Matériaux

Les matériaux sont nécessaires pour la définition des surfaces, des sections et des solides. Les propriétés du matériau sont intégrées dans les rigidités de ces objets.

Nom

Vous pouvez définir un nom quelconque pour le matériau. Si la désignation correspond à une entrée de la bibliothèque, RFEM importe les caractéristiques du matériau enregistrées. Pour sélectionner le matériau dans la bibliothèque, cliquez sur le bouton à la fin de la ligne de saisie. L’importation de matériaux est décrite dans le chapitre Bibliothèque des matériaux.

Pour les matériaux de la bibliothèque, les « caractéristiques fondamentales du matériau » sont prédéfinies et non modifiables. Si vous souhaitez utiliser des caractéristiques personnalisées du matériau, cochez la case Matériau personnalisé dans la section « Options » (voir la section Matériau personnalisé).

Base

L’onglet Base gère les paramètres fondamentaux du matériau. Il offre également des possibilités de paramétrage pour des propriétés spéciales que vous définissez dans des onglets supplémentaires.

Catégories

Dans cette section, vous définissez le type de matériau et le modèle de matériau.

Type de matériau

Le type de matériau détermine quels paramètres et coefficients sont pertinents pour le dimensionnement. Cette classification définit également les coefficients de sécurité partiels du matériau, qui sont pris en compte lors du dimensionnement selon la norme applicable.

Pour un matériau de la bibliothèque, l’un des types de matériau suivants est prédéfini.

Modèle de matériau

Les modèles de matériau suivants sont disponibles dans la liste :

Isotrope | Élastique linéaire

Les propriétés de rigidité élastiques linéaires du matériau sont indépendantes de la direction. Elles peuvent être décrites comme suit :

Les conditions suivantes s’appliquent :

• E > 0
• G > 0
• -1 < ν ≤ 0,5 (pour les surfaces et les solides ; illimité vers le haut pour les barres)

La matrice de souplesse (inverse de la matrice de rigidité) s’écrit pour les surfaces :

Orthotrope | Élastique linéaire (surfaces)

Avec ce modèle de matériau, il est possible de définir des propriétés de rigidité différentes dans les deux directions de surface x et y. Cela permet par exemple de représenter les propriétés d’un plastique renforcé de fibres de verre, de dalles nervurées ou les directions de contrainte de dalles armées. Les axes de surface x et y sont orthogonaux dans le plan de la surface.

Pour définir des propriétés de matériau différentes dans les directions x et y, activez la case à cocher Matériau personnalisé dans la section « Options ». Dans l’onglet Orthotrope | Élastique linéaire (surfaces), vous pouvez ensuite définir les paramètres du matériau.

Pour obtenir une matrice de rigidité définie positive, les conditions suivantes doivent être remplies :

• E_x > 0; E_y > 0
• G_yz > 0; G_xz > 0; G_xy > 0
• $$\left|{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{xy}}\right|<\sqrt{\frac{{\mathrm{E}}_{\mathrm{x}}}{{\mathrm{E}}_{\mathrm{y}}}}$$

  Coefficient de poisson

Le coefficient de Poisson peut être défini pour les deux directions orthotropes. Les indices de ν_xy et ν_yx sont affectés comme suit : le premier indice correspond à la déformation dans la direction de la contrainte, le second à la déformation négative perpendiculaire à la direction de la contrainte.

Orthotrope | Élastique linéaire (solides)

Dans le modèle de matériau orthotrope tridimensionnel, les rigidités élastiques peuvent être définies séparément dans toutes les directions du solide. Pour définir des propriétés de matériau différentes dans chaque direction, activez la case à cocher Matériau personnalisé dans la section « Options ». Dans l’onglet Orthotrope | Élastique linéaire (solides), vous pouvez ensuite définir les paramètres du matériau.

Les éléments de la matrice de rigidité déterminés à partir des saisies sont indiqués dans l’onglet « Orthotrope | Élastique linéaire (solides) - Matrice de rigidité ».

Isotrope | Bois | Élastique linéaire (barres)

Ce modèle de matériau est disponible pour les matériaux du type « Bois ». Il permet par exemple de représenter les propriétés d’un panneau OSB dans un modèle de barres, en tenant compte des rigidités différentes selon la position de mise en œuvre. La position du panneau peut être définie dans l’onglet Isotrope | Bois | Élastique linéaire (barres) au moyen des deux listes.

Orthotrope | Bois | Élastique linéaire (surfaces)

Pour les matériaux du type « Bois », ce modèle de matériau permet de contrôler le module d’Young en fonction de l’effet porteur en tant que voile ou dalle ainsi que le module de cisaillement G_xy : les panneaux OSB, par exemple, présentent des rigidités dépendantes de la direction selon leur position de mise en œuvre dans le modèle.

Les paramètres de rigidité peuvent être définis dans l’onglet Orthotrope | Bois | Élastique linéaire (surfaces). Pour les matériaux en bois de la bibliothèque, des valeurs standard sont prédéfinies. Pour définir des propriétés de matériau différentes dans chaque direction, activez d’abord la case à cocher Matériau personnalisé dans la section « Options ».

Caractéristiques fondamentales du matériau

Dans cette section de l’onglet « Base », les principales caractéristiques du matériau sont indiquées.

Module d’élasticité

Le module d’Young décrit le rapport entre la contrainte normale et la déformation.

Module de cisaillement

Le module de cisaillement G, également appelé module de glissement, est le second paramètre permettant de décrire le comportement élastique d’un matériau linéaire, isotrope et homogène. La déformation repose dans ce cas sur une contrainte de cisaillement.

Coefficient de Poisson

Le coefficient de Poisson ν, également appelé coefficient transversal, est nécessaire pour déterminer la contraction transversale. Pour les matériaux isotropes, le coefficient de Poisson se situe généralement entre 0,0 et 0,5. À partir d’une valeur de 0,5 (p. ex. caoutchouc), il faut donc supposer qu’il ne s’agit pas d’un matériau isotrope.

La relation entre le module d’Young, le module de cisaillement et le coefficient de Poisson pour un matériau isotrope est décrite dans l’équation Coefficient de Poisson.

Si vous saisissez un Matériau personnalisé avec ses propriétés isotropes, RFEM détermine le coefficient de Poisson à partir des valeurs des modules E et G. Vous pouvez modifier ce réglage par défaut si nécessaire dans la liste « Type de définition ».

Type de définition

Poids spécifique / masse volumique

Le poids spécifique γ décrit le poids du matériau par unité de volume. Cette indication est particulièrement importante pour le cas de charge « Poids propre » : la charge propre automatique du modèle est déterminée à partir du poids spécifique et des aires des sections des barres utilisées, ou des surfaces et des solides.

La masse volumique ρ décrit la masse du matériau par unité de volume. Cette indication est nécessaire pour les analyses dynamiques.

Coefficient de dilatation thermique

Le coefficient de dilatation thermique α décrit la relation linéaire entre les variations de température et de longueur (allongement du matériau lors du chauffage, raccourcissement lors du refroidissement).

Le coefficient de dilatation thermique est pertinent pour les actions « Température » et « Variation de température ».

Options

Les cases à cocher dans cette section de l’onglet « Base » permettent d’influencer les propriétés du matériau. Après l’activation d’une option, de nouveaux onglets sont ajoutés.

Matériau personnalisé

Pour les matériaux de la bibliothèque, les caractéristiques du matériau sont prédéfinies. Elles ne peuvent donc pas être modifiées directement dans les champs de saisie. Pour adapter les propriétés d’un matériau, activez la case à cocher « Matériau personnalisé ». Les champs de saisie des caractéristiques fondamentales du matériau dans l’onglet « Base » deviennent alors accessibles. De même, dans l’onglet « Valeurs du matériau », vous pouvez modifier les caractéristiques spécifiques au dimensionnement (voir l’image Adapter les caractéristiques du matériau). Dans l’onglet « Modification de la rigidité », il est possible de mettre à l’échelle globalement les modules E et G au moyen d’un facteur (voir l’image Adapter la rigidité du matériau).

Dépendant de la température

Pour définir un matériau élastique linéaire avec des propriétés contrainte-déformation dépendantes de la température, activez les cases à cocher « Personnalisé » et « Dépendant de la température ». Vous pouvez ensuite définir les caractéristiques du matériau dépendantes de la température dans l’onglet Dépendant de la température.

Estimation des coûts

Pour déterminer les coûts, les matériaux attribués aux différents objets sont pris en compte. Vous pouvez définir les coûts unitaires et les unités des objets dans l’onglet Estimation des coûts.

Estimation des émissions de CO₂

L’estimation des émissions de CO₂ se base également sur les matériaux attribués aux différents objets. Vous pouvez définir les émissions unitaires et les unités dans l’onglet Estimation des émissions de CO₂.

Texture personnalisée

Avec une texture personnalisée, vous pouvez attribuer une structure de surface au matériau. Les objets sont alors représentés de manière très réaliste dans le rendu. Dans l’onglet « Texture personnalisée », sélectionnez une entrée existante ou définissez une nouvelle texture à l’aide du bouton (voir le chapitre Textures).

Valeurs du matériau

Dans l’onglet Valeurs du matériau, toutes les caractéristiques du matériau pertinentes pour l’analyse statique et le dimensionnement dans les compléments sont indiquées.

Modification de la rigidité

L’onglet Modification de la rigidité s’affiche si, dans l’onglet « Base », vous avez coché l’option Matériau personnalisé. Vous pouvez ici adapter globalement la rigidité du matériau, par exemple pour tenir compte de facteurs de sécurité ou de propriétés de matériau réduites.

Dans la liste de la section « Type de modification », deux possibilités sont disponibles :

• Facteur de division pour les modules E et G
• Facteur de multiplication pour les modules E et G

Dans la section « Paramètres », indiquez le facteur par lequel la rigidité du matériau doit être ajustée.

Lorsqu’un matériau aux propriétés orthotropes est défini, les modules E et G ainsi que les coefficients de Poisson peuvent être ajustés dans l’onglet Orthotrope | Élastique linéaire (voir l’image Matrice de rigidité). Si vous activez l’option « Définir les éléments de la matrice de rigidité » dans l’onglet Orthotrope | Élastique linéaire | Matrice de rigidité, vous pouvez également définir manuellement les éléments de la matrice de rigidité.

Dépendant de la température

L’onglet Dépendant de la température s’affiche si, dans l’onglet « Base », vous avez coché les options Matériau personnalisé et Dépendant de la température. Vous pouvez y décrire les caractéristiques du matériau dépendantes de la température. Les propriétés du matériau dépendantes de la température sont prises en compte pour les objets sollicités thermiquement par la température ou une variation de température. Lors du calcul des charges thermiques, la température finale de chaque étape est prise en compte.

Dans la liste « Caractéristique dépendante de la température », sélectionnez une caractéristique du matériau, par exemple le module d’Young. Générez ensuite, à l’aide du bouton , les lignes de tableau nécessaires afin de saisir ligne par ligne les températures avec les valeurs correspondantes. Le bouton permet également d’importer les données depuis un tableau Excel.

La « température de référence » définit les rigidités pour les objets qui ne sont soumis à aucune charge thermique. Pour une valeur de référence de 300 °C par exemple, le module d’Young réduit de ce point de la courbe de température est appliqué à toutes les barres et surfaces.

Bibliothèque de matériaux personnalisés

Vous pouvez enregistrer un matériau personnalisé comme modèle dans une bibliothèque. Vous n’avez ainsi pas à redéfinir les propriétés du matériau dans d’autres projets.

Enregistrer le matériau

Pour enregistrer le matériau actuel comme matériau personnalisé, cliquez sur le bouton après avoir défini les caractéristiques du matériau en bas dans la section « Caractéristiques fondamentales du matériau ».

La boîte de dialogue « Nouveau matériau personnalisé » apparaît.

Saisissez dans le champ « Nom » la désignation du matériau. Le cas échéant, vous pouvez encore ajuster les caractéristiques du matériau. Avec OK, vous enregistrez ensuite le matériau personnalisé dans la bibliothèque.

Importer le matériau

Pour importer un matériau personnalisé depuis la bibliothèque, cliquez dans la section « Caractéristiques fondamentales du matériau » sur le bouton .

La boîte de dialogue « Modifier le matériau personnalisé » apparaît. Dans cette bibliothèque contenant vos matériaux enregistrés (voir l’image Boîte de dialogue « Nouveau matériau personnalisé »), vous pouvez sélectionner l’entrée appropriée puis la reprendre avec OK.

Si vous avez importé un matériau personnalisé et souhaitez modifier généralement ses propriétés, vous pouvez adapter les caractéristiques du matériau dans la bibliothèque via le bouton (dans la section « Caractéristiques fondamentales du matériau »).

Définir l’emplacement de stockage de la bibliothèque

Par défaut, la bibliothèque des matériaux personnalisés est enregistrée dans le fichier user_library_material.dbm dans le répertoire des configurations utilisateur. Vous pouvez vérifier ce répertoire dans les Options du programme.

Sélectionnez dans la catégorie Base de données l’entrée Bibliothèque de matériaux utilisateur (1). Affichez ensuite le dossier du fichier user_library_material.dbm via le bouton (2). Si vous souhaitez utiliser une autre bibliothèque de matériaux située sur le lecteur réseau de votre entreprise, définissez le répertoire du fichier et cliquez sur « Enregistrer ». Vous pouvez également transférer votre fichier sur un autre ordinateur et y définir le chemin d’enregistrement approprié dans la même boîte de dialogue.

Estimation des coûts

L’onglet Estimation des coûts s’affiche si, dans l’onglet « Base », vous avez coché l’option Estimation des coûts.

Pour les objets structurels « Barres », « Surfaces » et « Solides », cochez la caractéristique du matériau pertinente pour l’estimation des coûts : poids, volume ou surface, etc.

Dans la colonne « Coût unitaire », saisissez la valeur correspondant au coût d’une unité du matériau. La liste de la colonne « Unité » propose différentes possibilités pour les coûts unitaires.

À partir des coûts unitaires et des propriétés des objets structurels attribués au matériau, le programme détermine directement les coûts partiels.

Le « poids total » à la fin du tableau indique la masse résultant de l’addition de toutes les masses partielles activées du matériau. De plus, la part du poids total que ce matériau représente par rapport à la masse de tous les matériaux activés pour l’estimation des coûts est indiquée.

Les « coûts totaux » indiquent le prix résultant de l’addition de tous les coûts partiels activés du matériau. De plus, la part des coûts que ce matériau représente par rapport au prix total de tous les matériaux activés pour l’estimation des coûts est indiquée.

Les « coûts globaux » résultent de l’addition des coûts totaux de tous les matériaux activés pour l’estimation des coûts.

Estimation des émissions de CO₂

L’onglet Estimation des émissions de CO₂ s’affiche si, dans l’onglet « Base », vous avez coché l’option Estimation des émissions de CO₂.

Pour les objets structurels « Barres », « Surfaces » et « Solides », cochez la caractéristique du matériau pertinente pour l’estimation des émissions de CO₂ : poids, volume ou surface, etc.

Dans la colonne « Émission unitaire », saisissez la valeur de CO₂ causée par une unité du matériau. La liste de la colonne « Unité » propose différentes unités d’émission pour les équivalents CO₂.

À partir des émissions unitaires et des propriétés des objets structurels attribués au matériau, le programme détermine les émissions de CO₂ partielles. Le calcul est donc effectué directement et non, comme dans d’autres compléments, via une fonction séparée.

L’« émission totale » indique les équivalents CO₂ résultant de l’addition de toutes les émissions partielles activées du matériau. De plus, la part des émissions que ce matériau représente par rapport aux émissions totales de tous les matériaux activés pour l’estimation est indiquée.

L’« émission globale » résulte de l’addition des émissions totales de tous les matériaux activés pour l’estimation des émissions de CO₂.