浅谈ABAQUS用户子程序
李青 清华大学工程力学系
摘要 本文首先概要介绍了ABAQUS的用户子程序和应用程序，然后从参数，功能两方面详细论述了DLOAD, UEXTERNALDB, URDFIL三个用户子程序和GETENVVAR，POSFIL，DBFILE三个应用程序，并详细介绍了ABAQUS的结果文件（.FIL）存储格式。
关键字 ABAQUS，用户子程序，应用程序，结果文件
一、前言：
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。
二．在ABAQUS中使用用户子程序
ABAQUS的用户子程序是根据ABAQUS提供的相应接口，按照FORTRAN语法用户自己编写的代码。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；另外是在ABABQUS COMMAND用运行，语法如下：
ABAQUS JOB=[JOB] USER¡[.FOR]¡C
用户在编写用户子程序时，要注意以下几点：
1．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
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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K开头，以免和ABAQUS内部程序冲突。
2．当用户在用户子程序中利用OPEN打开外部文件时，要注意以下两点：一是设备号的选择是有限制的，只能取15－18和大于100的设备号，其余的都已被ABAQUS占用。二是用户需提供外部文件的绝对路径而不是相对路径。
3．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，用户所关心的主要有两方面：一是ABAQUS提供的用户子程序的接口参数。有些参数是ABAQUS传到用户子程序中的，例如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。
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： 一．SUBROUTINE
DLOAD(F,KSTEP,KINC,TIME,NOEL,NPT,LAYER,KSPT,COORDS, JLTYP,SNAME) 参数：
1． F为用户定义的是每个积分点所作用的荷载的大小；
2． KSTEP,KINC为ABAQUS传到用户子程序当前的STEP和INCREMENT值； 3． TIME(1),TIME(2)为当前STEP TIME和INCREMENT TIME的值； 4． NOEL,NPT为积分点所在单元的编号和积分点的编号； 5． COORDS为当前积分点的坐标；
6． 除F外，所有参数的值都是ABAQUS传到用户子程序中的。
功能：
1． 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。
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2． 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。
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
二． 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了＝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。
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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。
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 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：
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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*EL FILE或着*EL NODE。有些数据是ABAQUS自动写道结果文件中的，如ABAQUS的版本号，节点编号和节点坐标；有些是用户用*EL FILE或着*EL NODE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
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（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:\\TEMP\\F3.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
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