El complemento Comportamiento no lineal del material permite considerar las no linealidades del material en RFEM. Puede activar este complemento en los Datos básicos del modelo como se muestra en la Imagen 1.
Una vez activado, además de los modelos de material "Isótropo | elástico lineal" y "Ortótropo | elástico lineal", hay más opciones disponibles para su selección en la lista (Imagen 2). Por tanto, puede elegir entre los siguientes modelos de materiales:
- Isótropo | Plástico (barras)
- Isótropo | Plástico (superficies/sólidos)
- Isótropo | Elástico no lineal (barras)
- Isótropo | Elástico no lineal (superficies/sólidos)
- Isótropo | Daño (superficies/sólidos)
- Ortótropo | Plástico (superficies)
- Ortótropo | Plástico (sólidos)
Modelo de material Isótropo | Plástico (barras)
Si selecciona una de las entradas anteriores en la lista desplegable "Modelo de material", se encuentra disponible una nueva pestaña para introducir los parámetros del material. Por lo tanto, al seleccionar el modelo de material "Isótropo | Plástico (barras)", aparece una pestaña relacionada como se muestra en la imagen 3.
Primero, tiene la posibilidad de seleccionar las siguientes opciones para el tipo de diagrama:
- Básico
- Bilineal
- Diagrama tensión-deformación
Si selecciona 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 elástico fy. Tenga en cuenta que este también es un modelo de material bilineal, donde la rama del gráfico no es exactamente horizontal por razones numéricas y tiene una pequeña pendiente Ep. Por el contrario, si el diagrama se define de forma bilineal (es decir, la opción "Bilineal"), el programa le permite introducir el valor de Ep por sí mismo.
La tercera opción disponible (es decir, "Diagrama tensión-deformación") le permite definir relaciones más complejas entre la tensión y la deformación. Tenga en cuenta que en este modelo de material el diagrama tensión-deformación se refiere a la tensión longitudinal σx. Esta opción no puede tener en cuenta diferentes puntos de fluencia para tracción y compresión.
Modelo de material Isótropo | Plástico (superficies/sólidos)
El modelo de material isótropo plástico también está disponible para superficies y sólidos. Del mismo modo que para el modelo de material "Isótropo | Plástico (barras)", aparece una pestaña relacionada al seleccionar "Isótropo | Plástico (superficies/sólidos) ”en la lista desplegable. Además de las opciones para definir el tipo de diagrama (lo mismo que para "Isótropo | Plástico (barras)”), se debe seleccionar el "Criterio de fallo basado en tensión" (Imagen 4).
Los siguientes criterios de fallo basados en tensión están disponibles para su 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 tensiones principales. Todos los estados tensionales dentro de este espacio son completamente elásticos. No se permiten estados tensionales fuera de este espacio. Con el criterio de plasticidad de Tresca, la fluencia plástica se produce debido al esfuerzo cortante máximo.
Como una extensión de estos criterios de fluencia, están las reglas de fluencia según Drucker-Prager y Mohr-Coulomb, en las que la fluencia plástica se produce cuando se supera localmente el esfuerzo cortante máximo. En la primera hay un área de superficie con borde suave en el espacio de tensiones principal, mientras que en la segunda hay un área de superficie con borde no suave (Figura 5).
Modelo de material Isótropo | Elástico no lineal (barras)
La pestaña para la configuración de los parámetros del modelo "Isótropo | Elástico no lineal (barras)" es muy similar al modelo "Isótropo | Plástico (Barras)" (Figura 6). De hecho, estos modelos se 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 de nuevo, la deformación vuelve por el mismo camino y ya no hay deformación cuando el componente está completamente descargado. Por otro lado, en el caso de los materiales plásticos la deformación permanece incluso después de que la carga se haya liberado por completo. Esto se muestra gráficamente en la Imagen 7.
Modelo de material Isótropo | Elástico no lineal (superficies/sólidos)
Lo mismo se aplica a la correspondencia entre el modelo de material "Isótropo | Plástico (Superficies/Sólidos)" y el modelo "Isótropo | Elástico no lineal (superficies/sólidos). Las propiedades del modelo deben definirse de la misma manera (Figura 8), con la diferencia de que no queda deformación plástica después de la eliminación de la carga.
Modelo de material Isótropo | Daño (superficies/sólidos)
Las leyes de fluencia mencionadas anteriormente en el artículo se limitan a la superficie de fluencia en el espacio de tensiones principal y sus reglas de fluencia sólo se pueden aplicar al comportamiento del material puramente elástico-plástico. Sin embargo, muchos materiales no muestran un comportamiento no lineal puramente simétrico. Para simular el comportamiento de materiales que están expuestos a un proceso de daño por fisuras, se requiere un modelo de material más adecuado. Uno de esos materiales es el hormigón, que tiene una resistencia a la compresión significativamente mayor que la resistencia a la tracción.
Las fisuras que se producen en la zona de tracción del material reducen la rigidez del sistema. En el caso del hormigón armado o del hormigón reforzado con fibras, la armadura absorbe las tensiones de tracción.
Para simular el comportamiento de tales materiales (por ejemplo, hormigón armado con fibras de acero), RFEM 6 le ofrece el modelo "Isótropo | Daños (superficies/sólidos)". Si selecciona este modelo de material, la pestaña que se muestra en la imagen 9 está disponible para definir los parámetros del modelo.
A diferencia de otros modelos de material, el diagrama tensión-deformación para este modelo de material no es antimétrico con el origen. El "Tamaño del elemento de referencia" controla cómo se aplica la escala de la deformación en el área de la fisura respecto a la longitud del elemento. Con el valor predeterminado cero, no se realiza ninguna escala. Como resultado, el comportamiento del material del hormigón armado con fibras de acero se modela de forma realista.
Modelo de material Ortótropo | Plástico (superficies, sólidos) | Tsai-Wu
Con el modelo de material plástico ortótropo para superficies y sólidos en RFEM 6, se pueden calcular y evaluar superficies y sólidos con propiedades de material plástico según el criterio de fallo de Tsai-Wu. Este modelo de material combina propiedades plásticas y ortótropas, lo que permite un modelado especial de materiales con propiedades anisótropas. Por lo tanto, este modelo de material se puede usar para representar el comportamiento de plásticos reforzados con fibras o paneles a base de madera.
En este modelo de material, la zona elástica corresponde al modelo de material "Ortótropo | Elástico lineal (sólidos)", mientras que para el dominio plástico se aplica la fluencia según Tsai-Wu. La imagen 10 muestra las condiciones de fluencia para superficies (2D) y sólidos (3D).
Si el valor de fy(σ) según la ecuación de Tsai-Wu, estado de tensiones planas, es menor que 1, las tensiones se encuentran en el intervalo elástico. El dominio plástico se alcanza tan pronto como fy(σ) = 1. No se admiten valores superiores a 1. El comportamiento del modelo es idealmente plástico, es decir, no hay rigidez.
Resumen
El complemento Comportamiento no lineal del material permite considerar las no linealidades del material en RFEM 6. Si activa este complemento en los Datos básicos del modelo, la lista de modelos de material se expande y puede seleccionar fácilmente el modelo de material no lineal de su interés.
Cuando se trabaja con modelos de materiales no lineales, el programa siempre realiza un cálculo iterativo. Dependiendo del modelo elegido, define una relación diferente entre las tensiones y las deformaciones. La rigidez de los elementos finitos se ajusta continuamente a lo largo de las iteraciones hasta que se cumple la relación tensión-deformación.
El ajuste siempre se realiza para toda una superficie o elemento sólido. Por lo tanto, se recomienda usar siempre el tipo de suavizado "Constante en elementos de malla" al evaluar tensiones, como se muestra en la Imagen 11.
