The inflation of hyperelastic thin shells is an important and highly nonlinear problem that arises in multiple engineering applications involving severe kinematic and constitutive nonlinearities in addition to various instabilities. We present an isogeometric approach to compute the inflation of hyperelastic thin shells, following the Kirchhoff-Love hypothesis and associated large deformation. Both the geometry and the deformation field are discretized using Catmull-Clark subdivision bases which provide the C1-continuous finite element framework required for the Kirchhoff-Love shell formulation. To follow the complex nonlinear response of hyperelastic thin shells, the inflation is simulated incrementally, and each incremental step is solved via the Newton-Raphson method enriched with arc-length control. Eigenvalue analysis of the linear system after each incremental step allows for inducing bifurcation to a lower energy mode in case stability of the equilibrium is lost. The proposed method is first validated using benchmarks, and then applied to engineering applications, where we demonstrate the ability to simulate large deformation and associated complex instabilities.


翻译:超弹性薄壳的膨胀是一个重要和高度非线性的问题,它出现在多个工程应用中,除了各种不稳定性之外,还涉及严重的运动性和构成性非线性非线性。我们根据Kirchhoff-love的假设和相关的大变形,提出了计算超弹性薄壳膨胀的等离子方法。几何和变形领域都使用Catmull-Clark子构件基础进行分解,这些基础提供了Kirchhoff-love 贝壳配制所需的C1连续的有限元素框架。为了跟踪超弹性薄壳的复杂非线性反应,通货膨胀是逐步模拟的,每个递增步骤都是通过以弧长控制浓缩的Newton-Raphson方法解决的。在每一递增步骤允许在平衡稳定性丧失的情况下将双向低能量模式引导出精度后,对线性系统进行精度分析。拟议的方法首先使用基准进行验证,然后应用到工程应用中,我们在那里展示模拟大规模变形和复杂不稳定性的能力。

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