Nichtlineares Materialverhalten für RFEM 6

Berücksichtigung von nichtlinearen Materialgesetzen

Zusätzliche Analysen

Stahl-Flächen-Modell mit plastischem Materialverhalten

Zusätzliche Analysen

Das Add-On Nichtlineares Materialverhalten ermöglicht Ihnen die Berücksichtigung von Materialnichtlinearitäten in RFEM.

Wenn Sie in RFEM nichtlineare Materialmodelle verwenden, wird vom Programm stets eine iterative Berechnung durchgeführt. Je nach Materialmodell definiert es einen anderen Zusammenhang zwischen Spannungen und Dehnungen. Die Steifigkeit der finiten Elemente wird im Laufe der Iterationen immer wieder angepasst, bis die Spannungs-Dehnungs-Beziehung eingehalten ist.

Die nachfolgend aufgeführten Materialmodelle stehen Ihnen durch das Add-On Nichtlineares Materialverhalten (zusätzlich zu 'Isotrop | Linear elastisch' und 'Orthotrop‘ | Linear elastisch) zur Verfügung.

Isotrop | Plastisch (Stäbe, Flächen/Volumenkörper)

Wussten Sie schon? Bei der Entlastung eines Bauteils mit einem plastischen Materialmodell bleibt, im Unterschied zum Materialmodell Isotrop | Nichtlinear elastisch, nach der vollständigen Entlastung eine Dehnung zurück.

Sie können jeweils drei verschiedene Definitionsarten wählen:

Standard (Definition einer Vergleichsspannung, bei der das Material plastifiziert)
Bilinear (Definition einer Vergleichsspannung und eines Verfestigungsmoduls)
Spannungs-Dehnungs-Diagramm:Definition von polygonförmigen Spannung-Dehnungs-Verläufen
Option zum Abspeichern / Einlesen
Schnittstelle zu MS Excel

Isotrop | Nichtlinear elastisch (Stäbe, Flächen/Volumenkörper)

Entlasten Sie ein Bauteil mit einem nichtlinear elastischen Material wieder, geht die Dehnung auf dem gleichen Pfad zurück. Bei der vollständigen Entlastung bleibt, im Unterschied zum Materialmodell Isotrop | Plastisch, keine Dehnung zurück.

Sie können jeweils drei verschiedene Definitionsarten wählen:

Standard (Definition einer Vergleichsspannung, bei der das Material plastifiziert)
Bilinear (Definition einer Vergleichsspannung und eines Verfestigungsmoduls)
Spannungs-Dehnungs-Diagramm:
Definition von polygonförmigen Spannung-Dehnungs-Verläufen
Option zum Abspeichern / Einlesen
Schnittstelle zu MS Excel

Hintergrundinformationen zu diesem Materialmodell finden Sie im Fachbeitrag Fließgesetze im Materialmodell Isotrop nichtlinear elastisch.

Orthotrop | Plastisch (Flächen, Volumenkörper) | Tsai-Wu

Kennen Sie bereits das Materialmodell nach Tsai-Wu? Es vereint plastische und orthotrope Eigenschaften, wodurch spezielle Modellierungen von Werkstoffen mit anisotroper Charakteristik, wie faserverstärkter Kunststoff oder Holz, möglich sind.

Beim Plastizieren des Materials bleiben die Spannungen konstant. Es erfolgt eine Umlagerung in Abhängigkeit von den Steifigkeiten, die in die einzelnen Richtungen vorliegen. Der elastische Bereich entspricht dem Materialmodell Orthotrop | Linear elastisch (Volumenkörper). Für den plastischen Bereich gilt die Fließbedingung nach Tsai-Wu.

Sämtliche Festigkeiten werden positiv definiert. Die Fließbedingung können Sie sich in etwa als ellipsenförmige Fläche im sechsdimensionalen Spannungsraum vorstellen. Wird eine der drei Spannungskomponenten als konstanter Wert angesetzt, ist eine Projektion der Fläche auf einen dreidimensionalen Spannungsraum möglich.

Ist der Wert für f_y(σ), nach Gleichung Tsai-Wu, ebener Spannungszustand kleiner als 1, so liegen die Spannungen im elastischen Bereich. Der plastische Bereich ist erreicht, sobald f_y(σ) = 1. Werte größer als 1 sind unzulässig. Das Modell verhält sich ideal-plastisch, das heißt, es findet keine Versteifung statt.

Isotrop | Beschädigung (Flächen/Volumenkörper)

Wussten Sie schon? Im Unterschied zu anderen Materialmodellen ist das Spannungs-Dehnungs-Diagramm für dieses Materialmodell nicht antimetrisch zum Ursprung. Sie können mit diesem Materialmodell beispielsweise das Verhalten von Stahlfaserbeton abbilden. Ausführliche Hinweise zum Modellieren von Stahlfaserbeton finden Sie im Fachbeitrag Materialeigenschaften von Stahlfaserbeton.

Bei diesem Materialmodell wird die isotrope Steifigkeit mit einem skalaren Schädigungsparameter abgemindert. Dieser Schädigungsparameter bestimmt sich aus dem Verlauf der Spannung, die im Diagramm festgelegt ist. Dabei wird nicht die Richtung der Hauptspannungen berücksichtigt, sondern die Schädigung erfolgt vielmehr in Richtung der Vergleichsdehnung, die auch die dritte Richtung senkrecht zur Ebene erfasst. Der Zug- und Druckbereich des Spannungstensors wird separat behandelt. Dabei gelten jeweils unterschiedliche Schädigungsparameter.

Die 'Referenzelementgröße' steuert, wie die Dehnung im Rissbereich auf die Länge des Elements skaliert wird. Mit dem voreingestellten Wert null erfolgt keine Skalierung. Damit wird das Materialverhalten des Stahlfaserbetons realitätsnah abgebildet.

Theoretische Hintergründe zum Materialmodell 'Isotrop Beschädigung' können Sie im Fachbeitrag target='_self'>'''Nichtlineares Materialmodell Schädigung nachlesen.