Materiali

I materiali sono necessari per la definizione di superfici, sezioni e solidi. Le proprietà del materiale influenzano le rigidezze di questi oggetti.

Finestra di dialogo "Nuovo materiale"

Nome

È possibile definire un nome qualsiasi per il materiale. Se la denominazione corrisponde a una voce della libreria, RFEM legge le proprietà del materiale memorizzate. Per selezionare il materiale nella libreria, fare clic sul pulsante alla fine della riga di input. L'importazione dei materiali è descritta nel capitolo Libreria materiali.

Per i materiali della libreria, le 'Proprietà base del materiale' sono impostate in modo fisso e non modificabili. Se si desidera utilizzare proprietà del materiale personalizzate, attivare 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 inoltre opzioni di controllo per proprietà particolari che è possibile definire in schede aggiuntive.

Categorie

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

Tipo di materiale

Il tipo di materiale controlla quali parametri e coefficienti sono rilevanti per la verifica. Questa classificazione definisce anche i coefficienti parziali di sicurezza del materiale che vengono considerati nella verifica secondo la norma.

Per un materiale della libreria è 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 | Linearmente elastico

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

Valgono le seguenti condizioni:

• E > 0
• G > 0
• -1 < ν ≤ 0,5 (per superfici e solidi; per aste illimitato verso l'alto)

La matrice di cedevolezza (inversa della matrice di rigidezza) per le superfici è:

Ortotropo | Linearmente elastico (superfici)

Con questo modello di materiale è possibile definire proprietà di rigidezza diverse nelle due direzioni della superficie x e y. In questo modo si possono rappresentare, ad esempio, le proprietà della plastica rinforzata con fibra di vetro, dei solai nervati o le direzioni di armatura dei solai armati. Gli assi della superficie x e y sono perpendicolari tra loro nel piano della superficie.

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

Matrice di rigidezza per materiale elastico lineare ortotropo (superfici)

Per una matrice di rigidezza 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 di ortotropia. Gli indici per ν_xy e ν_yx sono definiti come segue: il primo indice indica la deformazione nella direzione della tensione, il secondo indice la deformazione negativa perpendicolare alla direzione della tensione.

Ortotropo | Linearmente elastico (solidi)

Nel modello di materiale ortotropo tridimensionale, le rigidezze elastiche possono essere definite separatamente in tutte le direzioni del solido. Per definire proprietà del materiale diverse per ogni direzione, attivare la casella di controllo Materiale personalizzato nella sezione 'Opzioni'. Nella scheda Ortotropo | Linearmente elastico (solidi) è quindi possibile definire i parametri del materiale.

Matrice di rigidezza per materiale elastico lineare ortotropo (solidi)

Gli elementi della matrice di rigidezza determinati dagli input sono indicati nella scheda 'Ortotropo | Linearmente elastico (solidi) - Matrice di rigidezza'.

Isotropo | Legno | Linearmente elastico (aste)

Questo modello di materiale è disponibile per materiali del tipo 'Legno'. Consente di rappresentare, ad esempio, le proprietà di una lastra OSB in un modello di aste, considerando le diverse rigidezze in funzione della posizione di installazione. La posizione della lastra può essere definita nella scheda Isotropo | Legno | Linearmente elastico (aste) tramite i due elenchi.

Parametri di un materiale ligneo elastico lineare isotropo per aste

Ortotropo | Legno | Linearmente elastico (superfici)

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

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

Parametri di un materiale ligneo elastico lineare ortotropo per superfici

Proprietà base del materiale

In questa sezione della scheda 'Base' sono indicate le proprietà principali del materiale.

Sezione "Valori caratteristici di base"

Modulo di elasticità

Il modulo di elasticità E descrive il rapporto tra tensione assiale e deformazione.

Modulo di taglio

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

Coefficiente di Poisson

Il coefficiente di Poisson ν, anche chiamato coefficiente di contrazione trasversale, è necessario per determinare la contrazione trasversale. Per i materiali isotropi, il coefficiente di Poisson è normalmente compreso tra 0,0 e 0,5. Da un valore di 0,5 (ad es. gomma) si deve quindi presupporre che non sia presente un materiale isotropo.

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

Se si inserisce un Materiale personalizzato con le sue proprietà isotrope, RFEM determina il coefficiente di Poisson dai valori del modulo E e 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. L'indicazione è particolarmente importante per il caso di carico "Peso proprio": il peso proprio automatico del modello viene determinato dal peso specifico e dalle aree della sezione delle aste utilizzate o dalle superfici e dai solidi.

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 di lunghezza (dilatazione del materiale durante il riscaldamento, contrazione durante il raffreddamento).

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 l'attivazione di un'opzione vengono aggiunte nuove schede.

Sezione "Opzioni"

Materiale personalizzato

Per i materiali della libreria, le proprietà del materiale sono preimpostate. Non possono quindi essere modificate direttamente nei campi di input. Per adattare le proprietà di un materiale, attivare la casella di controllo 'Materiale personalizzato'. In questo modo i campi di input delle proprietà base del materiale nella scheda 'Base' diventano accessibili. È inoltre possibile modificare le proprietà specifiche per la verifica nella scheda 'Valori materiale' (vedere l'immagine Adattare le proprietà del materiale). Nella scheda 'Modifica della rigidezza' è possibile scalare globalmente il modulo E e G con un fattore (vedere l'immagine Adattare la rigidezza del materiale).

Dipendente dalla temperatura

Per definire un materiale linearmente elastico con proprietà tensione-deformazione dipendenti dalla temperatura, attivare le caselle di controllo 'Materiale personalizzato' e 'Dipendente dalla temperatura'. È quindi possibile definire le proprietà 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 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 rappresentati nel rendering in modo molto realistico. Selezionare una voce esistente nella scheda 'Texture personalizzata' o definire una nuova texture con il pulsante (vedere il capitolo Texture).

Valori materiale

Nella scheda Valori materiale sono indicate tutte le proprietà del materiale che hanno un ruolo per l'analisi statica e la verifica negli add-on.

Regolazione delle proprietà del materiale

Modifica della rigidezza

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

Regola la rigidezza del materiale

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

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

Indicare nella sezione 'Parametro' il fattore con cui deve essere adattata la rigidezza del materiale.

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

Definizione degli elementi della matrice di rigidezza

Dipendente dalla temperatura

La scheda Dipendente dalla temperatura viene visualizzata quando nella scheda 'Base' sono state selezionate le opzioni Materiale personalizzato e Dipendente dalla temperatura. È possibile descrivere qui le proprietà del materiale dipendenti dalla temperatura. Le proprietà del materiale dipendenti dalla temperatura vengono considerate per gli oggetti sollecitati termicamente da temperatura o variazione di temperatura. Nel calcolo dei carichi termici viene applicata la temperatura finale del rispettivo passo.

Definizione delle proprietà del materiale dipendenti dalla temperatura

Selezionare nell'elenco 'Proprietà dipendente dalla temperatura' una proprietà del materiale, ad esempio il modulo E. Creare quindi con il pulsante le righe della tabella necessarie per poter inserire le temperature con i valori associati riga per riga. Con il pulsante è anche possibile importare i dati da una tabella Excel.

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

Libreria materiali personalizzata

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

Salvare il materiale

Per salvare il materiale corrente come materiale personalizzato, fare clic sul pulsante in basso nella sezione 'Proprietà base del materiale' dopo aver definito le proprietà del materiale.

Salva materiale definito dall'utente nel database

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

Finestra di dialogo "Nuovo materiale personalizzato"

Inserire nel campo 'Nome' la denominazione del materiale. Se necessario è possibile adattare ulteriormente le proprietà del materiale. Con OK il materiale personalizzato viene salvato nella libreria.

Importare il materiale

Per importare un materiale personalizzato dalla libreria, fare clic sul pulsante nella sezione 'Proprietà base del materiale'.

Importazione di materiale definito dall’utente dalla libreria

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

Se è stato importato un materiale personalizzato e si desidera modificare le proprietà in generale, è possibile adattare le proprietà del materiale tramite il pulsante (nella sezione 'Proprietà base del materiale') nella libreria.

Impostare la posizione di salvataggio della libreria

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

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

Selezionare nella categoria Database la voce Libreria materiali utente (1). Fare quindi visualizzare la cartella del file user_library_material.dbm tramite il pulsante (2). Se si desidera utilizzare un'altra libreria materiali che si trova su un'unità di rete dell'azienda, definire la directory del file e fare clic su 'Salva'. È anche possibile trasferire il file su un altro computer e impostare lì il percorso di salvataggio appropriato nella stessa finestra di dialogo.

Stima dei costi

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

Definizione dei costi unitari e delle unità per il materiale

Selezionare per gli oggetti strutturali 'Aste', 'Superfici' e 'Solidi' quale grandezza del materiale è rilevante per la stima dei costi: peso, volume o superficie ecc.

Inserire nella colonna 'Costo unitario' il valore che costa un'unità del materiale. Nell'elenco della colonna 'Unità' sono disponibili diverse opzioni per i costi unitari.

Dai costi unitari e dalle proprietà degli oggetti strutturali assegnati al materiale, il programma determina direttamente i costi proporzionali.

Il 'Peso totale' alla fine della tabella mostra la massa che risulta dalla somma di tutti i pesi parziali attivati del materiale. Inoltre viene indicata la quota del peso totale che questo materiale rappresenta rispetto alla massa di tutti i materiali attivati per la stima dei costi.

I 'Costi totali' mostrano il prezzo che risulta dalla somma di tutti i costi parziali attivati del materiale. Inoltre viene indicata la quota dei costi che questo materiale rappresenta rispetto al prezzo totale 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 viene visualizzata quando nella scheda 'Base' è stata selezionata l'opzione Stima delle emissioni di CO₂.

Definizione delle emissioni unitarie e delle unità dei materiali

Selezionare per gli oggetti strutturali 'Aste', 'Superfici' e 'Solidi' quale grandezza del materiale è rilevante per la stima delle emissioni di CO₂: peso, volume o superficie ecc.

Inserire nella colonna 'Emissione unitaria' il valore che un'unità del materiale causa in termini di CO₂. Nell'elenco della colonna 'Unità' sono disponibili diverse unità di emissione per gli equivalenti di CO₂.

Dalle emissioni unitarie e dalle proprietà degli oggetti strutturali assegnati al materiale, il programma determina le emissioni proporzionali di CO₂. Il calcolo avviene quindi direttamente e non, come in altri add-on, tramite una funzione separata.

LEmissione totale' mostra gli equivalenti di CO₂ che risultano dalla somma di tutte le emissioni parziali attivate del materiale. Inoltre viene indicata la quota delle emissioni che questo materiale rappresenta rispetto alle emissioni complessive di tutti i materiali attivati per la stima.