A new nonlinear hyperelastic bending model for shells formulated directly in surface form is presented, and compared to four prominently used bending models. Through an essential set of elementary nonlinear bending test cases, the stresses and moments of each model are examined analytically. Only the proposed bending model passes all the test cases while the other bending models either fail or only pass the test cases for small deformations. The proposed new bending model can handle large deformations and initially curved surfaces. It is based on the principal curvatures and their directions in the initial configuration, and it thus can have different bending moduli along those directions. These characteristics make it flexible in modeling a given material, while it does not suffer from the pathologies of existing bending models. Further, the bending models are compared computationally through four classical benchmark examples and one contact example. As the underlying shell theory is based on Kirchhoff-Love kinematics, isogeometric NURBS shape functions are used to discretize the shell surface. The linearization and efficient finite element implementation of the proposed new model are also provided.


翻译:对直接以表面形态制成的贝壳,提出了一个新的非线性超弹性弯曲模型,与四个明显使用的弯曲模型相比较。通过一套基本的非线性弯曲试验案例,对每个模型的压力和时间进行了分析检查。只有拟议的弯曲模型通过所有试验案例,而其他弯曲模型要么失败,要么只是通过小变形试验案例。拟议的新的弯曲模型可以处理大变形和最初弯曲的表面。它以最初配置中的主要弯曲和方向为基础,因此,它可以沿着这些方向有不同的弯曲模式。这些特点使得它能够灵活地模拟某一材料,而不会因现有弯曲模型的病理而受到影响。此外,弯曲模型通过四个经典基准示例和一个接触示例进行计算比较。由于基本贝壳理论以Kirchoff-爱动运动数学为基础,因此,将单色测量 NURBS形状功能用于使贝壳体表面分解。还提供了拟议新模型的线性化和高效的有限要素执行情况。

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