L'add-on Comportamento non lineare del materiale permette di considerare le non linearità dei materiali in RFEM 6. È possibile attivare questo add-on nei Dati di base del modello come mostrato nell'immagine 1.
Una volta attivato l'add-on di analisi Comportamento non lineare del materiale, oltre ai modelli di materiale | "Isotropo Elastico lineare" e | "Ortotropo elastico lineare", ulteriori opzioni sono disponibili per la selezione nell'elenco (Figura 2). È quindi possibile scegliere tra i seguenti modelli di materiali:
- 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)
Isotropo | Modello materiale plastico (aste)
Se si seleziona una delle voci precedenti nell'elenco a discesa "Modello materiale", è disponibile una nuova scheda per l'immissione dei parametri del materiale. Quindi, selezionando "Isotropo | Plastic (aste)", viene visualizzata una scheda correlata come mostrato nell'immagine 3.
Innanzitutto, hai la possibilità di selezionare le seguenti opzioni per il tipo di diagramma:
- Corso base
- Bilineare
- Diagramma delle tensioni-deformazioni
Se si seleziona la prima opzione (cioè "Base"), il programma utilizza i valori del database dei materiali per il modulo di elasticità E e la tensione di snervamento fy. Si noti che questo è anche un modello di materiale bilineare, in cui il ramo del grafico non è esattamente orizzontale per ragioni numeriche e ha una piccola pendenza Ep. Al contrario, se il diagramma è definito bilineare (cioè l'opzione "Bilineare"), il programma consente di inserire tu stesso il valore di Ep.
La terza opzione disponibile (cioè, "Diagramma tensioni-deformazioni") consente di definire relazioni più complesse tra tensione e deformazione. Si noti che in questo modello di materiale il diagramma tensioni-deformazioni si riferisce alla tensione longitudinale σx. Diversi punti di snervamento per trazione e compressione non possono essere presi in considerazione con questa opzione.
Isotropo | Modello di materiale plastico (superfici/solidi).
Il modello isotropo del materiale plastico è disponibile anche per superfici e solidi. Allo stesso modo come per "Isotropo | Plastic (aste)", viene visualizzata una scheda correlata quando si seleziona "Isotropo | Plastic (Superfici/Solidi)" nell'elenco a discesa. Oltre alle opzioni per definire il tipo di diagramma (lo stesso di "Isotropo | Plastic (aste)"), è necessario selezionare "Ipotesi di rottura per tensione" (Figura 4).
Le seguenti ipotesi di rottura per tensione sono disponibili per la selezione nel menu a discesa:
- von Mises
- Tresca
- Drucker-Prager
- Mohr-Coulomb
Il criterio di snervamento secondo von Mises è un cilindro circolare con un asse idrostatico nello spazio di tensione principale. Tutti gli stati tensionali all'interno di questo spazio sono completamente elastici. Gli stati di tensione al di fuori di questo spazio non sono consentiti. Con la regola di snervamento di Tresca, lo snervamento plastico si verifica a causa della massima tensione tangenziale.
Come estensione di questi criteri di snervamento, ci sono le regole di snervamento secondo Drucker-Prager e Mohr-Coulomb, in cui lo snervamento plastico si verifica quando la tensione tangenziale massima viene superata localmente. Nel primo c'è un'area di superficie con bordo liscio nello spazio di tensione principale, mentre il secondo è un'area di superficie con bordo non liscio (Figura 5).
Isotropo | Modello di materiale elastico non lineare (aste)
La scheda per l'impostazione dei parametri di "Isotropo | Il modello elastico non lineare (aste)” è molto simile a quello del modello “Isotropo | Plastic (aste)" (Figura 6). In effetti, questi modelli si corrispondono. La differenza tra loro è legata alla distinzione generale tra i modelli di materiali elastici non lineari da un lato e quelli plastici dall'altro.
Se un componente strutturale con un materiale elastico non lineare viene effettivamente rilasciato di nuovo, la deformazione ritorna lungo lo stesso percorso e non c'è più alcuna deformazione quando il componente è completamente scarico. Nel caso di materiali plastici, invece, la deformazione rimane anche dopo che il carico è stato completamente scaricato. Questo è mostrato graficamente nell'immagine 7.
Isotropo | Modello di materiale elastico non lineare (superfici/solidi)
La stessa discussione si applica alla corrispondenza tra "Isotropo | Plastico (Superfici/Solidi)" e "Isotropo | Modelli di materiali elastici non lineari (Superfici/Solidi)”. Le proprietà del modello dovrebbero essere definite allo stesso modo (Figura 8), con la differenza che nessuna deformazione plastica rimane dopo che il carico è stato rimosso.
Isotropo | Modello del materiale di danneggiamento (superfici/solidi).
Le leggi di snervamento menzionate in precedenza nell'articolo sono limitate alla superficie di snervamento nello spazio di tensione principale e le loro regole di snervamento possono essere applicate solo al comportamento del materiale puramente elastico-plastico. Tuttavia, molti materiali non mostrano un comportamento non lineare puramente simmetrico. Per simulare il comportamento dei materiali che sono esposti a un processo di danneggiamento causato da fessure, è necessario un modello di materiale più adatto. Uno di questi materiali è il calcestruzzo, che ha una resistenza a compressione significativamente maggiore rispetto alla resistenza a trazione.
Le fessure che si verificano nell'area di trazione del materiale riducono la rigidità del sistema. Nel caso di cemento armato o calcestruzzo fibrorinforzato, l'armatura assorbe le tensioni di trazione.
Per simulare il comportamento di tali materiali (ad esempio, calcestruzzo fibrorinforzato con acciaio), RFEM 6 offre il metodo "Isotropo | Danno (Superfici/Solidi)”. Se si seleziona questo modello di materiale, la scheda mostrata nell'immagine 9 è disponibile per definire i parametri del modello.
A differenza di altri modelli di materiale, il diagramma tensioni-deformazioni per questo modello di materiale non è antimetrico all'origine. La "Dimensione dell'elemento di riferimento" controlla come la deformazione nell'area della fessura viene ridimensionata alla lunghezza dell'elemento. Con il valore predefinito zero, non viene eseguito alcun ridimensionamento. Di conseguenza, il comportamento del materiale del calcestruzzo fibrorinforzato in acciaio è modellato realisticamente.
Ortotropo | Plastico (Superfici, Solidi) | Modello di materiale di Tsai-Wu
Con il modello di materiale plastico ortotropo per superfici e solidi in RFEM 6, le superfici e i solidi con proprietà dei materiali plastici possono essere calcolati e valutati secondo il criterio di rottura di Tsai-Wu. Questo modello di materiale combina proprietà plastiche e ortotrope, che consente una modellazione speciale di materiali con proprietà anisotrope. Questo modello di materiale può quindi essere utilizzato per rappresentare il comportamento di plastica rinforzata con fibre o pannelli a base di legno.
In questo modello di materiale, l'intervallo elastico corrisponde a "Ortotropo | Linear Elastic (Solidi)", mentre per il dominio plastico si applica lo snervamento secondo Tsai-Wu. L'immagine 10 mostra le condizioni di snervamento sia per le superfici (2D) che per i solidi (3D).
Se il valore di fy (σ) secondo l'equazione di Tsai-Wu, stato di tensione piano, è inferiore a 1, le tensioni sono nell'intervallo elastico. Il dominio plastico è raggiunto non appena fy (σ) = 1. I valori superiori a 1 non sono consentiti. Il comportamento del modello è idealmente plastico, cioè non c'è irrigidimento.
Sommario
L'add-on Comportamento non lineare del materiale consente di considerare le non linearità dei materiali in RFEM 6. Se si attiva questo add-on nei Dati di base del modello, l'elenco dei modelli di materiale si espande ed è possibile selezionare facilmente il modello di materiale non lineare di interesse.
When working with nonlinear material models, the program always performs an iterative calculation. A seconda del modello scelto, definisce una relazione diversa tra le tensioni e le deformazioni. La rigidezza degli elementi finiti viene continuamente modificata nel corso delle iterazioni fino a quando la relazione tensione-deformazione non è soddisfatta.
La regolazione viene sempre eseguita per un'intera superficie o per un elemento solido. Pertanto, si consiglia di utilizzare sempre il tipo di smussamento "Costante sugli elementi della mesh" quando si valutano le tensioni, come mostrato nell'immagine 11.
