Materiały

Materialy są potrzebne do definiowania powierzchni, przekrojów i brył. Właściwości materiałowe są uwzględniane w sztywnościach tych obiektów.

Nazwa

Możesz zdefiniować dowolną nazwę materiału. Jeśli oznaczenie odpowiada wpisowi z biblioteki, RFEM odczytuje zapisane tam charakterystyki materiałowe. Aby wybrać materiał z biblioteki, kliknij przycisk na końcu wiersza wprowadzania. O przejmowaniu materiałów opisano w rozdziale Biblioteka materiałów.

Dla materiałów z biblioteki „Podstawowe charakterystyki materiałowe” są ustawione na stałe i nie można ich zmieniać. Jeśli chcesz użyć niestandardowych charakterystyk materiału, zaznacz w sekcji „Opcje” pole wyboru Niestandardowy materiał (patrz sekcja Niestandardowy materiał).

Podstawowe

Karta Podstawowe zarządza podstawowymi parametrami materiału. Oferuje także możliwości sterowania szczególnymi właściwościami, które można określić w dodatkowych kartach.

Kategorie

W tej sekcji określasz typ materiału i model materiałowy.

Typ materiału

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

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

Model materiałowy

Na liście dostępne są następujące modele materiałowe:

Izotropowy | Liniowo sprężysty

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 bez ograniczenia górnego)

Macierz podatności (odwrotność macierzy sztywności) dla powierzchni ma postać:

Ortotropowy | Liniowo sprężysty (powierzchnie)

W tym modelu materiałowym można zdefiniować właściwości sztywności, które są różnie wyrażone w dwóch kierunkach powierzchni x i y. Umożliwia to na przykład odwzorowanie właściwości tworzywa sztucznego wzmacnianego włóknem szklanym, stropów gęstożebrowych lub kierunków pracy zbrojonych stropów. Osie powierzchni x i y są w płaszczyźnie powierzchni prostopadłe do siebie.

Aby zdefiniować różne właściwości materiałowe dla kierunku x i y, aktywuj w sekcji „Opcje” pole wyboru Niestandardowy materiał. W karcie Ortotropowy | Liniowo sprężysty (powierzchnie) możesz następnie określić 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 ortotropii. Indeksy dla ν_xy i ν_yx są przy tym oznaczone następująco: pierwszy indeks oznacza odkształcenie w kierunku naprężenia, drugi indeks oznacza ujemne odkształcenie prostopadłe do kierunku naprężenia.

Ortotropowy | Liniowo sprężysty (bryła)

W trójwymiarowym modelu materiałowym ortotropowym można oddzielnie zdefiniować sprężyste sztywności we wszystkich kierunkach bryły. Aby zdefiniować różne właściwości materiałowe dla każdego kierunku, aktywuj w sekcji „Opcje” pole wyboru Niestandardowy materiał. W karcie Ortotropowy | Liniowo sprężysty (bryła) możesz następnie określić parametry materiału.

Elementy macierzy sztywności wyznaczone na podstawie wprowadzonych danych są podane w karcie „Ortotropowy | Liniowo sprężysty (bryła) - Macierz sztywności”.

Izotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (pręty)

Ten model materiałowy jest dostępny dla materiałów typu „Drewno”. Umożliwia on na przykład odwzorowanie właściwości płyty OSB w modelu prętowym, który uwzględnia różne sztywności w zależności od orientacji montażu. Położenie płyty możesz określić w karcie Izotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (pręty) za pomocą dwóch list.

Ortotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (powierzchnie)

W przypadku materiałów typu „Drewno” tym modelem materiałowym można sterować modułem E pod kątem pracy jako ściana lub płyta, a także modułem ścinania G_xy: na przykład płyty OSB wykazują w modelu sztywności zależne od kierunku, w zależności od sposobu wbudowania.

Parametry sztywności można zdefiniować w karcie Ortotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (powierzchnie). Dla materiałów drewnianych z biblioteki wstępnie ustawione są wartości standardowe. Aby zdefiniować różne właściwości materiałowe dla każdego kierunku, najpierw aktywuj w sekcji „Opcje” pole wyboru Niestandardowy materiał.

Podstawowe charakterystyki materiałowe

W tej sekcji karty „Podstawowe” podane są najważniejsze charakterystyki materiału.

Moduł sprężystości

Moduł E opisuje zależność między naprężeniem normalnym a odkształceniem.

Moduł ścinania

Moduł ścinania G, zwany również modułem przesuwu, jest drugim parametrem do opisu zachowania sprężystego materiału liniowego, izotropowego i jednorodnego. Odkształcenie opiera się w tym przypadku na naprężeniu ścinającym.

Współczynnik Poissona

Współczynnik Poissona ν, zwany także liczbą Poissona, jest potrzebny do wyznaczania kontrakcji poprzecznej. W materiałach izotropowych współczynnik Poissona zwykle mieści się w zakresie od 0,0 do 0,5. Od wartości 0,5 (np. guma) należy zatem przyjąć, że nie jest to materiał izotropowy.

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

Jeśli wprowadzisz Niestandardowy materiał o jego właściwościach izotropowych, RFEM wyznacza współczynnik Poissona na podstawie wartości modułu E i G. To ustawienie domyślne możesz w razie potrzeby zmienić na liście „Typ definicji”.

Typ definicji

Ciężar właściwy / gęstość

Ciężar właściwy γ opisuje ciężar materiału na jednostkę objętości. Dane te mają szczególne znaczenie dla przypadku obciążenia „Ciężar własny”: automatyczny ciężar własny modelu jest wyznaczany z ciężaru właściwego i pól przekrojów użytych prętów lub z powierzchni i brył.

Gęstość ρ opisuje masę materiału na jednostkę objętości. Dane te są potrzebne do analiz dynamicznych.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej

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

Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest istotny dla przypadków obciążeń „Temperatura” i „Zmiana temperatury”.

Opcje

Pola wyboru w tej sekcji karty „Podstawowe” umożliwiają wpływanie na właściwości materiału. Po aktywowaniu opcji dodawane są nowe karty.

Niestandardowy materiał

Dla materiałów z biblioteki charakterystyki materiałowe są ustawione na stałe. Z tego względu nie można ich bezpośrednio zmieniać w polach wprowadzania. Aby dostosować właściwości materiału, aktywuj pole wyboru „Niestandardowy materiał”. Spowoduje to uaktywnienie pól wprowadzania podstawowych charakterystyk materiałowych w karcie „Podstawowe”. Ponadto w karcie „Wartości materiałowe” możesz zmieniać charakterystyki istotne dla wymiarowania (patrz rysunek Dostosowanie charakterystyk materiałowych). W karcie „Modyfikacja sztywności” istnieje możliwość globalnego skalowania modułu E i G współczynnikiem (patrz rysunek Dostosowanie sztywności materiału).

Zależny od temperatury

Aby zdefiniować liniowo sprężysty materiał o właściwościach naprężeniowo-odkształceniowych zależnych od temperatury, aktywuj pola wyboru „Niestandardowy” i „Zależny od temperatury”. Następnie możesz określić wartości materiałowe zależne od temperatury w karcie Zależny od temperatury.

Szacowanie kosztów

Do wyznaczania kosztów wykorzystywane są materiały przypisane do poszczególnych obiektów. Możesz określić koszty jednostkowe i jednostki obiektów w karcie Szacowanie kosztów.

Szacowanie emisji CO₂

Również szacowanie emisji CO₂ opiera się na materiałach przypisanych do poszczególnych obiektów. Możesz określić emisje jednostkowe i jednostki w karcie Szacowanie emisji CO₂.

Niestandardowa tekstura

Za pomocą niestandardowej tekstury możesz przypisać materiałowi strukturę powierzchni. Obiekty są następnie renderowane w bardzo realistyczny sposób. W karcie „Niestandardowa tekstura” wybierz istniejący wpis lub zdefiniuj nową teksturę za pomocą przycisku (patrz rozdział Tekstury).

Wartości materiałowe

W karcie Wartości materiałowe podane są wszystkie charakterystyki materiałowe, które mają znaczenie dla analizy statycznej i wymiarowania w dodatkach.

Modyfikacja sztywności

Karta Modyfikacja sztywności jest wyświetlana, jeśli w karcie „Podstawowe” zaznaczono opcję Niestandardowy materiał. Możesz tutaj globalnie dostosować sztywność materiału, na przykład aby uwzględnić współczynniki bezpieczeństwa lub zredukowane właściwości materiałowe.

Na liście w sekcji „Typ modyfikacji” dostępne są dwie możliwości:

• współczynnik dzielący dla modułów E i G
• współczynnik mnożący dla modułów E i G

W sekcji „Parametr” podaj współczynnik, o jaki ma zostać dostosowana sztywność materiału.

Jeśli występuje materiał o właściwościach ortotropowych, w karcie Ortotropowy | Liniowo sprężysty można dostosować moduły E i G oraz współczynniki Poissona (patrz rysunek Macierz sztywności). Jeśli w karcie Ortotropowy | Liniowo sprężysty | Macierz sztywności aktywujesz opcję „Ustaw elementy macierzy sztywności”, możesz również ręcznie zdefiniować elementy macierzy sztywności.

Zależny od temperatury

Karta Zależny od temperatury jest wyświetlana, jeśli w karcie „Podstawowe” zaznaczono opcje Niestandardowy materiał oraz Zależny od temperatury. Możesz tutaj opisać charakterystyki materiału zależne od temperatury. Właściwości materiałowe zależne od temperatury są uwzględniane dla obiektów obciążonych termicznie przez temperaturę lub zmianę temperatury. Przy obliczaniu obciążeń termicznych przyjmuje się temperaturę końcową danego kroku.

Wybierz na liście „Charakterystyka zależna od temperatury” charakterystykę materiałową, na przykład moduł E. Następnie za pomocą przycisku utwórz wymagane wiersze tabeli, aby móc wprowadzić temperatury wraz z odpowiadającymi im wartościami w poszczególnych wierszach. Za pomocą przycisku można również importować dane z tabeli programu Excel.

„Temperatura odniesienia” określa sztywności dla obiektów, na które nie działają obciążenia termiczne. Przy wartości odniesienia, na przykład 300 °C, dla wszystkich prętów i powierzchni przyjmowany jest zredukowany moduł E odpowiadający temu punktowi krzywej temperatury.

Biblioteka materiałów niestandardowych

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

Zapis materiału

Aby zapisać bieżący materiał jako niestandardowy, po zdefiniowaniu charakterystyk materiałowych kliknij na dole w sekcji „Podstawowe charakterystyki materiałowe” przycisk .

Pojawi się okno dialogowe „Nowy niestandardowy materiał”.

W polu „Nazwa” wpisz oznaczenie materiału. W razie potrzeby możesz jeszcze dostosować charakterystyki materiałowe. Następnie kliknij OK, aby zapisać niestandardowy materiał w bibliotece.

Wczytanie materiału

Aby wczytać niestandardowy materiał z biblioteki, kliknij w sekcji „Podstawowe charakterystyki materiałowe” przycisk .

Pojawi się okno dialogowe „Edytuj niestandardowy materiał”. W tej bibliotece z zapisanymi materiałami (patrz rysunek Okno dialogowe „Nowy niestandardowy materiał”) możesz wybrać odpowiedni wpis, a następnie zatwierdzić go przyciskiem OK.

Jeśli wczytałeś niestandardowy materiał i chcesz ogólnie zmienić jego właściwości, możesz dostosować charakterystyki materiałowe w bibliotece za pomocą przycisku (w sekcji „Podstawowe charakterystyki materiałowe”).

Ustalenie lokalizacji biblioteki

Biblioteka z materiałami niestandardowymi jest domyślnie zapisana w pliku user_library_material.dbm w katalogu ustawień użytkownika. Katalog ten można sprawdzić w Opcje programu.

W kategorii Baza danych wybierz pozycję Biblioteka materiałów użytkownika (1). Następnie wyświetl folder pliku user_library_material.dbm za pomocą przycisku (2). Jeśli chcesz używać innej biblioteki materiałów, znajdującej się na dysku sieciowym Twojej firmy, określ katalog pliku i kliknij „Zapisz”. Możesz również przenieść swój plik na inny komputer i tam w tym samym oknie dialogowym odpowiednio ustawić ścieżkę zapisu.

Szacowanie kosztów

Karta Szacowanie kosztów jest wyświetlana, jeśli w karcie „Podstawowe” zaznaczono opcję Szacowanie kosztów.

Dla obiektów strukturalnych „Pręty”, „Powierzchnie” i „Bryły” zaznacz, która charakterystyka materiału jest odpowiednia dla szacowania kosztów: ciężar, objętość lub powierzchnia itd.

W kolumnie „Koszt jednostkowy” wpisz wartość, ile kosztuje jedna jednostka materiału. Na liście w kolumnie „Jednostka” dostępne są różne możliwości wyboru kosztów jednostkowych.

Na podstawie kosztów jednostkowych i właściwości obiektów strukturalnych przypisanych do materiału program bezpośrednio wyznacza przypadające koszty.

„Masa sumaryczna” na końcu tabeli pokazuje masę wynikającą z sumy wszystkich aktywowanych częściowych mas materiału. Ponadto wyświetlany jest udział masy sumarycznej tego materiału w masie wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania kosztów.

„Koszty sumaryczne” pokazują cenę wynikającą z sumy wszystkich aktywowanych częściowych kosztów materiału. Ponadto wyświetlany jest udział kosztów tego materiału w całkowitej cenie wszystkich materiałów.

„Koszty całkowite” wynikają z dodania kosztów sumarycznych wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania kosztów.

Szacowanie emisji CO₂

Karta Szacowanie emisji CO₂ jest wyświetlana, jeśli w karcie „Podstawowe” zaznaczono opcję Szacowanie emisji CO₂.

Dla obiektów strukturalnych „Pręty”, „Powierzchnie” i „Bryły” zaznacz, która charakterystyka materiału jest odpowiednia dla szacowania emisji CO₂: ciężar, objętość lub powierzchnia itd.

W kolumnie „Emisja jednostkowa” wpisz wartość emisji CO₂ przypadającą na jedną jednostkę materiału. Na liście w kolumnie „Jednostka” dostępne są różne jednostki emisji dla ekwiwalentów CO₂ do wyboru.

Na podstawie emisji jednostkowych i właściwości obiektów strukturalnych przypisanych do materiału program wyznacza przypadające emisje CO₂. Obliczenie odbywa się więc bezpośrednio, a nie jak w innych dodatkach za pomocą osobnej funkcji.

„Emisja sumaryczna” pokazuje ekwiwalenty CO₂ wynikające z sumy wszystkich aktywowanych częściowych emisji materiału. Ponadto wyświetlany jest udział emisji tego materiału w całkowitej emisji wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania.

„Emisja całkowita” wynika z dodania emisji sumarycznych wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania emisji CO₂.