在Abaqus有限元分析中，初始塑性應(yīng)變場(chǎng)的引入對(duì)于模擬結(jié)構(gòu)在服役前已存在的塑性變形狀態(tài)至關(guān)重要，例如經(jīng)過(guò)冷加工、焊接或前期加載歷史的構(gòu)件。Abaqus提供的HARDINI子程序，正是實(shí)現(xiàn)這一功能的關(guān)鍵工具。本文將詳細(xì)介紹如何利用HARDINI子程序在分析中引入初始塑性應(yīng)變場(chǎng)，為精準(zhǔn)模擬結(jié)構(gòu)力學(xué)行為提供支持。

認(rèn)識(shí)HARDINI子程序的功能與適用場(chǎng)景

HARDINI子程序是Abaqus中用于定義材料初始硬化狀態(tài)的用戶(hù)自定義子程序，其核心作用之一便是引入初始塑性應(yīng)變場(chǎng)。在實(shí)際工程中，許多結(jié)構(gòu)并非從完全彈性的初始狀態(tài)開(kāi)始服役，例如金屬構(gòu)件在軋制過(guò)程中產(chǎn)生的殘余塑性變形，或機(jī)械零件在裝配預(yù)緊力作用下形成的局部塑性應(yīng)變，這些初始狀態(tài)會(huì)直接影響結(jié)構(gòu)后續(xù)的力學(xué)響應(yīng)。

當(dāng)常規(guī)的材料屬性設(shè)置無(wú)法滿(mǎn)足初始塑性應(yīng)變場(chǎng)的定義需求時(shí)，HARDINI子程序成為必要選擇。它允許用戶(hù)根據(jù)構(gòu)件的實(shí)際變形歷史，通過(guò)編程方式為不同單元或積分點(diǎn)賦予特定的初始塑性應(yīng)變值，從而實(shí)現(xiàn)更貼合工程實(shí)際的仿真分析。

使用HARDINI子程序的前期準(zhǔn)備

在調(diào)用HARDINI子程序前，需完成幾項(xiàng)關(guān)鍵準(zhǔn)備工作，以確保子程序能夠正確運(yùn)行并與Abaqus主程序協(xié)同工作。

首先，需明確初始塑性應(yīng)變場(chǎng)的分布規(guī)律。這通常需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、理論計(jì)算或前期仿真結(jié)果，確定不同位置的初始塑性應(yīng)變大小和方向。例如，對(duì)于焊接構(gòu)件，焊縫附近的初始塑性應(yīng)變可能顯著高于其他區(qū)域，需通過(guò)分段函數(shù)或離散點(diǎn)插值的方式進(jìn)行描述。

其次，需搭建Abaqus的子程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。用戶(hù)需安裝Fortran編譯器（如IntelFortran），并確保其與Abaqus版本兼容。在Windows系統(tǒng)中，可通過(guò)配置環(huán)境變量使Abaqus能夠識(shí)別編譯器路徑；在Linux系統(tǒng)中，則需通過(guò)終端命令設(shè)置編譯參數(shù)，確保子程序能夠被正確編譯和鏈接。

最后，需在Abaqus模型中完成基本的建模工作，包括幾何模型創(chuàng)建、網(wǎng)格劃分、單元類(lèi)型選擇（需注意單元是否支持塑性分析）以及材料屬性的初步定義（如彈性模量、泊松比等基礎(chǔ)參數(shù)）。

HARDINI子程序的結(jié)構(gòu)與核心參數(shù)解析

HARDINI子程序的結(jié)構(gòu)遵循Abaqus用戶(hù)子程序的規(guī)范，其核心功能通過(guò)特定變量的賦值實(shí)現(xiàn)。以下為子程序的基本框架及關(guān)鍵參數(shù)說(shuō)明：

lEPSP(6)：該數(shù)組用于存儲(chǔ)初始塑性應(yīng)變張量，對(duì)于三維問(wèn)題，數(shù)組元素分別對(duì)應(yīng)ε11、ε22、ε33、ε12、ε13、ε23；對(duì)于二維問(wèn)題，需根據(jù)單元類(lèi)型確定平面內(nèi)或平面外的應(yīng)變分量。

lCOORDS：包含當(dāng)前積分點(diǎn)的坐標(biāo)信息，用戶(hù)可根據(jù)坐標(biāo)判斷積分點(diǎn)位置，進(jìn)而賦予不同的初始塑性應(yīng)變值（如通過(guò)if-else語(yǔ)句或插值函數(shù)實(shí)現(xiàn)區(qū)域差異化定義）。

lPROPS：存儲(chǔ)材料屬性參數(shù)，若初始塑性應(yīng)變與材料本身的力學(xué)性能相關(guān)（如不同批次材料的初始應(yīng)變差異），可通過(guò)該數(shù)組調(diào)用相關(guān)參數(shù)。

編寫(xiě)與調(diào)用HARDINI子程序的步驟

步驟1：編寫(xiě)子程序代碼

根據(jù)初始塑性應(yīng)變場(chǎng)的分布規(guī)律，在子程序的用戶(hù)自定義區(qū)域編寫(xiě)賦值邏輯。例如，對(duì)于一個(gè)沿x軸方向塑性應(yīng)變線(xiàn)性遞增的構(gòu)件，可通過(guò)以下代碼實(shí)現(xiàn)：

若初始塑性應(yīng)變場(chǎng)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或前期仿真結(jié)果離散點(diǎn)給出，可采用線(xiàn)性插值、樣條插值等方法，根據(jù)積分點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算對(duì)應(yīng)位置的應(yīng)變值，確保分布的連續(xù)性。

步驟2：編譯子程序

將編寫(xiě)好的HARDINI.f文件（Fortran代碼文件）與Abaqus進(jìn)行關(guān)聯(lián)編譯。在命令行中輸入以下指令：

若編譯成功，將生成對(duì)應(yīng)的目標(biāo)文件；若出現(xiàn)錯(cuò)誤，需根據(jù)編譯器提示檢查代碼語(yǔ)法（如變量聲明、數(shù)組維度匹配等）。

步驟3：在A(yíng)baqus模型中調(diào)用子程序

在Abaqus/CAE的分析步設(shè)置中，開(kāi)啟用戶(hù)子程序調(diào)用選項(xiàng)。具體路徑為：Step模塊→EditStep→General→Usersubroutine，勾選“HARDINI”選項(xiàng)，確保分析過(guò)程中Abaqus能夠識(shí)別并調(diào)用該子程序。

同時(shí)，需在材料屬性定義中確認(rèn)已設(shè)置與塑性分析相關(guān)的基礎(chǔ)參數(shù)（如屈服準(zhǔn)則、硬化模型等），避免因材料模型不完整導(dǎo)致子程序運(yùn)行失敗。

步驟4：提交分析并查看結(jié)果

完成模型設(shè)置后，通過(guò)命令行提交分析：

分析完成后，在Abaqus/Viewer中查看初始塑性應(yīng)變場(chǎng)的分布結(jié)果，可通過(guò)FieldOutput→PlasticStrain查看EPSP相關(guān)分量，驗(yàn)證其是否與預(yù)期的分布規(guī)律一致。

注意事項(xiàng)與結(jié)果驗(yàn)證

單元類(lèi)型兼容性：并非所有單元類(lèi)型都支持HARDINI子程序定義的初始塑性應(yīng)變，需選擇支持塑性分析的單元（如C3D8R、CPE4R等），并在單元文檔中確認(rèn)其對(duì)初始塑性應(yīng)變的支持性。

坐標(biāo)系統(tǒng)一致性：子程序中COORDS變量的坐標(biāo)系統(tǒng)需與模型的整體坐標(biāo)系統(tǒng)保持一致，避免因坐標(biāo)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤導(dǎo)致應(yīng)變方向定義偏差。

結(jié)果驗(yàn)證方法：除直接查看初始塑性應(yīng)變場(chǎng)外，可通過(guò)施加小載荷進(jìn)行驗(yàn)證分析，觀(guān)察結(jié)構(gòu)的應(yīng)力響應(yīng)是否與初始塑性應(yīng)變的分布規(guī)律相符（如初始塑性應(yīng)變較大的區(qū)域是否更早進(jìn)入屈服狀態(tài)）。

數(shù)值穩(wěn)定性：若初始塑性應(yīng)變值過(guò)大，可能導(dǎo)致分析初期出現(xiàn)數(shù)值震蕩，此時(shí)需調(diào)整初始應(yīng)變的梯度變化，或采用分步加載的方式提高計(jì)算穩(wěn)定性。

利用HARDINI子程序引入初始塑性應(yīng)變場(chǎng)，是Abaqus中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜初始狀態(tài)模擬的重要手段。通過(guò)明確初始應(yīng)變分布規(guī)律、掌握子程序結(jié)構(gòu)與參數(shù)賦值邏輯、嚴(yán)格遵循編寫(xiě)-編譯-調(diào)用流程，用戶(hù)可精準(zhǔn)定義結(jié)構(gòu)的初始塑性狀態(tài)，為后續(xù)的強(qiáng)度分析、疲勞壽命預(yù)測(cè)等提供更貼合實(shí)際的仿真基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用中，需結(jié)合具體工程問(wèn)題優(yōu)化子程序代碼，并通過(guò)多維度驗(yàn)證確保結(jié)果的可靠性，從而充分發(fā)揮Abaqus在復(fù)雜結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中的優(yōu)勢(shì)。