Materiały

Materiały są potrzebne do definiowania powierzchni, przekrojów i brył. Właściwości materiałowe wchodzą w skład sztywności tych obiektów.

Nazwa

Możesz ustawić dowolną nazwę dla materiału. Jeśli oznaczenie zgadza się z wpisem w bibliotece, RFEM otworzy zapisane właściwości materiałowe. Aby wybrać materiał z biblioteki, kliknij przycisk na końcu wiersza wprowadzania. Przejmowanie materiałów jest opisane w rozdziale Biblioteka materiałów.

Dla materiałów z biblioteki 'Podstawowe wartości materiału' są ustawione na stałe i nie są zmienialne. Jeśli chcesz użyć niestandardowych wartości materiałowych, zaznacz pole kontrolne Niestandardowy materiał w sekcji 'Opcje' (zobacz sekcję Niestandardowy materiał).

Podstawa

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

Kategorie

W tej sekcji definiujesz typ materiału i model materiałowy.

Typ materiału

Typ materiału kontroluje, które parametry i współczynniki są istotne przy sprawdzaniu nośności. Klasyfikacja ta ustala także częściowe współczynniki bezpieczeństwa materiału, które uwzględnia się przy sprawdzaniu nośności w zależności od normy.

Dla materiału z biblioteki jest z góry ustawiony jeden z następujących typów materiału.

Model materiałowy

W liście do wyboru znajdują się następujące modele materiałowe:

Izotropowy | Liniowo sprężysty

Liniowe 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 ograniczeń od góry)

Macierz podatności (odwrotność macierzy sztywności) dla powierzchni jest:

Ortotropowy | Liniowo sprężysty (Powierzchnie)

W tym modelu materiału można zdefiniować właściwości sztywności, które mają różną intensywność w obu kierunkach powierzchni x i y. Umożliwia to np. odwzorowanie właściwości tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym, stropów żebrowych lub kierunków zbrojenia w stropach. Osie powierzchni x i y są na płaszczyźnie powierzchni prostopadłe do siebie.

Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla kierunków x i y, aktywuj pole kontrolne Niestandardowy materiał w sekcji 'Opcje'. W zakładce Ortotropowy | Liniowo sprężysty (Powierzchnie) możesz wtedy określić 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

Współczynnik Poissona można zdefiniować dla obu kierunków ortotropowych. Indeksy dla ν_xy i ν_yx są przypisane następująco: pierwszy indeks zawsze oznacza odkształcenie w kierunku naprężenia, a drugi indeks oznacza ujemne odkształcenie prostopadłe do kierunku naprężenia.

Ortotropowy | Liniowo sprężysty (Bryły)

W trójwymiarowym ortotropowym modelu materiału można oddzielnie zdefiniować sprężyste sztywności we wszystkich kierunkach bryły. Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla każdego kierunku, aktywuj pole kontrolne Niestandardowy materiał w sekcji 'Opcje'. W zakładce Ortotropowy | Liniowo sprężysty (Bryły) możesz wtedy określić parametry materiału.

Elementy macierzy sztywności uzyskane z wprowadzonych wartości są podane w zakładce 'Ortotropowy | Liniowo sprężysty (Bryły) - Macierz sztywności'.

Izotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (Pręty)

Ten model materiału jest dostępny dla materiałów typu 'Drewno'. Umożliwia to np. odwzorowanie właściwości płyty OSB w modelu pręta, który uwzględnia różne sztywności w zależności od pozycji montażowej. Pozycję płyty można ustawić w zakładce Izotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (Pręty) za pomocą dwóch list.

Ortotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (Powierzchnie)

Dla materiałów typu 'Drewno' można w tym modelu materiału kontrolować moduł sprężystości E w odniesieniu do działania jako ściana lub płyta oraz moduł ścinania G_xy: np. płyty OSB wykazują zależne od kierunku sztywności w zależności od pozycji montażowej w modelu.

Parametry sztywności można zdefiniować w zakładce Ortotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (Powierzchnie). Dla materiałów drewnianych z biblioteki są ustawione wartości standardowe. Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla każdego kierunku, najpierw aktywuj pole kontrolne Niestandardowy materiał w sekcji 'Opcje'.

Podstawowe wartości materiału

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

Moduł sprężystości

Moduł sprężystości E opisuje stosunek między naprężeniem normalnym a odkształceniem.

Moduł ścinania

Moduł ścinania G, zwany także modułem poślizgu, jest drugim parametrem opisującym sprężystą odpowiedź liniową izotropowego i jednorodnego materiału. Odkształcenie opiera się w tym przypadku na naprężeniu ścinającym.

Współczynnik Poissona

Współczynnik Poissona ν, zwany także liczbowym współczynnikiem Poissona, jest potrzebny do określenia skurczu poprzecznego. Dla materiałów izotropowych współczynnik Poissona zwykle wynosi od 0,0 do 0,5. Dla wartości 0,5 (np. gumy) należy uznać, że nie jest to materiał izotropowy.

Zależność między modułem sprężystości, modułem ścinania a współczynnikiem Poissona dla materiału izotropowego opisana jest w równaniu Współczynnik Poissona.

Jeśli wprowadzisz Niestandardowy materiał z jego izotropowymi właściwościami, RFEM określi współczynnik Poissona z wartości modułów E i G. Możesz zmienić to domyślne ustawienie w razie potrzeby na liście 'Typ definicji'.

Typ definicji

Ciężar właściwy / Gęstość

Ciężar właściwy γ opisuje ciężar materiału na jednostkę objętości. Jest to szczególnie ważne dla przypadku obciążenia "ciężar własny": automatyczne obciążenie ciężarem własnym modelu jest określane na podstawie ciężaru właściwego oraz przekrojów użytych prętów lub powierzchni oraz brył.

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

Współczynnik rozszerzalności cieplnej

Współczynnik rozszerzalności cieplnej α opisuje liniowy związek między zmianą temperatury a zmianą długości (rozciąganie materiału przy ociepleniu, kompresja przy schłodzeniu).

Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest istotny dla rodzajów obciążenia 'Temperatura' oraz 'Zmiana temperatury'.

Opcje

Pola kontrolne w tej sekcji zakładki 'Podstawa' umożliwiają wpływanie na właściwości materiałowe. Po aktywowaniu opcji zostaną dodane nowe zakładki.

Niestandardowy materiał

Dla materiałów z biblioteki właściwości materiałowe są domyślnie ustawione. Nie można ich więc bezpośrednio zmieniać w polach wprowadzania. Aby dostosować właściwości materiału, aktywuj pole kontrolne 'Niestandardowy materiał'. To umożliwi dostęp do pól wprowadzania podstawowych wartości materiałowych w zakładce 'Podstawa'. Również w zakładce 'Wartości materiałowe' można zmienić specyficzne dla wymiarowania wartości charakterystyczne (zobacz rysunek Dostosowanie wartości materiałowych). W zakładce 'Modyfikacja sztywności' można zastosować globalną skalę współczynników E i G (zobacz obrazek Dostosowanie sztywności materiału).

Temperatura zależnościowa

Aby zdefiniować liniowo sprężysty materiał o właściwościach napreżeniowo-odkształceniowych zależnych od temperatury, zaznacz pola kontrolne 'Niestandardowy' i 'Temperatura zależnościowa'. Następnie możesz określić wartości materiałowe zależne od temperatury w zakładce Temperatura zależnościowa.

Wartości materiałowe

W zakładce Wartości materiałowe podane są wszystkie wartości materiałowe, które są istotne dla analizy statycznej oraz sprawdzeń w dodatkach.

Modyfikacja sztywności

Zakładka Modyfikacja sztywności jest wyświetlana, jeśli zaznaczysz opcję Niestandardowy materiał w zakładce 'Podstawa'. Możesz tutaj globalnie dostosować sztywność materiału, na przykład uwzględniając współczynniki bezpieczeństwa lub pomniejszone właściwości materiałowe.

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

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

W sekcji 'Parametry' podaj współczynnik, który ma zostać zastosowany w celu dostosowania sztywności materiałowej.

Jeśli masz materiał o ortotropowych właściwościach, można w zakładce Ortotropowy | Liniowo sprężysty dostosować moduły E i G oraz współczynniki Poissona (zobacz rysunek Macierz sztywności). Jeśli w zakładce Ortotropowy | Liniowo sprężysty | Macierz sztywności aktywujesz opcję 'Ustaw elementy macierzy sztywności', możesz także ręcznie ustawić elementy macierzy sztywności.

Temperatura zależnościowa

Zakładka Temperatura zależnościowa jest wyświetlana, jeśli zaznaczysz opcje Niestandardowy materiał i Temperatura zależnościowa w zakładce 'Podstawa'. Możesz w niej opisać właściwości materiałowe zależne od temperatury. Właściwości materiałowe zależne od temperatury są uwzględniane dla obiektów poddanych działaniu temperatury lub zmianie temperatury. Podczas obliczeń obciążeń temperaturowych przyjmuje się końcową temperaturę danego kroku.

Wybierz w liście 'Temperatura zależnościowa wartości charakterystycznej' wartość materiałową, na przykład moduł E. Następnie przyciskiem utwórz wymagane wiersze w tabeli, aby można było wprowadzić temperatury z odpowiadającymi im wartościami w kolejnych wierszach. Dzięki przyciskowi dane można również zaimportować z tabeli Excela.

'Temperatura referencyjna' ustala sztywności dla obiektów, które nie mają obciążeń temperaturowych. W przypadku wartości referencyjnej 300 °C wstawiany jest zredukowany moduł E tego punktu z krzywej temperaturowej dla wszystkich prętów i powierzchni.

Biblioteka materiałów niestandardowych

Możesz zapisać niestandardowy materiał w bibliotece jako szablon. Dzięki temu nie będziesz musiał ponownie definiować właściwości materiałowych w kolejnych projektach.

Zapisz materiał

Aby zapisać aktualny materiał jako niestandardowy, kliknij przycisk znajdujący się poniżej sekcji 'Podstawowe wartości materiałowe' po określeniu właściwości materiału.

Pojawi się okno dialogowe 'Nowy niestandardowy materiał'.

Wprowadź nazwę materiału w polu 'Nazwa'. W razie potrzeby możesz jeszcze dostosować właściwości materiału. Klikając OK, zapisujesz niestandardowy materiał w bibliotece.

Wczytaj materiał

Aby wczytać niestandardowy materiał z biblioteki, kliknij przycisk w sekcji 'Podstawowe wartości materiałowe'.

Pojawi się okno dialogowe 'Edytuj materiał niestandardowy'. W tej bibliotece z zapisanymi materiałami (patrz obraz Okno dialogowe 'Nowy niestandardowy materiał') możesz wybrać odpowiedni wpis, a następnie przejąć go klikając OK.

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

Ustal lokalizację biblioteki

Biblioteka z niestandardowymi materiałami jest domyślnie przechowywana w pliku user_library_material.dbm w folderze konfiguracji użytkownika. Ścieżkę tego folderu można sprawdzić w Opcje programu.

Wybierz w kategorii Baza danych wpis Biblioteka materiałów niestandardowych (1). Następnie wyświetl folder pliku user_library_material.dbm za pomocą przycisku (2). Jeśli chcesz użyć innej biblioteki materiałów, która znajduje się w sieci firmowej, określ lokalizację pliku i kliknij 'Zapisz'. Możesz także skopiować swój plik na inny komputer i tam w tym samym oknie dialogowym odpowiednio ustawić ścieżkę dostępu.