机构-薄膜耦合系统，可以使薄膜折叠、展开：大到空间中的韦伯望远镜（JWST）主镜遮阳伞、小到我们手中的折叠伞，都是这种机械设备。工程设计中需要对它们进行动力学仿真模拟，建模时既要考虑机构的运动过程，又要考虑薄膜的高度非线性力学行为，多体动力学软件很难处理好这类问题，而使用Abaqus可以完美解决机构-薄膜耦合系统的仿真模拟。

Abaqus机构-薄膜耦合案例-折叠伞

下面我们来看看建筑物折叠顶棚和折叠伞的Abaqus仿真。

建筑物折叠顶棚是一种可折叠式张力膜结构，展开后的膜处于拉紧状态，可以遮风挡雨、承载积雪等外部载荷，折叠后占据的空间非常小，通过升降系统收纳起来待用，下图是其折叠与收纳过程。

建筑物顶棚折叠过程

在Abaqus中，顶棚折叠机构的运动关系采用Connector单元来定义，以实现伸缩式折叠、机构整体上下升降运动。

机构伸缩与升降运动

机构运动部分建模完成之后，在模型中加入膜单元（Membrane Element），膜与机构之间引入弹性索进行提拉，以保证每一次折叠的过程中膜都被拉起、然后对折，避免出现乱序折叠。

机构-薄膜耦合

建筑物折叠顶棚的整体折叠-收纳-展开过程如下：

建筑物顶棚折叠-收纳-展开过程

折叠伞的建模过程也是类似：先进行机构运动建模，确保机构运动正确无误之后再加入膜单元，这样可以避免一次性考虑太多因素导致的建模效率低下问题，对于存在大量连接器的模型，如球形机器人那期文章所述，推荐使用脚本进行批处理定义。

折叠伞展开-折叠过程

使用创建好的机构-薄膜耦合系统对膜进行完全展开模拟之后，可以进一步的耦合、加入其他物理因素，比如在此基础上继续进行：流固耦合、DEM-FEM耦合等，从而评估机构-膜系统在工作状态下的真实动力学响应。