Modelli di materiale
- I modelli dei materiali sono la base per comporre superfici multistrato per ottenere un'efficace rigidezza della superficie. L'add-on Superfici multistrato consente di combinare liberamente i modelli di materiale nel programma RFEM 6. La base dei modelli dei materiali è descritta nei capitoli Materials e Comportamento non lineare del materiale del manuale di RFEM.
- Una selezione delle possibili combinazioni dei modelli di materiale viene creata nel modello "Modelli multistrato" (vedi colonna a destra), che è possibile scaricare per un ulteriore studio delle combinazioni.
- Il seguente elenco mostra una selezione delle possibili combinazioni:
- * Strati isotropi (ad esempio calcestruzzo - acciaio)
- * Strati ortotropi (ad esempio legno a strati incrociati)
- * Isotropo - ortotropo (ad esempio acciaio - GFRP)
- * Isotropo Plastico - Isotropo (ad es. Calcestruzzo - Acciaio)
- * Isotropo elastico non lineare - Ortotropo (ad es. Calcestruzzo - Legno)
- * Isotropo - Plastico ortotropo (ad es. Calcestruzzo - Legno)
- * Danno isotropo - Ortotropo (ad es. Calcestruzzo - Legno)
- #banner.text@Per la combinazione di materiali non lineari, -analyses/nonlinear-material-behavior Il comportamento non-lineare del materiale dovrebbe essere attivato.
- == Rigidezze per superfici multistrato senza solidi ==
- L'opzione di calcolo più semplice nell'add-on Superfici multistrato è quella di definire diversi strati di superficie nel tipo di spessore 'Strati' senza solidi. Tuttavia, qui puoi anche combinare liberamente i modelli dei materiali.
- Una volta definiti gli strati, l'add-on Superfici multistrato crea una matrice di rigidezza globale della superficie. In RFEM, le forze interne e gli spostamenti generalizzati sono calcolati per questa superficie. Nel rispettivo add-on di verifica, come Verifica legno o Analisi tensioni-deformazioni, queste forze interne vengono quindi divise negli strati esistenti. Di solito, le forze interne sono visualizzate come tre punti di integrazione per posizione.
- Questo articolo spiega come calcolare la matrice di rigidezza per materiali isotropi e ortotropi.
- === Calcolo della matrice di rigidezza ===
- I modelli dei materiali si basano sulle seguenti condizioni (vedere il Capitolo Materiali del manuale di RFEM):
- * Tutti i valori di rigidezza ≥ 0
- * La matrice di rigidezza complessiva della superficie deve essere definita positiva.
- * Equazione di base isotropa:
-
E modulo di elasticità [LinkToImage01] modulo di taglio ν deformazione trasversale - * Equazione ortotropa di base:
- ==== Matrice di rigidezza locale di ogni strato ====
- * Isotropo
-
- * Ortotropo
-
- #banner.text@Per il materiale ortotropo, il modulo di taglio nel piano del pannello (Gxy ) è definito mediante i valori del materiale mentre per il materiale isotropo è determinato dal modulo di elasticità e dalla deformazione trasversale. Pertanto, il rapporto di Poisson's con il principio della "posizione-causa" è importante per il materiale ortotropo.
- Le rigidezze a taglio per il materiale ortotropo sono le seguenti:
- #table.uni#
- larghezza=10%|larghezza=90%
- Gxy |Modulo di taglio nel piano della parete (ad esempio 690 N/mm² per C24)
- Gxz | Modulo di taglio in direzione x sopra lo spessore (ad esempio 690 N/mm² per C24)
Gyz | Modulo di taglio in direzione y sullo spessore (ad esempio 690 N/mm² per C24) – chiamato anche "modulo di taglio per rotolamento".
- Inoltre, il materiale ortotropo ha la caratteristica speciale che le rigidezze direzionali possono essere definite in una superficie. Nel caso di default, l'orientamento locale della superficie o dello strato in direzione x corrisponde alla rigidezza in direzione x. Tuttavia, poiché questo può essere definito liberamente tramite l'angolo β nel tipo di spessore 'Strati', è necessario trasformare le rigidezze di conseguenza.
- Elemento sommato di ogni strato:
-
- === Elementi flettenti e torsionali [Nm] ===
- Gli elementi della matrice per la flessione e la torsione sono riportati nelle equazioni seguenti.
- Se è presente un solo strato del tipo di spessore 'Strati', il calcolo si basa sui parametri descritti nel manuale di RFEM]].
- Per il taglio (elemento D44/55) si applicano diverse equazioni nel tipo di spessore 'Strati'. Sono descritti nella sezione Shear nel piano della soletta.
- === Termini di eccentricità [Nm/m] ===
- Per le piastre asimmetriche, sorgono i termini di eccentricità. Una superficie asimmetrica può essere, ad esempio, in un progetto di resistenza al fuoco a causa della carbonizzazione su un lato di una piastra di legno a strati incrociati. Gli elementi della matrice sono i seguenti:
- === Piano dello strato [N/m] ===
- Nel piano "Pane Wall", le rigidezze normali sono rappresentate nel piano del pannello di vetro. La forza di taglio nel pannello è calcolata utilizzando l'elemento D88. Gli elementi della matrice sono i seguenti:
- === Taglio nel piano della soletta [N/m] ===
- Per determinare la rigidezza a taglio per un materiale ortotropo, è necessario ruotare le rigidezze in base al loro orientamento rispetto all'asse della superficie locale. Questo deve essere fatto per ogni strato del tipo di spessore 'Strati'. In una struttura a strati semplice con un orientamento di 0° dello strato di copertura e un orientamento di 90° dello strato sottostante, c'è un'elevata rigidezza a taglio, che deve essere considerata di conseguenza per il modello multistrato. L'immagine seguente (Fonte [1]) lo mostra utilizzando un esempio di una piastra di legno a strati incrociati.
- Nella teoria del laminato, la rigidezza a taglio di una struttura stratificata viene calcolata trasformando tutte le componenti di flessione e di taglio nelle rispettive direzioni di ogni strato. È possibile trovare ulteriori informazioni a riguardo nella letteratura elencata di seguito.
- Utilizzando la trasformazione della rigidezza mostrata nella figura, si sommano le rigidezze. Questa somma è anche nota come "integrale di Grashoff".
- Per calcolare la rigidezza nelle direzioni x e y, viene calcolato un baricentro di rigidezza per ogni struttura di una superficie multistrato.
- Centro di rigidezza in direzione y:
-
- Per determinare l'orientamento per posizione nel calcolo della rigidezza a taglio, le rigidezze sono determinate secondo le seguenti equazioni.
- G sta per la rigidezza a taglio degli strati al fine di evitare errori per gli elementi della matrice di rigidezza (D).
- La rigidezza a taglio di ogni strato può anche essere visualizzata in forma matriciale come segue:
- La rigidezza a taglio eccentrica nella seguente equazione sarebbe sempre zero e quindi irrilevante per la struttura simmetrica di legno lamellare a strati incrociati (0°/90°/0°) menzionata sopra. Ad esempio, nel caso di legno lamellare a strati incrociati DLT ( Diagonal Laminated Timber ), questo elemento di eccentricità non è zero e quindi gioca un ruolo importante.
- Ulteriori informazioni sono disponibili in [4] e in questo YouTube video.
- ==== Calcolo della rigidezza a taglio ====
- La rigidezza a taglio è determinata nei seguenti passaggi:
- #In primo luogo, viene determinato l'angolo di rigidezza massima. L'angolo φ mostra la modifica del sistema di coordinate locale x della superficie rispetto alla direzione orientata x .
- #Tutte le rigidezze sono ruotate nella direzione orientata ''x'' secondo le equazioni presentate sopra .
- #La matrice di rigidezza del pannello di ogni strato (3 x 3) viene trasformata dal sistema di coordinate locale x', y' al sistema ruotato x'', y" . Oltre a calcolare la a taglio diretto di ogni singolo strato, questo viene fatto anche per i moduli di elasticità di ogni strato.
- #La rigidezza a taglio è calcolata con le equazioni (integrale di Grashoff) descritte sopra. La rigidezza a taglio è calcolata utilizzando le singole parti.
- #Infine, le rigidezze calcolate per la direzione orientata dell'intera struttura vengono ricalcolate utilizzando le relazioni angolari e mostrate come rigidezze originali D44, D55 e D45 nella matrice di rigidezza.
- == Rigidezze per superfici multistrato con solidi integrati ==
- In futuro, sarà anche possibile definire solidi insieme alle superfici nell'add-on Superfici multistrato. Nel caso di questo tipo, una superficie viene esportata anche in RFEM. Poiché la generazione delle rigidezze e la scomposizione delle forze interne richiede più tempo, questo è spiegato separatamente.