El complemento de Comportamiento No Lineal del Material te permite considerar las no linealidades del material en RFEM 6. Puedes activar este complemento en los Datos Básicos del modelo como se muestra en la Imagen 1.
Una vez activado el complemento de análisis de Comportamiento No Lineal del Material, además de los modelos de material "Isotrópico | Elástico Lineal" y "Ortótropo | Elástico Lineal", hay más opciones disponibles para seleccionar en la lista (Imagen 2). Por lo tanto, puedes elegir entre los siguientes modelos de material:
- Isotrópico | Plástico (Barras)
- Isotrópico | Plástico (Superficies/Sólidos)
- Isotrópico | Elástico No Lineal (Barras)
- Isotrópico | Elástico No Lineal (Superficies/Sólidos)
- Isotrópico | Daño (Superficies/Sólidos)
- Ortótropo | Plástico (Superficies)
- Ortótropo | Plástico (Sólidos)
Modelo de Material Isotrópico | Plástico (Barras)
Si seleccionas una de las entradas anteriores en la lista desplegable de "Modelo de material", estará disponible una nueva pestaña para ingresar los parámetros del material. Por lo tanto, al seleccionar el modelo de material "Isotrópico | Plástico (Barras)", aparece una pestaña relacionada como se muestra en la Imagen 3.
Primero, tienes la posibilidad de seleccionar las siguientes opciones para el tipo de diagrama:
- Básico
- Bilineal
- Diagrama esfuerzo-deformación
Si seleccionas la primera opción (es decir, "Básico"), el programa usa valores de la base de datos de materiales para el módulo de elasticidad E y el límite de fluencia fy. Ten en cuenta que este es también un modelo de material bilineal, donde la rama del gráfico no es exactamente horizontal por razones numéricas y tiene una pequeña pendiente Ep. En cambio, si el diagrama se define bilinealmente (es decir, la opción "Bilineal"), el programa te permite ingresar el valor de Ep tú mismo.
La tercera opción disponible (es decir, "Diagrama esfuerzo-deformación") te permite definir relaciones más complejas entre el esfuerzo y la deformación. Ten en cuenta que en este modelo de material el diagrama esfuerzo-deformación se refiere al esfuerzo longitudinal σx. Esta opción no puede tomar en cuenta diferentes puntos de fluencia para tracción y compresión.
Modelo de Material Isotrópico | Plástico (Superficies/Sólidos)
El modelo de material plástico isotrópico también está disponible para superficies y sólidos. De la misma manera que para el modelo "Isotrópico | Plástico (Barras)", aparece una pestaña relacionada al seleccionar la entrada "Isotrópico | Plástico (Superficies/Sólidos)" en la lista desplegable. Además de las opciones para definir el tipo de diagrama (las mismas que para "Isotrópico | Plástico (Barras)"), se debe seleccionar la "Hipótesis de fallo por esfuerzo" (Imagen 4).
Las siguientes hipótesis de fallo por esfuerzo están disponibles para selección en el menú desplegable:
- von Mises
- Tresca
- Drucker-Prager
- Mohr-Coulomb
El criterio de fluencia según von Mises es un cilindro circular con un eje hidrostático en el espacio de esfuerzos principales. Todos los estados de esfuerzo dentro de este espacio son completamente elásticos. Los estados de esfuerzo fuera de este espacio no están permitidos. Con la regla de fluencia de Tresca, la fluencia plástica ocurre debido al esfuerzo cortante máximo.
Como extensión de estos criterios de fluencia, existen las reglas de fluencia de Drucker-Prager y Mohr-Coulomb, en las cuales la fluencia plástica ocurre cuando el esfuerzo cortante máximo se excede localmente. En el primero, hay un área de superficie con un borde suave en el espacio de esfuerzos principales, mientras que en el segundo es un área de superficie con un borde no suave (Imagen 5).
Modelo de Material Isotrópico | Elástico No Lineal (Barras)
La pestaña para establecer los parámetros del modelo "Isotrópico | Elástico No Lineal (Barras)" es muy similar a la del modelo de material "Isotrópico | Plástico (Barras)" (Imagen 6). De hecho, estos modelos corresponden entre sí. La diferencia entre ellos está relacionada con la distinción general entre los modelos de materiales elásticos no lineales por un lado, y los plásticos por otro lado.
Si un componente estructural con un material elástico no lineal se libera nuevamente, la deformación regresa por el mismo camino y ya no hay deformación cuando el componente está completamente descargado. En el caso de materiales plásticos, por otro lado, la deformación permanece incluso después de que la carga ha sido totalmente aliviada. Esto se muestra gráficamente en la Imagen 7.
Modelo de Material Isotrópico | Elástico No Lineal (Superficies/Sólidos)
La misma discusión se aplica a la correspondencia entre los modelos de material "Isotrópico | Plástico (Superficies/Sólidos)" y "Isotrópico | Elástico No Lineal (Superficies/Sólidos)". Las propiedades del modelo deben definirse de la misma manera (Imagen 8), con la diferencia de que no permanece deformación plástica después de que la carga ha sido removida.
Modelo de Material Isotrópico | Daño (Superficies/Sólidos)
Las leyes de fluencia mencionadas anteriormente en el artículo están restringidas a la superficie de fluencia en el espacio de esfuerzos principales, y sus reglas de fluencia solo pueden aplicarse al comportamiento puramente elástico-plástico del material. Sin embargo, muchos materiales no exhiben un comportamiento no lineal puramente simétrico. Con el fin de simular el comportamiento de materiales que están expuestos a un proceso de daño causado por fisuras, se requiere un modelo de material más adecuado. Uno de esos materiales es el concreto, que tiene una resistencia a la compresión significativamente mayor que la resistencia a la tracción.
Las fisuras que ocurren en el área de tensión del material reducen la rigidez del sistema. En el caso del concreto armado o concreto reforzado con fibra, el refuerzo absorbe los esfuerzos de tracción.
Para simular el comportamiento de tales materiales (por ejemplo, concreto reforzado con fibra de acero), RFEM 6 te ofrece el modelo de material "Isotrópico | Daño (Superficies/Sólidos)". Si seleccionas este modelo de material, la pestaña mostrada en la Imagen 9 está disponible para ti para definir los parámetros del modelo.
A diferencia de otros modelos de material, el diagrama esfuerzo-deformación para este modelo de material no es antisimétrico al origen. El "Tamaño de referencia del elemento" controla cómo se escala la deformación en el área de fisura al largo del elemento. Con el valor predeterminado cero, no se realiza escalado. Como resultado, se modela de manera realista el comportamiento del concreto reforzado con fibra de acero.
Modelo de Material Ortótropo | Plástico (Superficies, Sólidos) | Tsai-Wu
Con el modelo de material plástico ortótropo para superficies y sólidos en RFEM 6, las superficies y los sólidos con propiedades de material plástico se pueden calcular y evaluar según el criterio de fallo de Tsai-Wu. Este modelo de material combina propiedades plásticas y ortótropas, lo que permite el modelado especial de materiales con propiedades anisotrópicas. Este modelo de material puede usarse para representar el comportamiento de plásticos reforzados con fibra o paneles a base de madera.
En este modelo de material, el rango elástico corresponde al modelo de material "Ortótropo | Elástico Lineal (Sólidos)", mientras que para el dominio plástico, la fluencia se aplica según Tsai-Wu. La Imagen 10 muestra las condiciones de fluencia para ambas superficies (2D) y sólidos (3D).
Si el valor de fy(σ) según la ecuación de Tsai-Wu, estado de esfuerzo plano, es menor que 1, los esfuerzos están en el rango elástico. El dominio plástico se alcanza tan pronto como fy(σ) = 1. Los valores superiores a 1 no están permitidos. El comportamiento del modelo es idealmente plástico; es decir, no hay endurecimiento.
Resumen
El complemento de Comportamiento No Lineal del Material permite la consideración de no linealidades del material en RFEM 6. Si activas este complemento en los Datos Básicos del modelo, la lista de modelos de material se expande y puedes seleccionar fácilmente el modelo de material no lineal de interés.
Cuando se trabaja con modelos de material no lineales, el programa siempre realiza un cálculo iterativo. Dependiendo del modelo elegido, define una relación diferente entre los esfuerzos y las deformaciones. La rigidez de los elementos finitos se ajusta continuamente a lo largo del curso de las iteraciones hasta que se satisface la relación esfuerzo-deformación.
El ajuste siempre se realiza para una superficie o un elemento sólido completo. Por lo tanto, se recomienda siempre usar el tipo de suavizado "Constante en elementos de malla" al evaluar esfuerzos, como se muestra en la Imagen 11.
