斯坦福大學的 Ellen Kuhl 博士和代爾夫特理工大學的 Mathias Peirlinck 博士最近在 SIMULIA 社區(qū)中舉辦了一場網(wǎng)絡研討會，主題為“通過通用材料子程序實現(xiàn)工程分析的民主化”，現(xiàn)在可回放。聆聽他們分享通過通用材料子程序實現(xiàn)工程分析民主化的專業(yè)知識。

本構模型是連續(xù)體和結構力學的基石。在有限元分析中，本構模型被編碼在材料子程序中，提供控制方程中應變和應力之間的函數(shù)映射。該函數(shù)在每個有限元、每個積分點、每個時間步長、每次牛頓迭代中被調(diào)用。當今的有限元分析軟件包提供了大量可供選擇的材料模型庫。然而，選擇合適模型的科學標準仍然非常主觀，容易受到用戶偏見的影響。

在這里，我們將展示如何完全自動化模型選擇過程，從實驗數(shù)據(jù)中自主發(fā)現(xiàn)最佳模型和參數(shù)，將所有可能的可發(fā)現(xiàn)模型編碼到單個材料子程序中，并將此通用材料子程序無縫集成到有限元模擬中。我們已成功為各種不可壓縮、各向同性、超彈性材料制作了該技術的原型，最近，我們進一步將其擴展到可壓縮和各向異性材料行為。我們演示了如何將這些功能集成到一個通用材料子程序中，該子程序將在未來 Abaqus 版本中作為內(nèi)置材料建模功能提供。

使用這種新型通用材料子程序進行的有限元模擬表明，它非常適合傳統(tǒng)的本構模型，可以很好地推廣到新發(fā)現(xiàn)的模型，并且與實驗數(shù)據(jù)和以前的模擬非常吻合。用一個通用的材料子程序取代數(shù)十個單獨的材料子程序，該子程序直接通過自動模型發(fā)現(xiàn)填充，完全不需要人工交互，將使工程分析更加民主化，并使有限元模擬更容易被更具包容性和多樣性的社區(qū)所接受 加快科技創(chuàng)新。 

探索進一步的應用以及了解機械性能的重要性

該模型已成功擴展到分析皮膚和人造肉等其他組織的機械行為。了解和預測各種材料的機械性能的能力在從生物醫(yī)學到食品科學等領域至關重要。

例如，在皮膚方面，該模型已用于探索不同層的行為，并為皮膚褶皺、皺紋和重建手術等應用提供了見解。這證明了所開發(fā)模型的多功能性和廣泛意義。

此外，該模型的應用范圍不僅限于研究和實際使用。它還被整合到教學場景中，為學生提供了試驗和了解各種材料機械行為的機會。其中包括一門課程，讓學生測試不同的材料并分析其機械性能。例如，在一個課堂項目中，學生測試了人造肉產(chǎn)品，并使用該模型來了解材料剛度與味覺感知之間的關系。

在 Abaqus 中實現(xiàn)

本構人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型已作為具有激活函數(shù)的內(nèi)置子程序集成到Abaqus中。這個新子程序包含數(shù)十個超彈性模型作為特例，以及數(shù)千個新可發(fā)現(xiàn)的模型。它完美匹配經(jīng)典模型的結果和新發(fā)現(xiàn)模型的數(shù)據(jù)，證明了其在捕捉復雜材料行為方面的有效性。

該團隊目前正在將材料子程序擴展到超彈性之外，以模擬粘性行為、損傷或塑性。正在進行的測試顯示了令人鼓舞的初步結果，并引起了多個工業(yè)合作伙伴的興趣。

這種集成允許使用通用材料子程序，只需幾個參數(shù)即可定義材料模型，使其與傳統(tǒng)的超彈性建模相媲美。該實現(xiàn)已針對表現(xiàn)出強烈歷史依賴性的材料進行了測試，并顯示出強大的性能。正在進行的測試包括將該方法與粘彈性和非彈性相結合，并取得了令人鼓舞的結果。

該模型的開放協(xié)作和可用性鼓勵研究人員和工程師探索其在各種材料和模擬中的應用，為生物醫(yī)學模擬和人類健康的進步做出貢獻。將組成型人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型集成到Abaqus中，標志著朝著讓更廣泛的受眾利用其功能實現(xiàn)各種應用邁出了重要一步。