Materiały

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

Nazwa

Możesz ustawić dowolną nazwę materiału. Jeśli oznaczenie pasuje do wpisu w bibliotece, RFEM odczytuje przechowywane wartości materiałowe. Aby wybrać materiał z biblioteki, kliknij przycisk na końcu linii wprowadzania. Przejęcie materiałów jest opisane w rozdziale Biblioteka materiałów.

W przypadku materiałów z biblioteki 'Podstawowe wartości materiałowe' są stałe i niezmienialne. Jeśli chcesz użyć wartości materiałowych zdefiniowanych przez użytkownika, zaznacz w sekcji 'Opcje' pole kontrolne Materiał zdefiniowany przez użytkownika (zobacz sekcję Materiał zdefiniowany przez użytkownika).

Podstawa

Zakładka Podstawa zarządza podstawowymi parametrami materiału. Oferuje również możliwości kontrolowania specjalnych właściwości, które można ustawić w dodatkowych zakładkach.

Kategorie

W tej sekcji ustalasz typ materiału i model materiałowy.

Typ materiału

Typ materiału określa, które parametry i współczynniki są istotne przy projektowaniu. Ta klasyfikacja określa również współczynniki częściowe bezpieczeństwa materiału, które są uwzględniane w projektowaniu zgodnie z normą.

Dla materiału z biblioteki jeden z poniższych typów materiału jest ustawiony domyślnie.

Model materiałowy

Lista zawiera następujące modele materiałowe do wyboru:

Izotropowe | Liniowo sprężyste

Liniowo-sprężyste właściwości sztywności materiału są niezależne od kierunku. Można je opisać następująco:

Obowiązują następujące warunki:

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

Macierz podatności (odwrotność macierzy sztywności) dla powierzchni przedstawia się następująco:

Ortotropowe | Liniowo sprężyste (powierzchnie)

W tym modelu materiałowym można określić właściwości sztywności, które różnią się w dwóch kierunkach powierzchni x i y. Dzięki temu można modelować na przykład właściwości szkłowłóknistych tworzyw sztucznych, stropów żebrowych czy kierunki zbrojenia płyt. Osie powierzchni x i y są prostopadłe do siebie w płaszczyźnie powierzchni.

Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla kierunków x i y, zaznacz w sekcji 'Opcje' pole kontrolne Materiał zdefiniowany przez użytkownika. Następnie w zakładce Ortotropowe | Liniowo sprężyste (powierzchnie) możesz ustawić parametry materiału.

Dla dodatnio określonej macierzy sztywności 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

Liczba Poissona może być zdefiniowana dla obu kierunków ortotropowych. Indeksy dla ν_xy i ν_yx mają następujące przypisania: pierwszy indeks oznacza odkształcenie w kierunku naprężenia, a drugi indeks oznacza ujemne odkształcenie w kierunku poprzecznym do naprężenia.

Ortotropowe | Liniowo sprężyste (bryły)

W trójwymiarowym ortotropowym modelu materiałowym można oddzielnie zdefiniować sprężyste sztywności we wszystkich kierunkach bryły. Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla każdego kierunku, zaznacz w sekcji 'Opcje' pole kontrolne Materiał zdefiniowany przez użytkownika. W zakładce Ortotropowe | Liniowo sprężyste (bryły) możesz następnie ustawić parametry materiału.

Wartości elementów macierzy sztywności obliczane na podstawie wprowadzonych danych są podane w zakładce 'Ortotropowe | Liniowo sprężyste (bryły) - Macierz sztywności'.

Izotropowe | Drewno | Liniowo sprężyste (pręty)

Ten model materiałowy jest dostępny dla materiałów typu 'Drewno'. Umożliwia na przykład modelowanie właściwości płyty OSB w modelu prętowym, który uwzględnia różne sztywności w zależności od konfiguracji montażowej. Konfigurację płyty można ustawić w zakładce Izotropowe | Drewno | Liniowo sprężyste (pręty) za pomocą dwóch list.

Ortotropowe | Drewno | Liniowo sprężyste (powierzchnie)

Dla materiałów typu 'Drewno' ten model materiałowy może kontrolować moduł E w odniesieniu do nośności jako ściana lub płyta oraz moduł ścinania G_xy: Płyty OSB, na przykład, wykazują, w zależności od położenia montażowego w modelu, sztywności zależne od kierunku.

Parametry sztywności można zdefiniować w zakładce Ortotropowe | Drewno | Liniowo sprężyste (powierzchnie). W przypadku materiałów z drewna z biblioteki ustawione są wartości domyślne. Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla każdego kierunku, najpierw zaznacz w sekcji 'Opcje' pole kontrolne Materiał zdefiniowany przez użytkownika.

Podstawowe wartości materiałowe

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

Moduł sprężystości

Moduł E opisuje stosunek między naprężeniem normalnym a odkształceniem.

Moduł ścinania

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

Liczba Poissona

Liczba Poissona ν, zwana również współczynnikiem bocznego rozdęcia, jest potrzebna do określenia kontrakcji bocznej. W przypadku materiałów izotropowych liczba Poissona zwykle mieści się w przedziale od 0,0 do 0,5. Powodem jest to, że od wartości 0,5 (np. guma) należy przyjąć, że nie jest to materiał izotropowy.

Zależność między modułem E, modułem G i liczbą Poissona w materiale izotropowym jest opisana w równaniu Liczba Poissona.

Jeśli wprowadzisz Materiał zdefiniowany przez użytkownika z jego izotropowymi właściwościami, RFEM obliczy liczbę Poissona na podstawie wartości modułów E i G. Ustawienie domyślne można zmienić w razie potrzeby na liście 'Typ definicji'.

Typ definicji

Ciężar właściwy / Gęstość

Ciężar właściwy γ opisuje ciężar materiału na jednostkę objętości. Informacja ta jest szczególnie ważna dla przypadku obciążenia "ciężar własny": automatyczny ciężar własny modelu jest obliczany na podstawie ciężaru właściwego i powierzchni przekrojów używanych prętów lub powierzchni i brył.

Gęstość ρ opisuje masę materiału na jednostkę objętości. Informacja ta jest potrzebna dla badań dynamicznych.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej

Współczynnik rozszerzalności cieplnej α opisuje liniową zależność między zmianami temperatury a zmianą długości (odkształcenie materiału przy ogrzewaniu, skurcz przy ochładzaniu).

Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest istotny dla rodzajów obciążenia 'temperatura' i 'zmiana temperatury'.

Opcje

Pola kontrolne w tej sekcji zakładki 'Podstawa' umożliwiają wpływanie na właściwości materiałowe. Po aktywacji opcji dodawane są nowe zakładki.

Materiał zdefiniowany przez użytkownika

W przypadku materiałów z biblioteki wartości materiałowe są stałe i niezmienialne. Nie można bezpośrednio zmienić ich wartości w polach wprowadzania. Aby dostosować właściwości materiału, zaznacz pole kontrolne 'Materiał zdefiniowany przez użytkownika'. W ten sposób pola wprowadzania podstawowych wartości materiałowych w zakładce 'Podstawa' stają się dostępne. Możesz również zmienić wartości specyficzne dla projektowania w zakładce 'Wartości materiałowe' (patrz obraz Dostosowanie wartości materiałowych). W zakładce 'Modyfikacja sztywności' można globalnie skalować moduły E i G za pomocą współczynnika (patrz obraz Dostosowanie sztywności materiałowej).

Zależny od temperatury

Aby zdefiniować liniowo sprężysty materiał z właściwościami odkształcenia-naprężenia zależnymi od temperatury, zaznacz pola kontrolne 'Zdefiniowany przez użytkownika' i 'Zależny od temperatury'. Następnie w zakładce Zależny od temperatury możesz ustawić wartości materiałowe zależne od temperatury.

Szacowanie kosztów

Do określenia kosztów używane są materiały przypisane do poszczególnych obiektów. Możesz ustawić koszty jednostkowe i jednostki obiektów w zakładce Szacowanie kosztów.

Szacowanie emisji CO₂

Szacowanie emisji CO₂ opiera się również na materiałach przypisanych do poszczególnych obiektów. Możesz ustawić jednostkową emisję i jednostki w zakładce Szacowanie emisji CO₂.

Tekstura zdefiniowana przez użytkownika

Dzięki teksturze zdefiniowanej przez użytkownika można przypisać materiałowi strukturę powierzchni. W rezultacie obiekty w renderowaniu są przedstawiane bardzo realistycznie. Wybierz istniejący wpis w zakładce 'Tekstura zdefiniowana przez użytkownika' lub zdefiniuj nową teksturę za pomocą przycisku (patrz rozdział Tekstury).

Wartości materiałowe

W zakładce Wartości materiałowe podane są wszystkie wartości materiałowe, które odgrywają rolę w analizie statycznej i projektowaniu w dodatkach.

Modyfikacja sztywności

Zakładka Modyfikacja sztywności jest wyświetlana, jeśli w zakładce 'Podstawa' została zaznaczona opcja Materiał zdefiniowany przez użytkownika. Możesz tutaj globalnie dostosować sztywność materiału, na przykład uwzględniając współczynniki bezpieczeństwa lub zmniejszone właściwości materiałowe.

Na liście sekcji 'Typ modyfikacji' dostępne są dwie możliwości do wyboru:

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

W sekcji 'Parametry' podaj współczynnik, za pomocą którego należy dostosować sztywność materiału.

Jeśli istnieje materiał o właściwościach ortotropowych, w zakładce Ortotropowe | Liniowo sprężyste można dostosowywać moduły E i G oraz liczby Poissona (patrz obraz Macierz sztywności). Jeśli w zakładce Ortotropowe | Liniowo sprężyste | Macierz sztywności zaznaczysz opcję 'Ustaw elementy macierzy sztywności', możesz również ręcznie określić elementy macierzy sztywności.

Zależny od temperatury

Zakładka Zależny od temperatury jest wyświetlana, jeśli w zakładce 'Podstawa' zaznaczono opcje Materiał zdefiniowany przez użytkownika i Zależny od temperatury. Możesz tutaj opisać właściwości materiałowe zależne od temperatury. Właściwości materiałowe zależne od temperatury są brane pod uwagę w przypadku obiektów termicznie obciążonych przez temperaturę lub zmianę temperatury. Przy obliczaniu obciążeń temperaturowych uwzględnia się temperaturę końcową danego kroku.

Wybierz z listy 'Właściwości materiałowe zależne od temperatury' jeden z właściwości materiałowych, na przykład moduł E. Następnie za pomocą przycisku wygeneruj wymagane wiersze tabeli, aby móc wprowadzić temperatury wraz z odpowiednimi wartościami w każdym wierszu. Przyciskiem można również zaimportować dane z arkusza Excel.

'Referncyjna temperatura' określa sztywność dla obiektów, które nie wykazują obciążeń temperaturowych. Na przykład dla referencyjnej wartości 300 °C, dla wszystkich prętów i powierzchni zostanie przyjęty zmniejszony moduł E tego punktu na krzywej temperaturowej.

Biblioteka materiałów zdefiniowanych przez użytkownika

Możesz zapisać materiał zdefiniowany przez użytkownika w bibliotece jako szablon. Dzięki temu nie musisz ponownie definiować właściwości materiałów w innych projektach.

Zapisywanie materiału

Aby zapisać bieżący materiał jako materiał zdefiniowany przez użytkownika, kliknij przycisk na dole sekcji 'Podstawowe wartości materiałowe' po ustaleniu wartości materiałowych.

Pojawi się okno dialogowe 'Nowy materiał zdefiniowany przez użytkownika'.

Wprowadź w polu 'Nazwa' nazwę materiału. W razie potrzeby można jeszcze dostosować wartości materiałowe. Klikając OK, zapisujesz następnie materiał zdefiniowany przez użytkownika w bibliotece.

Wczytywanie materiału

Aby wczytać materiał zdefiniowany przez użytkownika z biblioteki, kliknij przycisk w sekcji 'Podstawowe wartości materiałowe'.

Pojawi się okno dialogowe 'Edycja materiału zdefiniowanego przez użytkownika'. W tej bibliotece z zapisanymi materiałami (patrz obraz Okno dialogowe 'Nowy materiał zdefiniowany przez użytkownika') możesz wybrać odpowiedni wpis, a następnie przejąć go klikając OK.

Jeśli wczytasz materiał zdefiniowany przez użytkownika i chcesz zmienić ogólnie jego właściwości, możesz dostosować wartości materiałowe za pomocą przycisku (w sekcji 'Podstawowe wartości materiałowe') w bibliotece.

Ustalanie lokalizacji przechowywania biblioteki

Biblioteka materiałów zdefiniowanych przez użytkownika jest domyślnie zapisana w pliku user_library_material.dbm w katalogu konfiguracji użytkownika. Możesz sprawdzić ten katalog w Opcje programu.

Wybierz kategorię Baza danych i pozycję Biblioteka materiałów zdefiniowanych przez użytkownika (1). Następnie wyświetl folder pliku user_library_material.dbm za pomocą przycisku (2). Jeśli chcesz używać innej biblioteki materiałów na dysku sieciowym w swojej firmie, ustaw katalog pliku i kliknij 'Zapisz'. Możesz również przenieść swój plik na inny komputer i tam ustawić odpowiednią ścieżkę do przechowywania w tym samym oknie dialogowym.

Szacowanie kosztów

Zakładka Szacowanie kosztów jest wyświetlana, jeśli w zakładce 'Podstawa' zaznaczono opcję Szacowanie kosztów.

Zaznacz przy obiektach konstrukcyjnych 'pręty', 'powierzchnie' i 'bryły', który parametr materiału jest istotny dla szacowania kosztów: waga, objętość czy powierzchnia itd.

W kolumnie 'Koszty jednostkowe' wprowadź wartość, jaką kosztuje jednostka materiału. Na liście w kolumnie 'Jednostka' dostępne są różne możliwości wyboru kosztów jednostkowych.

Na podstawie kosztów jednostkowych oraz właściwości obiektów konstrukcyjnych przypisanych do materiału program bezpośrednio określa koszty jednostkowe.

'Waga sumaryczna' na końcu tabeli pokazuje masę, która wynika z sumowania wszystkich aktywnych mas cząstkowych materiału. Dodatkowo wyświetlany jest udział wagi sumarycznej, jaki dany materiał ma w masie wszystkich materiałów uwzględnionych w szacowaniu kosztów.

'Koszty sumaryczne' pokazują cenę wynikającą z sumowania wszystkich aktywnych kosztów cząstkowych materiału. Dodatkowo pokazany jest udział kosztów, jaki dany materiał ma w całkowitej cenie wszystkich materiałów uwzględnionych w szacowaniu kosztów.

'Koszty całkowite' wynikają z sumowania kosztów sumarycznych wszystkich materiałów, które są aktywowane w szacowaniu kosztów.

Szacowanie emisji CO₂

Zakładka Szacowanie emisji CO₂ jest wyświetlana, jeśli w zakładce 'Podstawa' zaznaczono opcję Szacowanie emisji CO₂.

Zaznacz przy obiektach konstrukcyjnych 'pręty', 'powierzchnie' i 'bryły', który parametr materiału jest istotny dla szacowania emisji CO₂: waga, objętość czy powierzchnia itd.

W kolumnie 'Emisja jednostkowa' wprowadź wartość, jaką jednostka materiału przyczynia się do emisji CO₂. Na liście w kolumnie 'Jednostka' dostępne są różne jednostki emisji dla równoważników CO₂.

Na podstawie jednostkowych emisji oraz właściwości obiektów konstrukcyjnych przypisanych do materiału program określa część emisji CO₂. Obliczenie odbywa się zatem bezpośrednio, a nie jak w przypadku innych dodatków za pomocą oddzielnej funkcji.

'Emisja sumaryczna' pokazuje równoważniki CO₂, które wynikają z sumowania wszystkich aktywnych części emisji materiału. Dodatkowo wyświetlany jest udział emisji, jaki dany materiał ma w całkowitych emisjach wszystkich materiałów uwzględnionych w szacowaniu.

'Całkowite emisje' wynikają z sumowania emisji sumarycznych wszystkich materiałów, które są aktywowane w szacowaniu emisji CO₂.