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Ich habe für Solid-Elemente eine UMAT geschrieben. Soweit so gut. Da einige Probleme nicht unbedingt mit Solids abgebildet werden müssen, möchte ich die bereits geschriebene UMAT für Shells verwenden. Leider konnte ich keine Hinweise finden, auf was ich dabei achten muss. Habe gelesen, dass man die Schubsteifigkeit in Normalenrichtung per Hand eingeben muss. Gelesen -> getan... sie läuft trotzdem nicht.

Ist denn die Jacobi-Matrix auch eine 6x6 Matrix und sucht sich Abaqus die Einträge raus; Bleiben die Dimensionen der Eingabeparameter identisch wie bei Solids? Oder soll ich sie in der UMAT umschreiben, dass nur S11,S22,S33,S12 zur Verfügung stehen? Muss ich noch irgendetwas berücksichtigen, wenn ich mit Shells arbeite? Irgendwelche Erfahrungen bzgl. UMAT und Shells?

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Ich habe keine Erfahrung damit, deswegen solltest du mich besser nichts fragen was über diesen Post hinaus geht.

Du musst wahrscheinlich irgendwie E33 definieren (ggf. über E11 und E22) und arbeitest ansonsten mit E/S 11, 22, und 12. Soweit ich weiß werden nicht verwendete Einträge in der Elastizitätsmatrix zu null gesetzt.

Im Users Manual 23.6.4 Shell section behavior
steht außerdem noch folgendes:
When a user subroutine (for example, UMAT, UHYPEL, UHYPER, or VUMAT) is used to define a shell element's material response, you must define the transverse shear stiffness. The definition of an appropriate stiffness depends on the shell's material composition and its lay-up; that is, how material is distributed through the thickness of the cross-section.

Im Example Problems Manual 1.4.6 Failure of blunt notched fiber metal laminates
gibt es eine UMAT für Continuum-Shell-Elemente. Vielleicht hilft die dir irgendwie weiter.

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Schalenelemente sind ja gegenüber Solids ein vereinfachtes Modell. Wichtig an dieser Stelle ist die Annahme des ebenen Spannungszustandes. Daraus ergibt sich konkret für dich, dass die Steifigkeitsmatrix nur noch 3x3 groß ist. Die Besetzung dieser Matrix ist ebenfalls ein wenig abweichend, da im ebenen Spannungszustand die reduzierten Steifigkeiten ermittelt  (aus nem Buch abgekupfert  ) werden müssen.

C11 C12 0
C12 C22 0
0  0  C44

So müsste die Matrix aussehen, ohne dass ich jetz nochmal nachgeschlagen habe. Du müsstest sozusagen die Steifigkeitsmatrix modifizieren und dann noch das Spannungsupdate anpassen.

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Vielleicht noch ein Nachtrag zur transversalen Schubsteifigkeit. Darum braucht man sich in der Regel nicht viel Gedanken zu machen. Solang wie die drei folgenden Bedingungen erfüllt sind, ist deren Einfluss meist gering. 

1. E1/E2<10
2. Die Gesamtdicke ist im Verhältnis zur flächigen Ausdehnung gering (Weshalb man ja Schalen nimmt)
3.  Viele Schichten (Mit steigender Schichtanzahl über die Dicke wird der Einfluss geringer)

Unter diesen Gesichtspunkten ist es (falls du Komposite modellieren möchtest) auch denkbar für geschichtete Komposite die Berechnungsformeln für gewöhnliche Shells heranzuziehen und sich damit einen Haufen Arbeit zu ersparen.

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Vielen Dank Mustaine und Carsten für eure Antworten. Jawohl, es geht um Composites. Die Matrix für den ebenen Spannungszustand ist soweit in Ordnung, aber mich interessiert etwas anderes: Abaqus hat im FieldOutput bei Shells insgesamt 4 Angaben; S11, S22, S33, S12. S33 ist beim ebenen Spannungszustand immer Null. Die Frage, die mich interessiert ist, ob die Matrix STRESS(NTENS) 3x3 (S11,S22,S12) oder 4x4 (S11,S22,S33=0,S12) ist.

In dem oben genannten Beispiel sieht es so aus, als ob es bei der Dimension des Spannungstensors einen Unterschied zwischen Continuum-Shells und "Standard"-Shells gibt. Ich werde es einfach mal ausprobieren und dann posten.

Vielen Dank für den Hinweis mit der transversale Schubsteifigkeit. Sie kann allerdings auch problemlos aus den Einträgen der Steifigkeitsmatrix der Einzelschichten berechnet werden. Wobei - meines Wissens - nicht direkt die Werte aus bsp. einer 3D-CLT genommen werden dürfen, sondern eher Näherungsformeln. Die Einträge sind eigentlich nur der Vollständigkeit halber. Wo hast Du denn den Wert her, dass für einen Orthotropiegrad von 10 die transversale Schubsteifigkeit irrelevant ist?

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Die Quelle ist eher hören/sagen. Ich habs mal aus nem Gespräch mit meinem Prof. Da haben wir eben genau den Einfluss der transversalen Schubsteifigkeit diskutiert. Ich habs nicht mehr im kopf ob er mir das nur gesagt oder auch mit nem Buch belegt hat. Ich für meinen Teil würde die 10 eher als Richtwert verstehen. Ich hab damals an der Stelle nicht weiter gebohrt, weil ich mich nicht mit Langfaserverbunden sondern mit Kurzfaserverbunden beschäftige. Hier würde ich nie in die Nähe solcher Orthotropiegrade geraten..

Zu der Auswahl ob 3x3 oder 4x4 Matrix würde ich dir empfehlen, mal NDI (Anzahl der direkten Spannungskomponenten)in eine Text-Datei ausgeben zu lassen. Diese Variable gibt ja die Dimension an.

Als ich eine UMAT für Shells geschrieben habe, habe ich STRESS(S11,S22,S12) besetzt. Als Vergleich kann ich dir da Kapitel 17.2.1 im Analysis User Manual ans Herz legen. Dort steht auch nochmal was zur Besetzung der Matrizen.

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Vielen Dank für die Antworten, anbei meine Erkenntnisse zum Programmieren einer UMAT mit Conventional Shells:
NDI = 2, NSHR = 1 -> NTENS = 3 (S11,S22,S12); soweit ich das sehe, muss man sich E33 selbst errechnen.

Bei der Berechnung eines Composites mit einer UMAT ist die Eingabe der transversalen Schubsteifigkeit nicht über das Composite-Modul möglich. Ich musst es per Hand im Keyword-Editor vornehmen -> *TRANSVERSE SHEAR STIFFNESS,... Warum es nicht über das Composite-Modul geht, keine Ahnung. Es sind jedenfalls solche Eingabefelder vorhanden.

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