Materiali

I materiali sono necessari per la definizione di superfici, sezioni trasversali e corpi volumetrici. Le proprietà dei materiali influiscono sulla rigidità di questi oggetti.

Finestra di dialogo "Nuovo materiale"

Nome

È possibile assegnare un nome qualsiasi al materiale. Se la designazione coincide con un elemento della biblioteca, RFEM legge le proprietà del materiale memorizzate. Per selezionare il materiale dalla biblioteca, fare clic sul pulsante alla fine della riga di inserimento. L'integrazione dei materiali è descritta nel capitolo Materialbibliothek.

Per i materiali della biblioteca, i 'Valori di base del materiale' sono preimpostati e non modificabili. Se si desidera utilizzare i valori personalizzati del materiale, selezionare la casella di controllo Materiale personalizzato nella sezione 'Opzioni' (vedere sezione Benutzerdefiniertes Material).

Base

La scheda Base gestisce i parametri di base del materiale. Offre anche funzioni di controllo per caratteristiche speciali che è possibile definire in schede aggiuntive.

Categorie

In questa sezione, si stabilisce il tipo di materiale e il modello di materiale.

Tipo di materiale

Il tipo di materiale determina quali parametri e coefficienti sono rilevanti per il dimensionamento. Questa classificazione determina anche i coefficienti parziali di sicurezza del materiale, che sono tenuti in considerazione in base alla norma durante il dimensionamento.

Per un materiale della biblioteca, viene preimpostato uno dei seguenti tipi di materiale.

Tipi materiali

Modello di materiale

Nell'elenco sono disponibili i seguenti modelli di materiale:

Selezione del modello di materiale

Isotropo | Lineare elastico

Le proprietà di rigidità lineari-elastiche del materiale sono indipendenti dalla direzione. Possono essere descritte come segue:

Si applicano le seguenti condizioni:

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

La matrice di cedevolezza (inversione della matrice di rigidità) per le superfici è:

Ortotropo | Lineare elastico (superfici)

In questo modello di materiale, è possibile definire proprietà di rigidità diverse nelle due direzioni della superficie x e y. Ciò consente di rappresentare, ad esempio, le proprietà dei materiali in plastica rinforzata con fibre di vetro, solai nervati o direzioni di tensione delle lastre armate. Gli assi della superficie x e y sono perpendicolari tra loro nel piano della superficie.

Per definire diverse proprietà del materiale per le direzioni x e y, attivare nella sezione 'Opzioni' la casella di controllo Materiale personalizzato. Nella scheda Ortotropo | Lineare elastico (superfici) è possibile definire i parametri del materiale.

Matrice di rigidezza per materiale elastico lineare ortotropo (superfici)

Per una matrice di rigidità definita 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 rappresenta l'allungamento nella direzione della tensione, il secondo indice la deformazione negativa perpendicolare alla direzione della tensione.

Ortotropo | Lineare elastico (volumi)

Nel modello ortotropico tridimensionale, le rigidità elastiche possono essere definite separatamente per tutte le direzioni del volume. Per definire diverse proprietà del materiale per ogni direzione, attivare nella sezione 'Opzioni' la casella di controllo Materiale personalizzato. Nella scheda Ortotropo | Lineare elastico (volumi) è possibile definire i parametri del materiale.

Matrice di rigidezza per materiale elastico lineare ortotropo (solidi)

Gli elementi della matrice di rigidità determinati dagli input vengono indicati nella scheda 'Ortotropo | Lineare elastico (volumi) - matrice di rigidità'.

Isotropo | Legno | Lineare elastico (aste)

Questo modello di materiale è disponibile per i materiali del tipo 'Legno'. Consente di rappresentare, ad esempio, le proprietà di una lastra OSB in un modello di asta, che registra le rigidità variabili a seconda della posizione di installazione. La posizione della lastra può essere stabilita nella scheda Isotropo | Legno | Lineare elastico (aste) tramite due elenchi.

Parametri di un materiale ligneo elastico lineare isotropo per aste

Ortotropo | Legno | Lineare elastico (superfici)

Nei materiali del tipo 'Legno', questo modello di materiale consente di controllare il modulo di elasticità in base all'effetto portante come parete o lastra e il modulo di taglio G_xy: le lastre OSB, ad esempio, presentano rigidità direzione-dipendente in base alla posizione di installazione nel modello.

I parametri di rigidità possono essere definiti nella scheda Ortotropo | Legno | Lineare elastico (superfici). Nei materiali di legno della biblioteca, i valori standard sono preimpostati. Per definire diverse proprietà del materiale per ogni direzione, attivare prima nella sezione 'Opzioni' la casella di controllo Materiale personalizzato.

Parametri di un materiale ligneo elastico lineare ortotropo per superfici

Valori di base del materiale

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

Sezione "Valori caratteristici di base"

Modulo di elasticità

Il 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 slittamento, è il secondo parametro utilizzato per descrivere il comportamento elastico di un materiale omogeneo, isotropo e lineare. In questo caso, la deformazione si basa su una tensione di taglio.

Coefficiente di Poisson

Il coefficiente di Poisson ν, noto anche come rapporto di Poisson, è necessario per determinare la contrazione laterale. Nei materiali isotropi, il coefficiente di Poisson è solitamente compreso tra 0,0 e 0,5. A partire dal valore 0,5 (ad esempio gomma) è quindi ragionevole assumere che il materiale non sia isotropo.

La relazione tra il modulo di elasticità, il modulo di taglio e il coefficiente di Poisson in un materiale isotropo è descritta nell'equazione Rapporto di Poisson.

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

Tipo di definizione

Peso specifico / Densità

Il peso specifico γ descrive il peso del materiale per unità di volume. Questa indicazione è particolarmente rilevante per il caso di carico "Peso proprio": il carico automatico del modello viene determinato dal peso specifico e dalle sezioni trasversali utilizzate per le aste, o dalle superfici e dai volumi.

La densità ρ descrive la massa del materiale per unità di volume. Questa indicazione è necessaria per le analisi dinamiche.

Coefficiente di dilatazione termica

Il coefficiente di dilatazione termica α descrive la relazione lineare tra variazioni di temperatura e lunghezza (espansione dei materiali in caso di riscaldamento, contrazione in caso di raffreddamento).

Il coefficiente di dilatazione termica è rilevante per i casi di carico 'Temperatura' e 'Variazione della 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.

Sezione "Opzioni"

Materiale personalizzato

Per i materiali della biblioteca, i valori del materiale sono preimpostati e quindi 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 saranno accessibili nella scheda 'Base'. È inoltre possibile modificare i valori specifici del dimensionamento nella scheda 'Valori del materiale' (vedere immagine Adattamento delle proprietà del materiale). Nella scheda 'Modifica rigidità' è possibile scalare globalmente i moduli E e G utilizzando un fattore (vedere immagine Adattamento della rigidità del materiale).

Dipendente dalla temperatura

Per definire un materiale lineare elastico con proprietà di tensione-deformazione dipendenti dalla temperatura, attivare le caselle di controllo 'Personalizzato' e 'Dipendente dalla temperatura'. Nella scheda Dipendente dalla temperatura è quindi possibile definire le proprietà del materiale dipendenti dalla temperatura.

Stima dei costi

Per la stima dei costi, vengono utilizzati i materiali assegnati ai singoli oggetti. Le unità e i costi unitari degli oggetti possono essere definite 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 le emissioni unitarie 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 con una rappresentazione molto realistica. Nella scheda 'Texture personalizzata', selezionare una voce esistente o definire una nuova texture con il pulsante (vedi capitolo Texture).

Valori del materiale

Nella scheda Valori del materiale sono indicati tutti i valori del materiale che giocano un ruolo nell'analisi statica e nel dimensionamento nel componenti aggiuntivi.

Regolazione delle proprietà del materiale

Modifica della rigidità

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

Regola la rigidezza del materiale

Nell'elenco della sezione 'Tipo di modifica' ci sono due opzioni tra cui scegliere:

• Fattore di divisione per i moduli E e G
• Fattore di moltiplicazione per i moduli E e G

Nella sezione 'Parametri', specificare il fattore con cui si desidera adattare la rigidità del materiale.

Se è presente un materiale con proprietà ortotropiche, nella scheda Ortotropo | Lineare elastico è possibile adattare i moduli E e G, nonché il coefficiente di Poisson (vedere immagine Matrice di rigidità). Se nella scheda Ortotropo | Lineare elastico | Matrice di rigidità si attiva l'opzione 'Impostare elementi matrice di rigidità', è possibile anche impostare manualmente gli elementi della matrice di rigidità.

Definizione degli elementi della matrice di rigidezza

Dipendente dalla temperatura

La scheda Dipendente dalla temperatura viene visualizzata quando nella scheda 'Base' sono selezionate le opzioni Materiale personalizzato e Dipendente dalla temperatura. Qui è possibile descrivere i valori materiali dipendenti dalla temperatura. Le proprietà del materiale dipendenti dalla temperatura vengono considerate per gli oggetti soggetti a carico termico dallo scenario di temperatura o variazione di temperatura. Durante il calcolo dei carichi termici, viene considerata la temperatura finale di ciascun passo.

Definizione delle proprietà del materiale dipendenti dalla temperatura

Nell'elenco 'Valore del materiale dipendente dalla temperatura', selezionare un valore del materiale, ad esempio il modulo E. Utilizzando il pulsante , creare le righe richieste nella tabella, quindi inserire le temperature e i valori associati riga per riga. Tramite il pulsante , è possibile importare i dati anche da un file Excel.

La 'Temperatura di riferimento' determina le rigidità per gli oggetti che non sono soggetti a carichi termici. Un valore di riferimento di, ad esempio, 300 °C assume per tutte le aste e le superfici il modulo E ridotto a quel punto della curva temperatura.

Biblioteca dei materiali personalizzati

È possibile salvare un materiale personalizzato in una biblioteca come modello. Così non sarà necessario ridefinire le proprietà del materiale in altri progetti.

Salvare il materiale

Per salvare il materiale corrente come materiale personalizzato, fare clic sul pulsante nella sezione 'Valori di base del materiale' in basso: .

Salva materiale definito dall'utente nel database

Appare il dialogo 'Nuovo materiale personalizzato'.

Finestra di dialogo "Nuovo materiale personalizzato"

Inserire nel campo 'Nome' la denominazione del materiale. Se necessario, è possibile adattare ulteriormente i valori del materiale. Con OK, salvare il materiale personalizzato nella biblioteca.

Leggere il materiale

Per leggere un materiale personalizzato dalla biblioteca, fare clic sul pulsante nella sezione 'Valori di base del materiale': .

Importazione di materiale definito dall’utente dalla libreria

Appare il dialogo 'Modifica materiale personalizzato'. In questa biblioteca con i materiali salvati (vedere immagine Dialogo 'Nuovo materiale personalizzato'), è possibile selezionare la voce appropriata e quindi accettarla con OK.

Qualora si desideri cambiare le proprietà di un materiale personalizzato letto in modo generale, è possibile adattare i valori del materiale tramite il pulsante (nella sezione 'Valori di base del materiale') nella biblioteca.

Impostare il percorso della biblioteca

La biblioteca con i materiali personalizzati è preimpostata nel file user_library_material.dbm nella cartella delle configurazioni dell'utente. È possibile controllare questa cartella nelle Opzioni del programma.

Verifica dell'ubicazione della libreria dei materiali definiti dall'utente

Selezionando nella categoria Database l'elemento Biblioteca materiale utente (1) e visualizzando quindi la cartella del file user_library_material.dbm tramite il pulsante (2), determinare il percorso. Se si desidera utilizzare un'altra biblioteca di materiali che si trova su un'unità di rete della vostra azienda, impostate la directory del file e fate clic su 'Salva'. È anche possibile trasferire il file su un altro computer e impostare il percorso del file opportunamente nella stessa finestra di dialogo.

Stima dei costi

La scheda Stima dei costi viene visualizzata quando nella scheda 'Base' è selezionata l'opzione Stima dei Costi.

Definizione dei costi unitari e delle unità per il materiale

Spuntare le caselle per gli oggetti strutturali 'Aste', 'Superfici' e 'Volumetrici' per definire quale proprietà del materiale è rilevante per la stima dei costi: peso, volume, superficie, ecc.

Nella colonna 'Costo unitario', inserire il valore che una unità di materiale costa. Nella colonna 'Unità', l'elenco offre diverse opzioni per le unità di costo.

Il programma calcola automaticamente i costi parziali partendo dal costo unitario e prendendo in considerazione le proprietà degli oggetti strutturali a cui il materiale è associato.

Il 'Peso totale' alla fine della tabella indica la massa totale risultante dalla somma di tutti i pesi parziali attivati del materiale. Inoltre, si mostra la percentuale che questo materiale ha rispetto alla massa totale di tutti i materiali considerati per la stima.

Il 'Costo totale' mostra il prezzo risultante dalla somma di tutti i costi parziali attivati del materiale. Inoltre, si mostra la percentuale che questo materiale ha rispetto al costo totale di tutti i materiali considerati per la stima.

Il 'Costo complessivo' è il risultato della 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 viene visualizzata quando nella scheda 'Base' è selezionata l'opzione Stima delle emissioni di CO₂.

Definizione delle emissioni unitarie e delle unità dei materiali

Spuntare le caselle per gli oggetti strutturali 'Aste', 'Superfici' o 'Volumetrici' in base a quale proprietà del materiale è rilevante per la stima delle emissioni di CO₂: peso, volume, superficie, ecc.

Nella colonna 'Emissioni unitario', inserire il valore di CO₂ che viene emesso per ciascuna unità del materiale. Nella colonna 'Unità', l'elenco offre diverse unità di emissioni equivalenti a CO₂.

Il programma calcola direttamente le emissioni di CO₂ parziali dalle emissioni unitarie e prendendo in considerazione le proprietà degli oggetti strutturali a cui il materiale è associato. Il calcolo è diretto e non tramite una funzione separata come in altri componenti aggiuntivi.

LEmissione totale' mostra gli equivalenti di CO₂ risultanti dalla somma di tutte le emissioni parziali attivate del materiale. Inoltre, viene visualizzata la percentuale di emissioni che ha questo materiale rispetto alle emissioni complessive di tutti i materiali attivati per la stima.