Materiali

I materiali sono necessari per la definizione delle superfici, delle sezioni trasversali e dei corpi solidi. Le proprietà del materiale confluiscono nelle rigidezze di questi oggetti.

Nome

È possibile assegnare un nome qualsiasi al materiale. Se la denominazione coincide con una voce della biblioteca, RFEM legge i valori caratteristici del materiale memorizzati. Per selezionare il materiale dalla biblioteca, cliccare sul pulsante alla fine della riga di inserimento. Il trasferimento dei materiali è descritto nel capitolo Biblioteca dei materiali.

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

Base

La scheda Base gestisce i parametri fondamentali del materiale. Offre anche opzioni di controllo per proprietà particolari, che possono essere definite in schede aggiuntive.

Categorie

In questa sezione si definisce il tipo di materiale e il modello di materiale.

Tipo di materiale

Il tipo di materiale controlla quali parametri e coefficienti sono rilevanti per il dimensionamento. Questa classificazione determina anche i coefficienti di sicurezza parziali del materiale, che vengono considerati durante il dimensionamento a seconda della norma.

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

Modello di materiale

Nell'elenco sono disponibili i seguenti modelli di materiale:

Isotropo | Lineare elastico

Le proprietà di rigidezza lineare elastica 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 solidi; illimitato superiormente per barre)

La matrice di flessibilità (inverso della matrice di rigidezza) per le superfici è:

Ortotropo | Lineare elastico (Superfici)

In questo modello di materiale è possibile definire proprietà di rigidezza che differiscono nelle due direzioni della superficie x e y. In questo modo si possono rappresentare, ad esempio, le proprietà di materiale plastico rinforzato con fibra di vetro, solai con nervature o direzioni di rinforzo di solai. Gli assi della superficie x e y sono ortogonali 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 quindi impostare i parametri del materiale.

Per una matrice di rigidezza positivamente definita 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 così assegnati: Il primo indice rappresenta l'allungamento nella direzione della sollecitazione, il secondo indice l'allungamento negativo perpendicolare alla direzione della sollecitazione.

Ortotropo | Lineare elastico (Volumi)

Nel modello tridimensionale di materiale ortotropo, le rigidezze elastiche possono essere definite separatamente in tutte le direzioni del corpo solido. 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 quindi impostare i parametri del materiale.

Gli elementi della matrice di rigidezza determinati in base ai dati di input vengono indicati nella scheda 'Ortotropo | Lineare elastico (Volumi) - Matrice di rigidezza'.

Isotropo | Legno | Lineare elastico (Barre)

Questo modello di materiale è disponibile per i materiali del tipo 'Legno'. Permette, ad esempio, di rappresentare le proprietà di una lastra di OSB in un modello a trave, che tiene conto delle diverse rigidezze in funzione della posizione di installazione. La posizione della lastra può essere definita nella scheda Isotropo | Legno | Lineare elastico (Barre) attraverso i due elenchi.

Ortotropo | Legno | Lineare elastico (Superfici)

Per i materiali del tipo 'Legno', questo modello di materiale permette di controllare il modulo di elasticità in relazione all'effetto portante come parete o piastra, così come il modulo di taglio G_xy: le lastre OSB, ad esempio, mostrano rigidezze dipendenti dalla direzione a seconda della posizione di installazione nel modello.

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

Valori caratteristici fondamentali del materiale

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

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 scorrimento, è il secondo valore caratteristico per descrivere il comportamento elastico di un materiale lineare, isotropo e omogeneo. La deformazione si basa in questo caso su una sollecitazione 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 da un valore di 0,5 (ad esempio gomma), si presume che non vi sia un materiale isotropo.

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

Se si immette un Materiale personalizzato con le sue proprietà isotrope, RFEM determina il coefficiente di Poisson dai valori del modulo di elasticità e del modulo di taglio. 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. Questo valore è particolarmente significativo per il caso di carico "Peso proprio": il carico automatico del modello viene determinato dal peso specifico e dalle superfici delle sezioni trasversali delle barre utilizzate, così come dalle superfici e dai corpi solidi.

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

Coefficiente di espansione termica

Il coefficiente di espansione termica α descrive la relazione lineare tra variazioni di temperatura e variazioni di lunghezza (deformazione del materiale con il riscaldamento, compressione con il raffreddamento).

Il coefficient de 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 ulteriori schede.

Materiale personalizzato

Per i materiali della biblioteca, i valori caratteristici del materiale sono preimpostati. Pertanto, non possono essere modificati direttamente nei campi di immissione. Per adattare le proprietà di un materiale, attivare la casella di controllo 'Materiale personalizzato'. In questo modo, i campi di immissione dei valori caratteristici fondamentali del materiale nella scheda 'Base' saranno accessibili. Inoltre, è possibile modificare i valori caratteristici specifici per il dimensionamento nella scheda 'Valori del materiale' (vedere immagine Adattamento valori caratteristici del materiale). Nella scheda 'Modifica rigidezza' è possibile scalare globalmente il modulo di elasticità e il modulo di taglio con un fattore (vedere immagine Adattamento rigidezza 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'. È quindi possibile impostare nella scheda Dipendente dalla temperatura i valori caratteristici dipendenti dalla temperatura.

Valori del materiale

Nella scheda Valori del materiale sono indicati tutti i valori caratteristici del materiale rilevanti per l'analisi statica e il dimensionamento nei componenti aggiuntivi.

Modifica rigidezza

La scheda Modifica rigidezza appare quando nella scheda 'Base' si è selezionata l'opzione Materiale personalizzato. È possibile qui adattare globalmente la rigidezza del materiale, ad esempio per tenere conto di fattori di sicurezza o di proprietà del materiale ridotte.

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

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

Inserire nella sezione 'Parametri' il fattore con cui modificare la rigidezza del materiale.

Se è presente un materiale con proprietà ortotropiche, nella scheda Ortotropo | Lineare elastico è possibile adattare i moduli E e G così come i coefficienti di Poisson (vedere immagine Matrice di rigidezza). Se si attiva l'opzione 'Imposta elementi della matrice di rigidezza' nella scheda Ortotropo | Lineare elastico | Matrice di rigidezza, è possibile definire manualmente anche gli elementi della matrice di rigidezza.

Dipendente dalla temperatura

La scheda Dipendente dalla temperatura appare quando nella scheda 'Base' si selezionano le opzioni Materiale personalizzato e Dipendente dalla temperatura. È possibile qui descrivere i valori caratteristici del materiale dipendenti dalla temperatura. Le proprietà del materiale dipendenti dalla temperatura vengono considerate per gli oggetti sottoposti a sollecitazioni termiche a causa della temperatura o della variazione di temperatura. Nell'analisi dei carichi termici, la temperatura finale del rispettivo passo viene utilizzata.

Selezionare nell'elenco 'Valore caratteristico dipendente dalla temperatura' un valore caratteristico del materiale, ad esempio il modulo di elasticità. Quindi, generare con il pulsante le righe necessarie della tabella, in modo da poter inserire le temperature con i valori corrispondenti riga per riga. Con il pulsante è possibile importare i dati anche da una tabella Excel.

La 'Temperatura di riferimento' determina le rigidezze per gli oggetti che non presentano carichi termici. Con un valore di riferimento di, per esempio, 300 °C, per tutte le barre e superfici viene adottato il modulo di elasticità ridotto di questo punto della curva di temperatura.

Biblioteca del materiale personalizzata

È possibile salvare un materiale personalizzato in una biblioteca come modello. In questo modo non sarà necessario definire nuovamente le proprietà del materiale in altri progetti.

Salvare il materiale

Per salvare il materiale attuale come materiale personalizzato, dopo avere impostato i valori caratteristici del materiale, fare clic sul pulsante in basso nella sezione 'Valori caratteristici fondamentali del materiale'.

Appare la finestra di dialogo 'Nuovo materiale personalizzato'.

Inserire nel campo 'Nome' la denominazione del materiale. Se necessario, è possibile ancora adattare i valori caratteristici del materiale. Con OK, si salva quindi il materiale personalizzato nella biblioteca.

Leggere il materiale

Per leggere un materiale personalizzato dalla biblioteca, cliccare sul pulsante nella sezione 'Valori caratteristici fondamentali del materiale'.

Appare la finestra di dialogo 'Modifica materiale personalizzato'. In questa biblioteca con i materiali salvati (vedere immagine Dialogo 'Nuovo materiale personalizzato'), è possibile selezionare la voce appropriata e poi confermare con OK per adottarla.

Se si legge un materiale personalizzato e si desidera modificare le proprietà in generale, è possibile adattare i valori caratteristici del materiale attraverso il pulsante (nella sezione 'Valori caratteristici fondamentali del materiale') nella biblioteca.

Determinare la posizione della biblioteca

La biblioteca con i materiali personalizzati è per impostazione predefinita memorizzata nel file user_library_material.dbm nella directory delle configurazioni utente. Questa directory può essere verificata nelle Opzioni del programma.

Selezionare nella categoria Database la voce Biblioteca del materiale dell'utente (1). Visualizzare quindi la cartella del file user_library_material.dbm tramite il pulsante (2). Se si desidera utilizzare un'altra biblioteca di materiali situata su un'unità di rete della propria azienda, specificare la directory del file e cliccare su "Salva". È però possibile trasferire il file anche su un altro computer e lì regolare il percorso del file nel medesimo dialogo.