Modelli di materiale

Il comportamento non lineare dei materiali come calcestruzzo armato, calcestruzzo e calcestruzzo fibrorinforzato può essere rappresentato tramite i modelli di materiale "Anisotropo | Danno" o "Isotropo | Danno".

Diagramma tensione-deformazione non antisimmetrico A differenza di altri modelli di materiali, il diagramma tensione-deformazione per i modelli "Isotropo | Danno" e "Anisotropo | Danno" non è antisimmetrico rispetto all'origine. In questo modo, questi modelli possono rappresentare il comportamento differente del calcestruzzo o del calcestruzzo armato sotto compressione e trazione.

Formazione di crepe - Modello di crepa smeared I modelli possono inoltre rappresentare la degradazione continua della rigidità del materiale a seguito della formazione di crepe. A tal fine, viene utilizzato un modello di crepa smeared ("Smeared crack model"). L'immagine seguente presenta schematicamente le possibilità di modellazione delle crepe in modo discreto (a) e smeared (b).

Modelli di fessure in FEM: a) discretizzazione e b) distribuzione

L'idea base di questi modelli consiste nel determinare lo stato di deformazione in modo additivo da una deformazione del materiale base e da una deformazione delle crepe. Quando si presenta una crepa, si suppone che il materiale base continui a comportarsi elasticamente e che tutte le deformazioni aggiuntive si verifichino nella crepa. La crepa non viene rappresentata singolarmente, ma come "smeared" danno distribuito sull'elemento.

Parametri di danno La differenza tra i due modelli risiede nel modo di riduzione della rigidità.

• Nel modello di materiale "Isotropo | Danno", ciò avviene tramite un parametro di danno scalare.
• Nel modello di materiale "Anisotropo | Danno", la riduzione della rigidità avviene invece elemento per elemento tramite un tensore di danno.

Isotropo | Danno

Degradazione indipendente dalla direzione Il danno isotropo del calcestruzzo è caratterizzato da una degradazione indipendente dalla direzione della rigidità del materiale. La rigidità viene ridotta in tutte le direzioni dello spazio allo stesso modo per mezzo di un parametro di danno scalare, come tipico per i semplici modelli di danno del continuum (modello di danno di Mazars).

Non viene considerata la direzione delle tensioni principali, il danno avviene invece nella direzione della deformazione equivalente, che comprende anche la terza direzione perpendicolare al piano. Le aree di trazione e compressione del tensore di tensione vengono trattate separatamente. Si applicano parametri di danno differenti per ciascuna area.

La "Dimensione di riferimento dell'elemento" controlla come la deformazione nell'area della crepa viene scalata rispetto alla lunghezza dell'elemento. Con il valore predefinito di zero, non avviene alcuna scalatura. In questo modo, il comportamento del materiale del calcestruzzo fibrorinforzato è rappresentato in modo realistico.

Anisotropo | Danno

Degradazione dipendente dalla direzione Il danno anisotropo del calcestruzzo è caratterizzato da una riduzione della rigidità del materiale dipendente dalla direzione ed è descritto tramite un tensore di danno. Ciò consente di rappresentare rigidità differenti nelle direzioni di trazione, compressione e taglio.

Fisicamente, le crepe agiscono come zone di debolezza discontinue con un'orientazione preferenziale, comportando una differenziazione significativa delle rigidità normali e di taglio trasversalmente e parallelamente al piano della crepa. Di conseguenza, il materiale mostra localmente un comportamento ortotropo o isotropo trasversale.