15,move）之外，在（move-60,move-15）也是满足条件的，因为前后轮子相差45。所以，只需要在子程序中加一句即可。

    最终结果演示，用DLOAD做完的结果如下图所示：

4 总结

    每篇一小结

（1）大家的脑海里，一定要有子程序的构架；

（2）要时刻记住，待定义的变量是什么；

（3）要理解每个形参的意义，选择自己需要的数据；

    好啦，今天的子程序讲完啦，我们下期再见。88（有写的不清楚的地方，记得跟我说一下）

荆轲刺秦王