This work presents a Finite Element Model Updating inverse methodology for reconstructing heterogeneous material distributions based on an efficient isogeometric shell formulation. It uses a nonlinear material model with a hyperelastic incompressible Neo-Hookean membrane part and a Canham bending part. The material distribution is discretized by linear elements such that the nodal values are the design variables to be identified. Independent FE and material discretization, as well as flexible incorporation of experimental data, offer high robustness and control. Three elementary test cases, which exhibit large deformations and different challenges, are considered: uniaxial tension, pure bending, and sheet inflation. Experiment-like results are generated from high-resolution simulations with the subsequent addition of up to 4% noise. Local optimization based on the trust-region approach is used. The results show that with a sufficient amount of experimental measurements, the algorithm is capable to reconstruct material distributions with high precision even in the presence of large noise. The proposed formulation is very general, facilitating its extension to other material models and optimization algorithms. For the latter, the analytically derived sensitivities are provided.


翻译:这项工作提出了一种有限元素模型,更新了基于高效的异构贝壳配方的多元材料分布的反向重建方法,它使用一种非线性材料模型,具有超弹性不压缩的Neo-Hookean膜部分和Canham弯曲部分。材料分布由线性元素分解,因此节点值是有待确定的设计变量。独立的FE和材料分解,以及实验数据的灵活整合,提供了高强度和控制。三种基本测试案例,显示出巨大的变形和不同的挑战,被考虑为:非轴性紧张、纯弯曲和表膨胀;高分辨率模拟产生类似实验的结果,随后添加了4%的噪音;采用了基于信任区域方法的局部优化;结果显示,如果进行足够数量的实验测量,算法能够非常精确地重建材料分布,即使存在大噪音。提议的配方十分笼统,有助于将其推广到其他材料模型和优化算法。对于后者,则提供了分析得出的敏感度。

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