Materiały

Materiały są potrzebne do definiowania powierzchni, przekrojów i brył. Właściwości materiałów wpływają na sztywność tych obiektów.

Nazwa

Można ustalić dowolną nazwę materiału. Jeśli nazwa zgadza się z wpisem w bibliotece, RFEM odczytuje zapisane wartości charakterystyczne materiału. Aby wybrać materiał z biblioteki, kliknij przycisk na końcu pola wprowadzania. Przenoszenie materiałów zostało opisane w rozdziale Biblioteka materiałów.

Dla materiałów z biblioteki wartości 'Podstawowych parametrów materiału' są zablokowane i nie można ich zmienić. Aby używać niestandardowych parametrów materiału, zaznacz pole opcji Materiał niestandardowy w sekcji 'Opcje' (patrz sekcja Materiał niestandardowy).

Podstawa

Karta Podstawa zarządza podstawowymi parametrami materiału. Oferuje również możliwości ustawień specjalnych właściwości, które można określić na dodatkowych kartach.

Kategorie

W tej sekcji określa się rodzaj materiału i model materiałowy.

Rodzaj materiału

Rodzaj materiału steruje, które parametry i współczynniki są istotne przy projektowaniu. Ta klasyfikacja również określa częściowe współczynniki bezpieczeństwa materiału, które są uwzględniane w zależności od normy.

Dla materiału z biblioteki ustawiony jest jeden z następujących rodzajów materiału.

Model materiałowy

Na liście znajdują się następujące modele materiałowe:

Izotropowy | Liniowo sprężysty

Liniowo sprężyste właściwości sztywności materiału są niezależne od kierunku. Można je opisać w następujący sposób:

Obowiązują następujące warunki:

• E > 0
• G > 0
• -1 < ν ≤ 0,5 (dla powierzchni i brył; dla prętów bez ograniczenia w górę)

Macierz ugięć (odwrotność macierzy sztywności) dla powierzchni wygląda następująco:

Ortotropowy | Liniowo sprężysty (powierzchnie)

W tym modelu materiałowym można zdefiniować właściwości sztywności, które różnią się w obu kierunkach powierzchni x i y. Umożliwia to odwzorowanie charakterystyk materiałów takich jak tworzywa sztuczne wzmacniane włóknem szklanym, stropy ze zbrojeniem lub kierunki rozciągania w betonie zbrojonym. Osie powierzchni x i y są prostopadłe do siebie na płaszczyźnie powierzchni.

Aby zdefiniować różne właściwości materiału w kierunkach x i y, aktywuj pole opcji 'Materiał niestandardowy' w sekcji 'Opcje'. W zakładce Ortropowy | Liniowo sprężysty (powierzchnie) można następnie ustawić parametry materiału.

Aby macierz sztywności była dodatnio określona, muszą być spełnione następujące warunki:

• E_x > 0; E_y > 0
• G_yz > 0; G_xz > 0; G_xy > 0
• $$\left|{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{xy}}\right|<\sqrt{\frac{{\mathrm{E}}_{\mathrm{x}}}{{\mathrm{E}}_{\mathrm{y}}}}$$

  współczynnik Poissona

Współczynnik Poissona można zdefiniować dla obu kierunków ortotropowych. Indeksy dla ν_xy i ν_yx są przypisane w następujący sposób: pierwszy indeks dotyczy odkształcenia w kierunku naprężenia, drugi indeks dotyczy negatywnego odkształcenia w poprzek kierunku naprężenia.

Ortropowy | Liniowo sprężysty (bryły)

W trójwymiarowym ortotropowym modelu materiałowym można zdefiniować oddzielnie elastyczne sztywności we wszystkich kierunkach bryły. Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla każdego kierunku, aktywuj pole opcji Materiał niestandardowy w sekcji 'Opcje'. Możesz wtedy ustawić parametry materiału w zakładce Ortropowy | Liniowo sprężysty (bryły).

Elementy macierzy sztywności uzyskane z wprowadzonych danych są przedstawiane w zakładce 'Ortropowy | Liniowo sprężysty (bryły) - Macierz sztywności'.

Izotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (pręty)

Ten model materiałowy jest dostępny dla materiałów typu 'Drewno'. Umożliwia odwzorowanie właściwości płyty OSB w modelu prętowym, który uwzględnia różne sztywności w zależności od sposobu montażu. Położenie płyty można ustawić w zakładce Izotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (pręty) za pomocą dwóch list.

Ortropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (powierzchnie)

Dla materiałów typu 'Drewno' ten model materiałowy pozwala kontrolować moduł sprężystości w odniesieniu do nośności jako ściany lub płyty oraz moduł ścinania G_xy: na przykład płyty OSB wykazują zależność sztywności od sposobu montażu w modelu.

Parametry sztywności można zdefiniować w karcie Ortropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (powierzchnie). Dla materiałów drewnianych z biblioteki ustawione są wartości domyślne. Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla każdego kierunku, najpierw aktywuj pole opcji 'Materiał niestandardowy' w sekcji 'Opcje'.

Podstawowe właściwości materiału

W tej sekcji zakładki 'Podstawa' podane są najważniejsze właściwości materiału.

Moduł sprężystości

Moduł E opisuje stosunek naprężenia normalnego do odkształcenia.

Moduł ścinania

Moduł ścinania G, zwany również modułem poślizgu, jest drugim parametrem opisującym sprężyste właściwości liniowego, izotropowego i jednorodnego materiału. Odkształcenie w tym przypadku opiera się na naprężeniu ścinającym.

Współczynnik Poissona

Współczynnik Poissona ν, zwany również liczbą Poissona, jest potrzebny do określenia skurczu poprzecznego. Dla materiałów izotropowych współczynnik Poissona wynosi zazwyczaj od 0,0 do 0,5. Przy wartości 0,5 (np. guma) należy założyć, że materiał nie jest izotropowy.

Zależność między modułem E, modułem G i współczynnikiem Poissona dla materiału izotropowego jest opisana równaniem Współczynnik Poissona.

Jeśli wprowadzasz Materiał niestandardowy z jego izotropowymi właściwościami, RFEM oblicza współczynnik Poissona na podstawie wartości modułu E i G. Jeśli to konieczne, można zmienić to ustawienie w polu 'Typ definicji'.

Typ definicji

Ciężar właściwy / Gęstość

Ciężar właściwy γ opisuje wagę materiału na jednostkę objętości. Jest to szczególnie istotne dla obciążenia własnego: automatyczne obciążenie własne modelu jest obliczane na podstawie ciężaru właściwego i przekrojów prętów używanych w modelu lub powierzchni i brył.

Gęstość ρ opisuje masę materiału na jednostkę objętości. Jest to potrzebne do analiz dynamicznych.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej

Współczynnik rozszerzalności cieplnej α opisuje liniową zależność między zmianami temperatury a zmianami długości (rozciąganie materiału przy nagrzewaniu się, skurcz przy chłodzeniu).

Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest istotny dla rodzajów obciążeń 'Temperatura' i 'Zmiana temperatury'.

Opcje

Pola wyboru w tej sekcji zakładki 'Podstawa' umożliwiają wpływanie na właściwości materiału. Po aktywowaniu opcji dodawane są nowe zakładki.

Materiał niestandardowy

Dla materiałów z biblioteki wartości charakterystyczne materiału są zablokowane. Nie można ich bezpośrednio zmienić w polach wprowadzania. Aby dostosować właściwości materiału, aktywuj pole 'Materiał niestandardowy'. Dzięki temu pola wprowadzania podstawowych wartości charakterystycznych materiału w zakładce 'Podstawa' stają się dostępne. W zakładce 'Wartości materiału' można również zmieniać specyficzne dla projektowania wartości charakterystyczne (patrz obraz Dostosowywanie właściwości materiału). W zakładce 'Modyfikacja sztywności' można globalnie skalować moduły E i G przez współczynnik (patrz obraz Dostosowywanie sztywności materiału).

Zależny od temperatury

Aby zdefiniować materiał liniowo sprężysty z właściwościami odkształceniowo-rozciągającymi zależnymi od temperatury, aktywuj pola 'Niestandardowy' i 'Zależny od temperatury'. Następnie można ustawić wartości charakterystyczne zależne od temperatury w zakładce Zależne od temperatury.

Szacowanie kosztów

Do określania kosztów wykorzystywane są materiały przypisane do poszczególnych obiektów. Można ustawić jednostkowe koszty i jednostki obiektów w zakładce Szacowanie kosztów.

Szacowanie emisji CO₂

Szacowanie emisji CO₂ również opiera się na materiałach przypisanych do poszczególnych obiektów. Można określić jednostkowe emisje i jednostki w zakładce Szacowanie emisji CO₂.

Tekstura niestandardowa

Dzięki niestandardowej teksturze można przypisać materiałowi strukturę powierzchni. Obiekty będą wtedy realistycznie przedstawiane w renderingu. Wybierz istniejący wpis w zakładce 'Tekstura niestandardowa' lub zdefiniuj nową teksturę przyciskiem (patrz rozdział Tekstury).

Wartości materiału

W zakładce Wartości materiału podane są wszystkie wartości charakterystyczne materiału, które są istotne dla analizy statycznej i projektowania w dodatkach.

Modyfikacja sztywności

Zakładka Modyfikacja sztywności jest wyświetlana, gdy w zakładce 'Podstawa' zaznaczona została opcja Materiał niestandardowy. Można tutaj globalnie dostosować sztywność materiału, na przykład uwzględniając współczynniki bezpieczeństwa lub obniżone właściwości materiału.

Na liście w sekcji 'Typ modyfikacji' dostępne są dwie opcje:

• Współczynnik podziału dla modułów E i G
• Współczynnik mnożenia dla modułów E i G

Podaj w sekcji 'Parametry' współczynnik, według którego chcesz dostosować sztywność materiału.

Jeśli materiał ma właściwości ortotropowe, można w zakładce Ortropowy | Liniowo sprężysty dostosować moduły E i G oraz współczynniki Poissona (patrz obraz Macierz sztywności). Jeśli w zakładce Ortropowy | Liniowo sprężysty | Macierz sztywności zaznaczysz opcję 'Ustawianie elementów macierzy sztywności', możesz również ręcznie ustawiać elementy macierzy sztywności.

Zależność od temperatury

Zakładka Zależność od temperatury jest wyświetlana, gdy w zakładce 'Podstawa' zaznaczone zostały opcje Materiał niestandardowy oraz Zależność od temperatury. Można tutaj opisać charakterystyki zależne od temperatury materiału. Właściwości materiałów zależne od temperatury są uwzględniane dla obiektów poddanych obciążeniu temperaturowemu lub zmianie temperatury. Do obliczeń obciążeń temperaturowych używa się końcowej temperatury danego kroku.

Wybierz właściwość materiału zależną od temperatury z listy, na przykład moduł E. Utwórz wymagane wiersze w tabeli za pomocą przycisku , aby móc krokowo wprowadzać temperatury z odpowiadającymi im wartościami. Klikając przycisk , można również zaimportować dane z tabeli w Excelu.

'Referencyjna temperatura' ustanawia sztywności dla obiektów, które nie mają obciążeń termicznych. Na przykład przy wartości referencyjnej 300 °C dla wszystkich prętów i powierzchni stosowany jest zredukowany moduł E z tego punktu krzywej temperatury.

Biblioteka materiałów niestandardowych

Można zapisać materiał niestandardowy w bibliotece jako szablon. Dzięki temu nie trzeba ponownie definiować właściwości materiału w kolejnych projektach.

Zapisywanie materiału

Aby zapisać bieżący materiał jako materiał niestandardowy, po ustaleniu wartości charakterystycznych materiału kliknij przycisk w dole sekcji 'Podstawowe właściwości materiału'.

Wyświetli się dialog 'Nowy materiał niestandardowy'.

W polu 'Nazwa' wprowadź oznaczenie materiału. W razie potrzeby można również dostosować wartości charakterystyczne materiału. Kliknięciem OK zapiszesz materiał niestandardowy w bibliotece.

Wczytywanie materiału

Aby wczytać materiał niestandardowy z biblioteki, kliknij przycisk w sekcji 'Podstawowe właściwości materiału'.

Wyświetli się dialog 'Edytuj materiał niestandardowy'. W tej bibliotece z zapisanymi materiałami (patrz obraz Dialog 'Nowy materiał niestandardowy') można wybrać odpowiedni wpis, a następnie kliknąć OK, aby go zaimportować.

Jeśli wczytałeś materiał niestandardowy i chcesz ogólnie zmienić właściwości, możesz dostosować wartości charakterystyczne materiału za pomocą przycisku (w sekcji 'Podstawowe właściwości materiału') w bibliotece.

Ustalanie lokalizacji biblioteki

Biblioteka z materiałami niestandardowymi jest domyślnie przechowywana w pliku user_library_material.dbm w katalogu konfiguracyjnym użytkownika. Można sprawdzić tę ścieżkę w Opcje programu.

Wybierz w kategorii Baza danych pozycję Biblioteka materiałów użytkownika (1). Następnie wyświetl folder pliku user_library_material.dbm za pomocą przycisku (2). Jeśli chcesz używać innej biblioteki materiałowej znajdującej się na dysku sieciowym swojej firmy, ustaw ścieżkę pliku i kliknij 'Zapisz'. Możesz również przenieść swój plik na inny komputer i tam odpowiednio ustawić ścieżkę zapisu w tym samym dialogu.

Szacowanie kosztów

Zakładka Szacowanie kosztów jest wyświetlana, gdy w zakładce 'Podstawa' zaznaczona została opcja Szacowanie kosztów.

Zaznacz przy obiektach strukturalnych 'Pręty', 'Powierzchnie' i 'Bryły', która charakterystyka materiału jest istotna dla szacowania kosztów: waga, objętość lub powierzchnia itp.

Wprowadź w kolumnie 'Koszty jednostkowe' wartość, którą kosztuje jednostka materiału. Na liście w kolumnie 'Jednostka' można wybrać różne możliwości dla kosztów jednostkowych.

Z kosztów jednostkowych i właściwości obiektów strukturalnych przypisanych do materiału, program bezpośrednio określa udział kosztów.

'Waga całkowita' na końcu tabeli pokazuje masę wynikającą z zsumowania wszystkich aktywowanych częściowych wag materiału. Ponadto pokazany jest udział tego materiału w całkowitej masie wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania kosztów.

'Koszty całkowite' pokazują cenę wynikającą z zsumowania wszystkich aktywowanych częściowych kosztów materiału. Ponadto pokazany jest udział kosztów tego materiału w całkowitej cenie wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania kosztów.

'Koszt całkowity' wynika z dodania całkowitych kosztów wszystkich materiałów, które są aktywowane dla szacowania kosztów.

Szacowanie emisji CO₂

Zakładka Szacowanie emisji CO₂ jest wyświetlana, gdy w zakładce 'Podstawa' zaznaczona została opcja Szacowanie emisji CO₂.

Zaznacz przy obiektach strukturalnych 'Pręty', 'Powierzchnie' i 'Bryły', która charakterystyka materiału jest istotna dla szacowania emisji CO₂: waga, objętość lub powierzchnia itp.

W kolumnie 'Emisja jednostkowa' wprowadź wartość, którą jednostka materiału powoduje jako emisję CO₂. Na liście w kolumnie 'Jednostka' dostępne są różne jednostki emisji odpowiedników CO₂.

Z jednostkowych emisji i właściwości obiektów strukturalnych przypisanych do materiału program określa udział emisji CO₂. Bezpośrednie obliczenia odbywają się w ten sposób, a nie w innych dodatkach za pomocą oddzielnej funkcji.

'Emisja całkowita' pokazuje odpowiedniki CO₂ wynikające z sumowania wszystkich aktywowanych częściowych emisji materiału. Ponadto pokazany jest udział emisji tego materiału w całościowych emisjach wszystkich materiałów, które są aktywowane do szacowania.

'Całkowita emisja' wynika z dodania wszystkich emisji całkowitych materiałów, które są aktywowane do szacowania emisji CO₂.