在abaqus有限元分析中，初始塑性应变场的引入对于模拟结构在服役前已存在的塑性变形状态至关重要，例如经过冷加工、焊接或前期加载历史的构件。abaqus提供的hardini子程序，正是实现这一功能的关键工具。本文将详细介绍如何利用hardini子程序在分析中引入初始塑性应变场，为精准模拟结构力学行为提供支持。
认识hardini子程序的功能与适用场景
hardini子程序是abaqus中用于定义材料初始硬化状态的用户自定义子程序，其核心作用之一便是引入初始塑性应变场。在实际工程中，许多结构并非从完全弹性的初始状态开始服役，例如金属构件在轧制过程中产生的残余塑性变形，或机械零件在装配预紧力作用下形成的局部塑性应变，这些初始状态会直接影响结构后续的力学响应。
当常规的材料属性设置无法满足初始塑性应变场的定义需求时，hardini子程序成为必要选择。它允许用户根据构件的实际变形历史，通过编程方式为不同单元或积分点赋予特定的初始塑性应变值，从而实现更贴合工程实际的仿真分析。
使用hardini子程序的前期准备
在调用hardini子程序前，需完成几项关键准备工作，以确保子程序能够正确运行并与abaqus主程序协同工作。
首先，需明确初始塑性应变场的分布规律。这通常需要结合实验数据、理论计算或前期仿真结果，确定不同位置的初始塑性应变大小和方向。例如，对于焊接构件，焊缝附近的初始塑性应变可能显著高于其他区域，需通过分段函数或离散点插值的方式进行描述。
其次，需搭建abaqus的子程序开发环境。用户需安装fortran编译器（如intelfortran），并确保其与abaqus版本兼容。在windows系统中，可通过配置环境变量使abaqus能够识别编译器路径；在linux系统中，则需通过终端命令设置编译参数，确保子程序能够被正确编译和链接。
最后，需在abaqus模型中完成基本的建模工作，包括几何模型创建、网格划分、单元类型选择（需注意单元是否支持塑性分析）以及材料属性的初步定义（如弹性模量、泊松比等基础参数）。
hardini子程序的结构与核心参数解析
hardini子程序的结构遵循abaqus用户子程序的规范，其核心功能通过特定变量的赋值实现。以下为子程序的基本框架及关键参数说明：
lepsp(6)：该数组用于存储初始塑性应变张量，对于三维问题，数组元素分别对应ε11、ε22、ε33、ε12、ε13、ε23；对于二维问题，需根据单元类型确定平面内或平面外的应变分量。
lcoords：包含当前积分点的坐标信息，用户可根据坐标判断积分点位置，进而赋予不同的初始塑性应变值（如通过if-else语句或插值函数实现区域差异化定义）。
lprops：存储材料属性参数，若初始塑性应变与材料本身的力学性能相关（如不同批次材料的初始应变差异），可通过该数组调用相关参数。
编写与调用hardini子程序的步骤
步骤1：编写子程序代码
根据初始塑性应变场的分布规律，在子程序的用户自定义区域编写赋值逻辑。例如，对于一个沿x轴方向塑性应变线性递增的构件，可通过以下代码实现：
若初始塑性应变场由实验数据或前期仿真结果离散点给出，可采用线性插值、样条插值等方法，根据积分点坐标计算对应位置的应变值，确保分布的连续性。
步骤2：编译子程序
将编写好的hardini.f文件（fortran代码文件）与abaqus进行关联编译。在命令行中输入以下指令：
若编译成功，将生成对应的目标文件；若出现错误，需根据编译器提示检查代码语法（如变量声明、数组维度匹配等）。
步骤3：在abaqus模型中调用子程序
在abaqus/cae的分析步设置中，开启用户子程序调用选项。具体路径为：step模块→editstep→general→usersubroutine，勾选“hardini”选项，确保分析过程中abaqus能够识别并调用该子程序。
同时，需在材料属性定义中确认已设置与塑性分析相关的基础参数（如屈服准则、硬化模型等），避免因材料模型不完整导致子程序运行失败。
步骤4：提交分析并查看结果
完成模型设置后，通过命令行提交分析：
分析完成后，在abaqus/viewer中查看初始塑性应变场的分布结果，可通过fieldoutput→plasticstrain查看epsp相关分量，验证其是否与预期的分布规律一致。
注意事项与结果验证
单元类型兼容性：并非所有单元类型都支持hardini子程序定义的初始塑性应变，需选择支持塑性分析的单元（如c3d8r、cpe4r等），并在单元文档中确认其对初始塑性应变的支持性。
坐标系统一致性：子程序中coords变量的坐标系统需与模型的整体坐标系统保持一致，避免因坐标转换错误导致应变方向定义偏差。
结果验证方法：除直接查看初始塑性应变场外，可通过施加小载荷进行验证分析，观察结构的应力响应是否与初始塑性应变的分布规律相符（如初始塑性应变较大的区域是否更早进入屈服状态）。
数值稳定性：若初始塑性应变值过大，可能导致分析初期出现数值震荡，此时需调整初始应变的梯度变化，或采用分步加载的方式提高计算稳定性。
利用hardini子程序引入初始塑性应变场，是abaqus中实现复杂初始状态模拟的重要手段。通过明确初始应变分布规律、掌握子程序结构与参数赋值逻辑、严格遵循编写-编译-调用流程，用户可精准定义结构的初始塑性状态，为后续的强度分析、疲劳寿命预测等提供更贴合实际的仿真基础。在实际应用中，需结合具体工程问题优化子程序代码，并通过多维度验证确保结果的可靠性，从而充分发挥abaqus在复杂结构力学分析中的优势。
