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Autor Thema:  linear-elastisches, orthotropes Materialverhalten mit UMAT? (4526 mal gelesen)
Poldi1979
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Hallo.

Ich möchte eine Struktursimulation von einem dünnwandigen zylindrischen Hohlkörper machen. Es sollen u.a. Innendrucksimulationen (Abaqus Standard) durchgeführt werden. Der Körper wird als Schalennetz mit 3- oder 4-Knoten vernetzt. Als Materialmodell möchte ich zunächst ein linear-elastisches, orthotropes Materialmodell verwenden. Prozessbedingt hat allerdings jedes Element unterschiedliche Materialkennwerte: Die Materialkennwerte E11, E22 und Schubmodul bzw. Querkontraktionszahl sind in einer Tabelle für jedes Element abgelegt.

Wie kann man diese Problemstellung elegant in Abaqus lösen? Muss hierfür eine UMAT erstellt werden, die für jedes Element die Informationen aus der Datentabelle ausliest, oder gibt es noch weitere, einfache Möglichkeiten?

Leider konnte ich bisher sehr wenig Literatur über die Erstellung von UMATs finden? Wie müsste eine UMAT für ein linear-elastisches Materialmodell aussehen? Hat vielleicht jemand dafür ein Beispiel?

Ich bin für jeden Hinweis super dankbar.

Vielen Dank im Voraus und Grüße

Thorsten

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Goldstein
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erstellt am: 19. Sep. 2007 08:40    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Poldi1979 10 Unities + Antwort hilfreich

Moin

UMAT ist zu umständlich. Generiere einfach je Element eine ShellSection, ein Material und eine Orientation-Karte. Das gibt zwar eine große Datei, Abaqus schafft das aber problemlos

Gruß G.

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Poldi1979
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erstellt am: 19. Sep. 2007 09:53    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

Guten Morgen und vielen Dank für die schnelle Antwort.

Über diese Lösung hatte ich zunächst auch nachgedacht. Allerdings muss ich etwa 10.000 bis 20.000 Elemente händeln. Daher hatte ich mir überlegt, dass die Definition von ElementSets, ShellSections und den entsprechenden Materials ziemlich aufwändig ist. Auch müsste ich mir einen entsprechenden PreProcessor basteln.
Wieso wäre denn bei diesem Weg eine Orientierungskarte notwendig?

Ist der Weg über die UMAT überhaupt nicht zu empfehlen? Hat jemand eine Beispiel für eine einfache UMAT?

Viele Grüße und Dank im Voraus

Thorsten

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Nicksen
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erstellt am: 19. Sep. 2007 09:56    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Poldi1979 10 Unities + Antwort hilfreich

Naja... eine Frage ist: Wieviele Elemente werden das sein?

Da es offenbar zuviele sind, koennte sich die UMAT vom Aufwand her schon wieder rechnen. Bei 100 Elementen ist es in CAE oder halt im inp-file schon nicht wirklich wenig umstaendlich, die ganzen Sections zu erstellen.

Die Zuweisung der Materialkennwerte per UMAT muss aber auch geregelt sein; entweder nach Elementnummer, Position oder irgendetwas, das auch eindeutig ist. Wie willst du entscheiden welches Element welches Material bekommt?

Dazu ist noch zu wenig an Fakten bekannt. Vielleicht kannst du das praeziser darstellen.

Nixxon

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==  Dingsen  ==
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[Diese Nachricht wurde von Nicksen am 19. Sep. 2007 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Nicksen am 19. Sep. 2007 editiert.]

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Mustaine
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Abaqus

erstellt am: 19. Sep. 2007 09:59    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Poldi1979 10 Unities + Antwort hilfreich

Wenn du mit v6.7 arbeitest, könnte die Lösung recht einfach sein. Für solche Probleme gibt es eine neue Funktion, welche sich hinter dem Keyword *DISTRIBUTION verbirgt.

Schau' mal in's Keyword Reference Manual. Dort findest du dann ggf. auch den Link in das entsprechende Kapitel im Users Manual.

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Poldi1979
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erstellt am: 19. Sep. 2007 14:40    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities

@ Nicksen:
Für jedes Element der Struktursimulation liegt mir bereits E11, E22 und Schubmodul bzw. Querkontraktionszahl in Tabellenform vor. Welche genaueren Informationen würdest Du denn benötigen?

@Mustaine:
Das ist ein super Hinweis. Ich habe mir das Keyword *distribution bereits angeschaut und es kann vielleicht genau das, was ich benötige. Allerdings habe ich noch ein Problem, wie man jetzt genau das  für Shellelemente da verwendet. Dazu habe ich noch ein paar Fragen:

- Welche Type-option muss ich unter *elastic verwenden, um ein orthotropes, linearelastisches Materialmodell für Shellelemente zu modellieren? TYPE=ENGINEERING CONSTANTS, TYPE=LAMINA oder TYPE=ORTHOTROPIC?
- Aus Zugversuchen an den Probekörpern dieser zu untersuchenden Hohlkörper kann ich allerdings nur E11, E22 und die Querkontraktionszahl ermitteln. Aus diesen Informationen lässt sich ja dann auf das Schubmodul schließen. Reichen diese Materialdaten denn aus? Für Type=Engineering Constants bzw Ortotropic benötige ich ja noch angebaben über E3, G12, G23 etc. Nach meinen verständnis benötige ich doch diese Materialinformationen für Shellelemente doch gar nciht oder?
- Hat jemand ein Beispiel, wie eine Implementierung des orthotropen, linearelastischen Materialmodells für Shellelemente mit dem Keyword *Distribution auszusehen hat?

Vielen, vielen Dank im Voraus

Grüße

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Nicksen
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wissenschaftlicher Mitarbeiter


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erstellt am: 19. Sep. 2007 14:54    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Poldi1979 10 Unities + Antwort hilfreich

Ein Beispiel hab ich nicht, da wir erst demnaechst auf die neue Version umgestellt werden.

Aus meiner Erfahrung mit den TYPE Einstellungen wuerde ich sagen, dass der LAMINA nur dann Sinn macht, wenn die Shells auch noch in der Dicke veraenderliche Eigenschaften haben sollen. Die ENGINEERING CONSTANTS muessen dann fuer jede Schicht in der section definition angegeben werden. Ist eine Shell mit nur einem Material ausgestattet, dann sollte das ORTHOTROPIC reichen; korrigiert mich bitte, falls diese Annahme falsch sein sollte.
Richtig ist, dass dort allerdings noch die Werte fuer die Dickenrichtung verlangt werden. Wenn du ein Laminatprogramm verwendest, wodurch die Schichtparameter in "verschmierter" Form berechnet werden und keine Informationen ueber die Dickenrichtung bereitstellen, dann liegt das daran, dass dieses Programm einen ESZ (ebenen Spannungszustand) voraussetzt.
Aus der Ueberlegung kann man zumindest fuer EModul33 den entsprechenden Wert aus der UD (unidirektional) Lage verwenden. Beim Schubmodul muss man schon ein wenig mehr aufpassen und leider findet man in der Literatur an dieser Stelle zumeist selten konkrete Hinweise. Du wirst das kennen; wenn es interessant wird, verschweigt der Autor eine Zahl 
Ich hoer mich dazu noch einmal um, aber wenn du eher etwas finden solltest, dann teil dies bitte mit. Mich interessiert das auch ein wenig.

Wenn du nun diese Keyoption *DISTRIBUTION nutzt, dann brauch ich auch keine weiteren Informationen. Es waere fuer die Verwendung einer UMAT nur wichtig gewesen zu wissen, welcher EModul nun bei welchem Element vorhanden sein soll. Solche Routinen werden elementweise abgearbeitet und wenn nun Element Nr.5 dran ist, dann sollte auch der Wert aus der 5.Zeile der Tabelle genommen werden oder halt eine andere Zeile, je nach Zuordnung. Das meinte ich nur.

beste Grueße

Nixxon

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Mustaine
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Abaqus

erstellt am: 19. Sep. 2007 16:17    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Poldi1979 10 Unities + Antwort hilfreich

Zitat:
Original erstellt von Poldi1979:
Hat jemand ein Beispiel, wie eine Implementierung des orthotropen, linearelastischen Materialmodells für Shellelemente mit dem Keyword *Distribution auszusehen hat?
Grüße

Ein Beispiel gibt es im Verification Manual:
5.1.3 Spatially varying element properties

Dort gibt es eine Input-Datei namens "distrib_multistep_s4_st_std.inp" wo diese Methode verwendet wird. Hierbei wird die Liste mit den Steifigkeiten und den Orinetierungen aus anderen Datei (denen darunter) gelesen.

Wichtig:
Die Methode scheint momentan nur für *Shell Generel Section zu funktionieren. Außerdem musst du die Steifigkeiten direkt angeben (also D1111 usw.). Die Umrechnung deiner Materialparameter in diese Steifigkeiten wird im Users Manual 17.2.1 Linear elastic behavior - Kapitel: Defining orthotropic elasticity by specifying the terms in the elastic stiffness matrix gezeigt.

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Poldi1979
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Vielen Dank für die wertvollen Tipps :-)

Bei der Anwendung von *distribution stosse ich weiterhin auf Probleme.
Um diese Option mit Shell-Elementen verwenden zu können, muss ja die Shell Stiffness Matrix angegeben werden. Wie berechnet man diese im Falle eines Shell-Elements denn? Mir stehen ja aus Materialtest E1, E2, v12/G12 zur Verfügung. Die Stiffness Martix besteht allerdings aus 21 Werten. Im Users Manual "17.2.1 Linear elastic behaviour" wird diese Matrix doch für ein Continuum Element berechnet oder?
Wenn ich den Weg über diese Shell Stiffness Matrix gehe, habe ich dann auch ein linear-elastisches Materialmodell?

Kann ich die *Distribution Option bzw die direkte angabe der Steifigkeitsmatrix eigentlich zusammen mit *nodal Thickness benutzen?

Vielen Dank im Voraus

Grüße

Thorsten

[Diese Nachricht wurde von Poldi1979 am 20. Sep. 2007 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Poldi1979 am 20. Sep. 2007 editiert.]

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Poldi1979
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Hallo Zusammen.

Das Keyword *distribution hat bei meinem Versuch für jedes Schalenelement individuelle, orthotrope Materialdaten zu verwenden bisher nicht funktioniert. Dabei werde ich mit folgenden Problemen konfroniert:
- Bei der Definition des Materialmodells mit *distribution funktionert das "nodal thickness" nicht mehr, oder? Das Problem ist hier, dass nciht mehr *shell section sondern *shell general section verwendet wird.
- Leider kann man für Shell Elemente bei Verwendung von *distribution keine Engenieering Constants angeben sondern muss die Steifigkeitskennwerte verwenden. Aber ich habe leider keine Ahnung, wie man diese aus E11, E22, Schubmodul und Querkontraktionszahl berechnet.

Daher überlege ich, doch den Weg über die UMAT zu gehen.
Mit liegen als Tabelle beispielhaft folgende Daten vor:

** Tabelle der Materialdaten
**Elementnummer, E-Modul in Richtung 1, E-Modul in Richtung 2, Querkontraktionszahl, Schubmodul
1, 9000, 6000, 0.4, 4000
2, 8000, 5500, 0.4, 3500
...
10000, 9000, 5600, 0.4, 4000
** Ende

Kann mir jemand ein Hinweis geben, wie eine UMAT aussehen müsste, die diese Materialdaten für jedes Shell Element einzeln einliest? Folgende Randbedingungen:
- Shell Elemente S4, S4R oder S3.
- Schalendicke soll über *nodal Thickness definiert werden.
- Orthotropes Materialverhalten
- linear elastisches Materialverhalten

Hätte jemand ein Beispiel, wie diese UMAT aussehen müsste? Welche Literatur ist für die Erstellung von UMATs zu empfehlen?
Ich bin für jeden Hinweis super dankbar.

Viele Grüße

Thorsten

[Diese Nachricht wurde von Poldi1979 am 22. Sep. 2007 editiert.]

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Goldstein
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Hi

Ich bleibe bei meiner Behauptung von weiter oben:

Je Element eine Orientation, ShellSection und Material-Karte generieren (z.B. in der C-Shell oder mit Excel) und Dein Job läuft in 15 Minuten. Habe ich schon öfter gemacht -> Funktioniert zuverlässig.

Die UMAT zu programmieren zu programmieren und auszutesten dauert ewig und lohnt nur wenn diese Problemstellung bei Dir öfter auftritt.

Gruß G.

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Poldi1979
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Hallo Goldstein,

Vielen Dank für die Antwort.

kommt Abaqus denn damit klar, wenn für ca. 10.000 Elemente (teilweise noch mehr) jeweils eine ShellSection und Material bestimmt werden? Die Einbindung in das Inputfile wäre ja kein Thema. Würde ich einfach in einer Extra-Datei niederlegen.
Wieso würde man auch eine Orientierung benötigen? Ich hatte dieses zunächst nciht angedacht. Wollte einfach ein lokales Koordinatensystem zuweisen. Die Steifigkeiten sind bereits in diese Richtungen angegeben.

Ich wollte diesen Vorgang schon öfters anwenden. Daher wäre eine UMAT schon sehr komfortabel. Allerdings sehe ich gerade größere Probleme bei der Erstellung dieser UMAT.

Über weitere Tipps wäre ich super dankbar

Grüße

Thorsten

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Goldstein
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erstellt am: 23. Sep. 2007 20:43    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für Poldi1979 10 Unities + Antwort hilfreich

Hi

10000 Elemente sollten absolut kein Problem darstellen, immer eine halbwegs aktuelle Hardware vorausgesetzt. Der pre-run wird dann zwar etwas dauern, aber geht schneller als die Erstellung der UMAT.

Ich hatte Dich so verstanden, dass sich Dein Material linear elastisch orthotrop verhalten soll (*Elastic,type=lamina). Deine Materialdaten scheinen Hauptachsenwerte zu sein. Also must Du irgendwie die Orientierung im Element beschreiben. Dies geschieht dann über die Orientation-Karten.

Bau' doch einfach erstmal ein kleines Modell zum Testen

Gruß G.
 

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