Materiali

I materiali sono necessari per la definizione di superfici, sezioni e corpi volumetrici. Le proprietà del materiale influiscono sulla rigidezza di questi oggetti.

Nome

È possibile assegnare un nome qualsiasi al materiale. Se la denominazione corrisponde a una voce della libreria, RFEM legge i valori di materiale archiviati. Per selezionare il materiale dalla libreria, fare clic sul pulsante alla fine della riga di inserimento. Il trasferimento dei materiali è descritto nel capitolo Materialbibliothek.

Per i materiali della libreria, i 'Valori di materiale di base' sono preimpostati e non modificabili. Se si desidera utilizzare valori definiti dall'utente, selezionare l'opzione 'Materiale personalizzato' nella sezione 'Opzioni' (vedi sezione Materiale personalizzato).

Base

La scheda Base gestisce i parametri di base del materiale. Offre anche opzioni di controllo per proprietà speciali, che è possibile impostare in schede aggiuntive.

Categorie

In questa sezione è possibile definire il tipo di materiale e il modello di materiale.

Tipo di materiale

Il tipo di materiale determina quali parametri e coefficienti sono rilevanti per la progettazione. Questa classificazione definisce anche i coefficienti parziali di sicurezza del materiale, rilevanti per la progettazione secondo le normative.

Per un materiale della libreria, è preimpostato uno dei seguenti tipi di materiale.

Modello di materiale

Nell'elenco sono disponibili i seguenti modelli di materiale:

Isotropo | Linearmente elastico

Le proprietà di rigidezza linearmente elastiche del materiale sono indipendenti dalla direzione. Possono essere descritte come segue:

Le condizioni seguenti sono valide:

• E > 0
• G > 0
• -1 < ν ≤ 0,5 (per superfici e corpi volumetrici; per aste non c'è limite superiore)

La matrice di vincolo (inversione della matrice di rigidezza) per le superfici è:

Ortotropo | Linearmente elastico (Superfici)

In questo modello di materiale è possibile definire proprietà di rigidezza diverse nelle due direzioni della superficie x e y. Questo consente di rappresentare ad esempio le proprietà di plastica rinforzata con fibra di vetro, solette con nervature o direzioni di tensione delle solette in calcestruzzo armato. Gli assi delle superfici x e y sono ortogonali tra loro nel piano della superficie.

Per definire proprietà di materiale diverse per le direzioni x e y, attivare l'opzione 'Materiale personalizzato' nella sezione 'Opzioni'. Nella scheda Ortotropo | Linearmente elastico (Superfici) è possibile impostare i parametri del materiale.

Per avere una matrice di rigidezza definitivamente positiva, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:

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

  coefficiente di Poisson

Il coefficiente di Poisson può essere definito per entrambe le direzioni ortotropiche. Gli indici per ν_xy e ν_yx sono assegnati come segue: il primo indice si riferisce all'estensione nella direzione dello stress, il secondo indice si riferisce all'estensione negativa trasversalmente alla direzione dello stress.

Ortotropo | Linearmente elastico (Corpi volumetrici)

Nel modello di materiale ortotropo tridimensionale, le rigidezze elastiche possono essere definite separatamente in tutte le direzioni del corpo volumetrico. Per definire proprietà di materiale diverse per ciascuna direzione, attivare il controllo 'Materiale personalizzato' nella sezione 'Opzioni'. Nella scheda Ortotropo | Linearmente elastico (Corpi volumetrici) è possibile impostare i parametri del materiale.

Gli elementi della matrice di rigidezza calcolati dai dati inseriti sono indicati nella scheda 'Ortotropo | Linearmente elastico (Corpi volumetrici) - Matrice di rigidezza'.

Isotropo | Legno | Linearmente elastico (Aste)

Questo modello di materiale è disponibile per materiali di tipo 'Legno'. Ciò consente, ad esempio, di modellare le proprietà di un pannello OSB in un modello a bastone, che tiene conto delle diverse rigidezze a seconda della posizione di installazione. La posizione del pannello può essere definita nella scheda Isotropo | Legno | Linearmente elastico (Aste) utilizzando i due elenchi.

Ortotropo | Legno | Linearmente elastico (Superfici)

Per materiali di tipo 'Legno', con questo modello di materiale è possibile controllare il modulo di Young in relazione alla funzionalità come muro o lastra e il modulo di taglio G_xy: ad esempio, i pannelli OSB presentano rigidezze direzionali a seconda della posizione di installazione nel modello.

I parametri di rigidezza possono essere definiti nella scheda Ortotropo | Legno | Linearmente elastico (Superfici). Per materiali in legno dalla libreria, i valori standard sono preimpostati. Per definire proprietà di materiale diverse per ciascuna direzione, attivare prima l'opzione 'Materiale personalizzato' nella sezione 'Opzioni'.

Valori di base del materiale

In questa sezione della scheda 'Base' sono indicati i principali valori caratteristici del materiale.

Modulo di elasticità

Il modulo di Young, o modulo di elasticità E, descrive il rapporto tra tensione normale e deformazione.

Modulo di taglio

Il modulo di taglio G, noto anche come modulo di scorrimento, è la seconda caratteristica per descrivere il comportamento elastico di un materiale lineare, isotropo e omogeneo. La deformazione si basa in questo caso su una tensione di taglio.

Numero di Poisson

Il coefficiente di Poisson ν, noto anche come il modulo di Poisson, è necessario per la determinazione della contrazione laterale. Nei materiali isotropi, di solito varia tra 0,0 e 0,5. Se viene assunto un valore di 0,5 (ad es. gomma), si dovrebbe presumere che il materiale non sia isotropo.

La relazione tra il modulo di elasticità E, il modulo di taglio G e il numero di Poisson in un materiale isotropo è descritta nell'equazione Numero di Poisson.

Se si inserisce un Materiale personalizzato con le sue proprietà isotropiche, RFEM calcola il coefficiente di Poisson dai valori del modulo di elasticità E e del modulo di taglio G. Questa impostazione predefinita può essere modificata nell'elenco 'Tipo di definizione' se necessario.

Tipo di definizione

Peso specifico / Densità

Il peso specifico γ descrive il peso del materiale per unità di volume. Questo dato è particolarmente rilevante per la situazione di carico "peso proprio": il peso proprio automatico del modello viene calcolato dal peso specifico e dalle sezioni trasversali delle aste utilizzate o dalle superfici e dai corpi volumetrici.

La densità ρ descrive la massa del materiale per unità di volume. Questo dato è necessario per le analisi dinamiche.

Coefficiente di dilatazione termica

Il coefficiente di dilatazione termica α descrive la relazione lineare tra variazioni di temperatura e variazioni di lunghezza (allungamento del materiale quando viene riscaldato, contrazione quando viene raffreddato).

Il coefficiente di dilatazione termica è rilevante per i tipi di carico 'Temperatura' e 'Variazione di temperatura'.

Opzioni

Le caselle di controllo in questa sezione della scheda 'Base' consentono di influenzare le proprietà del materiale. Dopo aver attivato un'opzione, vengono aggiunte nuove schede.

Materiale personalizzato

Per i materiali dalla libreria, i valori del materiale sono preimpostati. Pertanto, non possono essere modificati direttamente nei campi di inserimento. Per adattare le proprietà di un materiale, attivare la casella di controllo 'Materiale personalizzato'. In questo modo, i campi di inserimento dei valori di base del materiale nella scheda 'Base' diventano accessibili. Inoltre, è possibile modificare i valori specifici della progettazione nella scheda 'Valori del materiale' (vedi immagine Adattare i valori del materiale). Nella scheda 'Modifica della rigidezza' è possibile scalare in modo globale il modulo di elasticità E e il modulo di taglio G con un fattore (vedi immagine Adattare la rigidezza del materiale).

Dipendente dalla temperatura

Per definire un materiale linearmente elastico con proprietà di tensione-deformazione dipendenti dalla temperatura, attivare le caselle di controllo 'Personalizzato' e 'Dipendente dalla temperatura'. In questo modo è possibile impostare i valori del materiale dipendenti dalla temperatura nella scheda Dipendente dalla temperatura.

Stima dei costi

Per la determinazione dei costi, vengono utilizzati i materiali assegnati ai singoli oggetti. È possibile definire i costi unitari e le unità degli oggetti nella scheda Stima dei costi.

Stima delle emissioni di CO₂

Anche la stima delle emissioni di CO₂ si basa sui materiali assegnati ai singoli oggetti. È possibile definire i costi unitari e le unità nella scheda Stima delle emissioni di CO₂.

Texture personalizzata

Con una texture personalizzata è possibile assegnare al materiale una struttura superficiale. Gli oggetti vengono quindi visualizzati nel rendering in modo molto realistico. Nella scheda 'Texture personalizzata', selezionare una voce esistente oppure definire una nuova texture tramite il pulsante (vedi capitolo Texture).

Valori del materiale

Nella scheda Valori del materiale sono indicati tutti i valori caratteristici del materiale che giocano un ruolo nell'analisi statica e nella progettazione nei componenti aggiuntivi.

Modifica della rigidezza

La scheda Modifica della rigidezza è visualizzata se nella scheda 'Base' è stata selezionata l'opzione Materiale personalizzato. Qui è possibile adattare globalmente la rigidezza del materiale, ad esempio per considerare fattori di sicurezza o proprietà del materiale ridotte.

Nell'elenco della sezione 'Tipo di modifica' sono disponibili due opzioni:

• Fattore di divisione per i moduli di elasticità e di taglio
• Fattore di moltiplicazione per i moduli di elasticità e di taglio

Nella sezione 'Parametri', inserire il fattore con cui adattare la rigidezza del materiale.

Per un materiale con proprietà ortotrope, nella scheda Ortotropo | Linearmente elastico è possibile adattare i moduli di elasticità e di taglio, nonché i coefficienti di Poisson (vedi immagine Matrice di rigidezza). Se nella scheda Ortotropo | Linearmente elastico | Matrice di rigidezza si attiva l'opzione 'Imposta elementi della matrice di rigidezza', è possibile anche impostare manualmente gli elementi della matrice di rigidezza.

Dipendente dalla temperatura

La scheda Dipendente dalla temperatura è visualizzata se nella scheda 'Base' sono state selezionate le opzioni Materiale personalizzato e Dipendente dalla temperatura. Qui è possibile descrivere i valori caratteristici del materiale dipendenti dalla temperatura. Le proprietà del materiale dipendenti dalla temperatura sono considerate per gli oggetti sottoposti a carico termico causato da temperatura o variazione di temperatura. Nel calcolo dei carichi termici è utilizzata la temperatura finale di ogni passo.

Nell'elenco 'Valore caratteristico dipendente dalla temperatura', selezionare un valore materiale, ad esempio il modulo di elasticità. Creare quindi le righe della tabella necessarie tramite il pulsante per inserire riga per riga le temperature con i relativi valori. Tramite il pulsante , è possibile importare anche i dati da una tabella Excel.

La 'Temperatura di riferimento' definisce le rigidezze per gli oggetti che non sono sottoposti a carichi termici. Ad esempio, con un valore di riferimento di 300 °C, per tutte le aste e le superfici viene utilizzato il modulo di elasticità ridotto a questo punto della curva di temperatura.

Libreria personalizzata dei materiali

È possibile salvare un materiale personalizzato in una libreria come modello. In questo modo, non è necessario ridefinire le proprietà del materiale in altri progetti.

Salvare il materiale

Per salvare il materiale corrente come materiale personalizzato, dopo aver impostato i valori del materiale, fare clic sul pulsante in fondo alla sezione 'Valori di base del materiale'.

Viene visualizzata la finestra di dialogo 'Nuovo materiale personalizzato'.

Inserire il nome del materiale nel campo 'Nome'. Se necessario, è possibile adattare i valori caratteristici del materiale. Con OK il materiale personalizzato viene quindi salvato nella libreria.

Recuperare il materiale

Per recuperare un materiale personalizzato dalla libreria, fare clic sul pulsante nella sezione 'Valori di base del materiale'.

Viene visualizzata la finestra di dialogo 'Modifica materiale personalizzato'. In questa libreria con i materiali salvati (vedi immagine Finestra di dialogo 'Nuovo materiale personalizzato'), selezionare la voce appropriata e confermare con OK.

Se avete recuperato un materiale personalizzato e desiderate modificarne le proprietà generalmente, potete adattare i valori del materiale tramite il pulsante (nella sezione 'Valori di base del materiale') nella libreria.

Impostare il percorso della libreria

La libreria con i materiali personalizzati è per impostazione predefinita memorizzata nel file user_library_material.dbm nella directory delle configurazioni utente. È possibile verificare questa directory nelle Opzioni del programma.

Selezionare nella categoria Database la voce Libreria dei materiali personalizzata (1). Quindi visualizzare la cartella del file user_library_material.dbm tramite il pulsante (2). Se si desidera utilizzare un'altra libreria di materiali situata su un'unità di rete dell'azienda, impostare la directory del file e fare clic su 'Salva'. È però possibile anche trasferire il file su un altro computer e impostare il percorso di salvataggio adeguato nello stesso dialogo.

Stima dei costi

La scheda Stima dei costi è visualizzata se nella scheda 'Base' è stata selezionata l'opzione Stima dei costi.

Selezionare per gli oggetti strutturali 'Aste', 'Superfici' e 'Corpi volumetrici' quale caratteristica del materiale è rilevante per la stima dei costi: Peso, Volume o Superficie, ecc.

Nella colonna 'Costi unitari', inserire il valore che un'unità di materiale costa. Nell'elenco della colonna 'Unità' sono disponibili diverse opzioni per i costi unitari.

Dai costi unitari e dalle proprietà degli oggetti strutturali associati al materiale, il programma calcola direttamente i costi parziali.

Il 'Peso totale' alla fine della tabella mostra la massa risultante dalla somma di tutti i pesi delle parti attivate del materiale. Inoltre, viene indicata la quota percentuale del peso totale associata a questo materiale rispetto alla massa di tutti i materiali attivati per la stima dei costi.

I 'Costi totali' mostrano il prezzo risultante dalla somma di tutti i costi delle parti attivate del materiale. Inoltre, viene indicata la quota percentuale del costo complessivo associata a questo materiale rispetto al prezzo complessivo di tutti i materiali attivati per la stima dei costi.

I 'Costi complessivi' risultano dalla somma dei costi totali di tutti i materiali attivati per la stima dei costi.

Stima delle emissioni di CO₂

La scheda Stima delle emissioni di CO₂ è visualizzata se nella scheda 'Base' è selezionata l'opzione Stima delle emissioni di CO₂.

Selezionare per gli oggetti strutturali 'Aste', 'Superfici' e 'Corpi volumetrici' quale caratteristica del materiale è rilevante per la stima delle emissioni di CO₂: Peso, Volume o Superficie, ecc.

Nella colonna 'Emissioni unitarie', inserire il valore di CO₂ causato da un'unità di materiale. Nell'elenco della colonna 'Unità' sono disponibili diverse unità di emissione per equivalenti CO₂.

Dalle emissioni unitarie e dalle proprietà degli oggetti strutturali associati al materiale, il programma calcola direttamente le emissioni di CO₂ parziali. Il calcolo viene quindi eseguito direttamente e non attraverso una funzione separata come in altri componenti aggiuntivi.

Le 'Emissioni totali' mostrano gli equivalenti CO₂ risultanti dalla somma di tutte le emissioni delle parti attivate del materiale. Inoltre, viene indicata la quota percentuale delle emissioni associata a questo materiale rispetto alle emissioni complessive di tutti i materiali attivati per la stima delle emissioni.

Le 'Emissioni complessive' risultano dalla somma delle emissioni totali di tutti i materiali attivati per la stima delle emissioni di CO₂.