L'add-on Comportamento del Materiale Non Lineare consente di considerare le non linearità dei materiali in RFEM 6. È possibile attivare questo add-on nei Dati Base del modello come mostrato nell'Immagine 1.
Una volta attivato l'add-on di analisi del Comportamento del Materiale Non Lineare, oltre ai modelli di materiale “Isotropo | Elastico Lineare” e “Ortotropo | Elastico Lineare”, sono disponibili ulteriori opzioni per la selezione nell'elenco (Immagine 2). È quindi possibile scegliere tra i seguenti modelli di materiale:
- Isotropo | Plastico (Aste)
- Isotropo | Plastico (Superfici/Solidi)
- Isotropo | Elastico Non Lineare (Aste)
- Isotropo | Elastico Non Lineare (Superfici/Solidi)
- Isotropo | Danno (Superfici/Solidi)
- Ortotropo | Plastico (Superfici)
- Ortotropo | Plastico (Solidi)
Modello di Materiale Isotropo | Plastico (Aste)
Se si seleziona una delle suddette voci nel menu a tendina "Modello di materiale", è disponibile una nuova scheda per l'inserimento dei parametri del materiale. Pertanto, selezionando il modello di materiale "Isotropo | Plastico (Aste)", appare una scheda correlata come mostrato nell'Immagine 3.
Inizialmente, è possibile selezionare le seguenti opzioni per il tipo di diagramma:
- Base
- Bilineare
- Diagramma tensione-deformazione
Se si seleziona la prima opzione (cioè "Base"), il programma utilizza valori dal database dei materiali per il modulo di elasticità E e il limite di snervamento fy. Si noti che questo è anche un modello di materiale bilineare, dove il ramo del grafico non è esattamente orizzontale per motivi numerici e ha una leggera pendenza Ep. Al contrario, se il diagramma è definito bilinearmente (cioè l'opzione "Bilineare"), il programma consente di inserire il valore di Ep personalmente.
La terza opzione disponibile (cioè "Diagramma tensione-deformazione") consente di definire relazioni più complesse tra tensione e deformazione. Si noti che in questo modello di materiale, il diagramma tensione-deformazione si riferisce alla tensione longitudinale σx. Punti di snervamento diversi per trazione e compressione non possono essere presi in considerazione da questa opzione.
Modello di Materiale Isotropo | Plastico (Superfici/Solidi)
Il modello di materiale plastico isotropo è disponibile anche per superfici e solidi. Allo stesso modo del modello “Isotropo | Plastico (Aste)”, appare una scheda correlata quando si seleziona la voce “Isotropo | Plastico (Superfici/Solidi)” nel menu a tendina. Oltre alle opzioni per definire il tipo di diagramma (le stesse che per “Isotropo | Plastico (Aste)”), deve essere selezionata l'“Ipotesi di rottura tensionale” (Immagine 4).
Le seguenti ipotesi di rottura tensionale sono disponibili per la selezione nel menu a tendina:
- di von Mises
- di Tresca
- di Drucker-Prager
- di Mohr-Coulomb
Il criterio di snervamento secondo von Mises è un cilindro circolare con asse idrostatico nello spazio delle tensioni principali. Tutti gli stati di tensione all'interno di questo spazio sono interamente elastici. Stati di tensione al di fuori di questo spazio non sono ammessi. Con la regola di snervamento di Tresca, il flusso plastico si verifica a causa della massima tensione di taglio.
Come estensione di questi criteri di snervamento, ci sono le regole di snervamento secondo Drucker-Prager e Mohr-Coulomb, in cui il flusso plastico si verifica quando la massima tensione di taglio è localmente superata. Nel primo caso c'è un'area superficiale con un bordo liscio nello spazio delle tensioni principali, mentre nel secondo caso è un'area superficiale con un bordo non liscio (Immagine 5).
Modello di Materiale Isotropo | Elastico Non Lineare (Aste)
La scheda per l'impostazione dei parametri del modello “Isotropo | Elastico Non Lineare (Aste)” è molto simile a quella del modello di materiale “Isotropo | Plastico (Aste)” (Immagine 6). In effetti, questi modelli si corrispondono. La differenza tra loro è legata alla distinzione generale tra modelli di materiali elastici non lineari da un lato, e quelli plastici dall'altro lato.
Se un elemento strutturale con un materiale elastico non lineare viene effettivamente rilasciato di nuovo, la deformazione ritorna lungo lo stesso percorso e non c'è più deformazione quando l'elemento è completamente scaricato. Nel caso di materiali plastici, invece, la deformazione rimane anche dopo che il carico è stato completamente eliminato. Questo è mostrato graficamente nell'Immagine 7.
Modello di Materiale Isotropo | Elastico Non Lineare (Superfici/Solidi)
La stessa discussione si applica alla corrispondenza tra i modelli di materiali “Isotropo | Plastico (Superfici/Solidi)” e “Isotropo | Elastico Non Lineare (Superfici/Solidi)”. Le proprietà del modello devono essere definite allo stesso modo (Immagine 8), con la differenza che nessuna deformazione plastica rimane dopo che il carico è stato rimosso.
Modello di Materiale Isotropo | Danno (Superfici/Solidi)
Le leggi di snervamento citate in precedenza nell'articolo sono limitate alla superficie di snervamento nello spazio delle tensioni principali e le loro regole di snervamento possono applicarsi solo al comportamento di materiale puramente elastoplastico. Tuttavia, molti materiali non mostrano un comportamento non lineare puramente simmetrico. Al fine di simulare il comportamento di materiali che sono sottoposti a un processo di danneggiamento causato da incrinature, è richiesto un modello di materiale più adatto. Un materiale di questo tipo è il calcestruzzo, che presenta una resistenza a compressione significativamente superiore rispetto a quella a trazione.
Le incrinature che si verificano nell'area di tensione del materiale riducono la rigidità del sistema. Nel caso del calcestruzzo armato o del calcestruzzo con fibre rinforzate, l'armatura assorbe le tensioni di trazione.
Per simulare il comportamento di tali materiali (ad esempio, calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio), RFEM 6 offre il modello di materiale “Isotropo | Danno (Superfici/Solidi)”. Se si seleziona questo modello di materiale, è disponibile la scheda mostrata nell'Immagine 9 per definire i parametri del modello.
A differenza di altri modelli di materiali, il diagramma tensione-deformazione per questo modello di materiale non è antisimmetrico rispetto all'origine. La "Dimensione di riferimento dell'elemento" controlla come la deformazione nell'area dell'incrinatura viene scalata alla lunghezza dell'elemento. Con il valore predefinito zero, non viene eseguita alcuna scalatura. Di conseguenza, il comportamento del materiale del calcestruzzo rinforzato con fibre di acciaio è modellato realisticamente.
Modello di Materiale Ortotropo | Plastico (Superfici, Solidi) | Modello Tsai-Wu
Con il modello di materiale plastico ortotropo per superfici e solidi in RFEM 6, superfici e solidi con proprietà plastiche possono essere calcolati e valutati secondo il criterio di resistenza di Tsai-Wu. Questo modello di materiale combina proprietà plastiche e ortotropiche, il che consente una modellazione speciale di materiali con proprietà anisotrope. Questo modello di materiale può quindi essere utilizzato per rappresentare il comportamento di plastiche rinforzate con fibre o pannelli a base di legno.
In questo modello di materiale, l'intervallo elastico corrisponde al modello di materiale “Ortotropo | Elastico Lineare (Solidi)”, mentre per il dominio plastico lo snervamento si applica secondo Tsai-Wu. L'Immagine 10 mostra le condizioni di snervamento sia per superfici (2D) che solidi (3D).
Se il valore di fy(σ) secondo l'equazione di Tsai-Wu, stato piano di tensione, è inferiore a 1, le tensioni si trovano nell'intervallo elastico. Il dominio plastico viene raggiunto non appena fy(σ) = 1. Valori superiori a 1 non sono ammessi. Il comportamento del modello è idealmente plastico; cioè, non c'è indurimento.
Sommario
L'add-on Comportamento del Materiale Non Lineare consente di considerare le non linearità dei materiali in RFEM 6. Se si attiva questo add-on nei Dati Base del modello, la lista dei modelli di materiale si espande e si può selezionare facilmente il modello di materiale non lineare di interesse.
Quando si lavora con modelli di materiali non lineari, il programma esegue sempre un calcolo iterativo. A seconda del modello scelto, definisce una diversa relazione tra le tensioni e le deformazioni. La rigidezza degli elementi finiti è continuamente regolata nel corso delle iterazioni fino a quando la relazione tensione-deformazione non è soddisfatta.
La regolazione viene sempre effettuata per un'intera superficie o elemento solido. Pertanto, si consiglia di utilizzare sempre il tipo di smussatura "Costante sugli elementi di rete" quando si valutano le tensioni, come mostrato nell'Immagine 11.
