Materiały

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

Nazwa

Można zdefiniować dowolną nazwę materiału. Jeśli nazwa jest zgodna z wpisem w bibliotece, RFEM wczytuje zapisane właściwości materiału. Aby wybrać materiał z biblioteki, należy kliknąć przycisk na końcu pola wprowadzania. Przejmowanie materiałów opisano w rozdziale Biblioteka materiałów.

W przypadku materiałów z biblioteki 'Podstawowe właściwości materiału' są ustawione na stałe i nie można ich zmienić. Jeśli chcesz użyć niestandardowych właściwości materiału, zaznacz pole wyboru Materiał zdefiniowany przez użytkownika w sekcji 'Opcje' (patrz sekcja Materiał zdefiniowany przez użytkownika).

Podstawowe

Zakładka Podstawowe zarządza podstawowymi parametrami materiału. Oferuje również opcje sterowania specjalnymi właściwościami, które można zdefiniować w dodatkowych zakładkach.

Kategorie

W tej sekcji definiuje się typ materiału i model materiałowy.

Typ materiału

Typ materiału steruje tym, które parametry i współczynniki są istotne podczas wymiarowania. Ta klasyfikacja określa również częściowe współczynniki bezpieczeństwa materiału, które są uwzględniane podczas wymiarowania w zależności od normy.

W przypadku materiału z biblioteki wstępnie ustawiony jest jeden z następujących typów materiałów.

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 definiować właściwości sztywności, które są różne w dwóch kierunkach powierzchni x i y. Umożliwia to na przykład odwzorowanie właściwości tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym, stropów żebrowych lub kierunków rozpięcia zbrojonych płyt. Osie powierzchni x i y leżą w płaszczyźnie powierzchni prostopadle do siebie.

Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla kierunków x i y, aktywuj pole wyboru Materiał zdefiniowany przez użytkownika w sekcji 'Opcje'. W zakładce Ortotropowy | Liniowo sprężysty (powierzchnie) można następnie zdefiniować 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 ortotropii. Indeksy dla ν_xy i ν_yx są przyporządkowane następująco: pierwszy indeks oznacza odkształcenie w kierunku naprężenia, drugi indeks oznacza ujemne odkształcenie poprzeczne do kierunku naprężenia.

Ortotropowy | Liniowo sprężysty (bryły)

W trójwymiarowym ortotropowym modelu materiałowym sprężyste sztywności można definiować oddzielnie we wszystkich kierunkach bryły. Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla każdego kierunku, aktywuj pole wyboru Materiał zdefiniowany przez użytkownika w sekcji 'Opcje'. W zakładce Ortotropowy | Liniowo sprężysty (bryły) można następnie zdefiniować parametry materiału.

Elementy macierzy sztywności wyznaczone na podstawie danych wejściowych są podane w zakładce 'Ortotropowy | Liniowo sprężysty (bryły) - 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 położenia montażowego. Położenie płyty można zdefiniować w zakładce Izotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (pręty) za pomocą dwóch list.

Ortotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (powierzchnie)

W przypadku materiałów typu 'Drewno' ten model materiałowy umożliwia sterowanie modułem sprężystości w odniesieniu do działania konstrukcyjnego jako ściana lub płyta oraz modułem ścinania G_xy: płyty OSB na przykład wykazują sztywności zależne od kierunku w zależności od położenia montażowego w modelu.

Parametry sztywności można zdefiniować w zakładce Ortotropowy | Drewno | Liniowo sprężysty (powierzchnie). W przypadku materiałów drewnianych z biblioteki ustawione są wartości domyślne. Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla każdego kierunku, aktywuj najpierw pole wyboru Materiał zdefiniowany przez użytkownika w sekcji 'Opcje'.

Podstawowe właściwości materiału

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

Moduł sprężystości

Moduł E opisuje stosunek między naprężeniem normalnym a odkształceniem.

Moduł ścinania

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

Współczynnik Poissona

Współczynnik Poissona ν, nazywany również liczbą Poissona, jest potrzebny do wyznaczenia przewężenia poprzecznego. W przypadku materiałów izotropowych współczynnik Poissona zwykle mieści się w zakresie od 0,0 do 0,5. Od wartości 0,5 (np. guma) należy przyjąć, że nie występuje materiał izotropowy.

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

Jeśli wprowadzasz Materiał zdefiniowany przez użytkownika z jego właściwościami izotropowymi, RFEM wyznacza współczynnik Poissona z wartości modułu E i G. To ustawienie domyślne można w razie potrzeby zmienić na liście 'Typ definicji'.

Typ definicji

Ciężar właściwy / gęstość

Ciężar właściwy γ opisuje ciężar materiału na jednostkę objętości. Wartość ta jest szczególnie ważna dla przypadku obciążenia "Ciężar własny": automatyczny ciężar własny modelu jest wyznaczany z ciężaru właściwego i pól przekrojów użytych prętów oraz powierzchni i brył.

Gęstość ρ opisuje masę materiału na jednostkę objętości. Wartość ta jest potrzebna do analiz dynamicznych.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej

Współczynnik rozszerzalności cieplnej α opisuje liniową zależność między zmianami temperatury a zmianami długości (wydłużenie materiału podczas ogrzewania, skrócenie podczas chłodzenia).

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

Opcje

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

Materiał zdefiniowany przez użytkownika

W przypadku materiałów z biblioteki właściwości materiału są ustawione na stałe. Dlatego nie można ich bezpośrednio zmieniać w polach wprowadzania. Aby dostosować właściwości materiału, aktywuj pole wyboru 'Materiał zdefiniowany przez użytkownika'. Spowoduje to udostępnienie pól wprowadzania podstawowych właściwości materiału w zakładce 'Podstawowe'. Podobnie można zmieniać właściwości specyficzne dla wymiarowania w zakładce 'Wartości materiału' (patrz rysunek Dostosowywanie właściwości materiału). W zakładce 'Modyfikacja sztywności' istnieje możliwość globalnego skalowania modułu E i G za pomocą współczynnika (patrz rysunek Dostosowywanie sztywności materiału).

Zależny od temperatury

Aby zdefiniować liniowo sprężysty materiał o właściwościach naprężeniowo-odkształceniowych zależnych od temperatury, aktywuj pola wyboru 'Zdefiniowany przez użytkownika' i 'Zależny od temperatury'. Następnie można zdefiniować zależne od temperatury właściwości materiału w zakładce Zależny od temperatury.

Szacowanie kosztów

Do wyznaczania kosztów wykorzystywane są materiały przypisane do poszczególnych obiektów. Koszty jednostkowe i jednostki obiektów można zdefiniować w zakładce Szacowanie kosztów.

Szacowanie emisji CO₂

Również szacowanie emisji CO₂ opiera się na materiałach przypisanych do poszczególnych obiektów. Emisje jednostkowe i jednostki można zdefiniować w zakładce Szacowanie emisji CO₂.

Tekstura zdefiniowana przez użytkownika

Za pomocą tekstury zdefiniowanej przez użytkownika można przypisać materiałowi strukturę powierzchni. Obiekty są wtedy renderowane bardzo realistycznie. Wybierz istniejący wpis w zakładce 'Tekstura zdefiniowana przez użytkownika' lub zdefiniuj nową teksturę za pomocą przycisku (patrz rozdział Tekstury).

Wartości materiału

W zakładce Wartości materiału podane są wszystkie właściwości materiału, które odgrywają rolę w analizie statycznej i wymiarowaniu w dodatkach.

Modyfikacja sztywności

Zakładka Modyfikacja sztywności jest wyświetlana, gdy w zakładce 'Podstawowe' zaznaczono opcję Materiał zdefiniowany przez użytkownika. Można tutaj globalnie dostosować sztywność materiału, na przykład w celu uwzględnienia współczynników bezpieczeństwa lub zredukowanych właściwości materiału.

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

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

W sekcji 'Parametr' podaj współczynnik, za pomocą którego ma zostać dostosowana sztywność materiału.

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

Zależny od temperatury

Zakładka Zależny od temperatury jest wyświetlana, gdy w zakładce 'Podstawowe' zaznaczono opcje Materiał zdefiniowany przez użytkownika i Zależny od temperatury. Można tutaj opisać zależne od temperatury właściwości materiału. Zależne od temperatury właściwości materiału są uwzględniane dla obiektów obciążonych termicznie przez temperaturę lub zmianę temperatury. Podczas obliczania obciążeń termicznych przyjmowana jest temperatura końcowa danego kroku.

Wybierz właściwość materiału z listy 'Właściwość zależna od temperatury', na przykład moduł E. Następnie utwórz wymagane wiersze tabeli za pomocą przycisku , aby móc wpisać temperatury z odpowiadającymi im wartościami wiersz po wierszu. Za pomocą przycisku można również zaimportować dane z tabeli Excel.

'Temperatura odniesienia' określa sztywności dla obiektów, które nie wykazują obciążeń termicznych. Przy wartości odniesienia na przykład 300 °C dla wszystkich prętów i powierzchni przyjmowany jest zredukowany moduł E z tego punktu krzywej temperaturowej.

Biblioteka materiałów zdefiniowanych przez użytkownika

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

Zapisywanie materiału

Aby zapisać bieżący materiał jako materiał zdefiniowany przez użytkownika, kliknij przycisk po zdefiniowaniu właściwości materiału na dole sekcji 'Podstawowe właściwości materiału'.

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

Wpisz nazwę materiału w polu 'Nazwa'. W razie potrzeby możesz jeszcze dostosować właściwości materiału. Klikając OK, zapisujesz materiał zdefiniowany przez użytkownika w bibliotece.

Wczytywanie materiału

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

Pojawi się okno dialogowe 'Edytuj materiał zdefiniowany przez użytkownika'. W tej bibliotece z zapisanymi materiałami (patrz rysunek Okno dialogowe 'Nowy materiał zdefiniowany przez użytkownika') można wybrać odpowiedni wpis, a następnie zatwierdzić go przyciskiem OK.

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

Ustawianie lokalizacji biblioteki

Biblioteka z materiałami zdefiniowanymi przez użytkownika jest domyślnie zapisana w pliku user_library_material.dbm w katalogu konfiguracji użytkownika. Katalog ten można sprawdzić w Opcje programu.

Wybierz wpis Biblioteka materiałów użytkownika w kategorii Baza danych (1). Następnie wyświetl folder pliku user_library_material.dbm za pomocą przycisku (2). Jeśli chcesz użyć innej biblioteki materiałów znajdującej się na dysku sieciowym firmy, określ katalog pliku i kliknij 'Zapisz'. Możesz również przenieść plik na inny komputer i tam ustawić odpowiednią ścieżkę zapisu w tym samym oknie dialogowym.

Szacowanie kosztów

Zakładka Szacowanie kosztów jest wyświetlana, gdy w zakładce 'Podstawowe' zaznaczono opcję Szacowanie kosztów.

Zaznacz przy obiektach konstrukcyjnych 'Pręty', 'Powierzchnie' i 'Bryły', która wielkość materiału jest istotna dla szacowania kosztów: ciężar, objętość lub powierzchnia itp.

Wpisz w kolumnie 'Koszt jednostkowy' wartość, jaką kosztuje jednostka materiału. Na liście w kolumnie 'Jednostka' dostępne są różne możliwości dla kosztów jednostkowych.

Z kosztów jednostkowych i właściwości obiektów konstrukcyjnych przypisanych do materiału program bezpośrednio wyznacza koszty cząstkowe.

'Masa sumaryczna' na końcu tabeli pokazuje masę wynikającą z sumowania wszystkich aktywowanych mas cząstkowych materiału. Ponadto wyświetlany jest udział masy sumarycznej, jaki ten materiał ma w masie wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania kosztów.

'Koszty sumaryczne' pokazują cenę wynikającą z sumowania wszystkich aktywowanych kosztów cząstkowych materiału. Ponadto wyświetlany jest udział kosztów, jaki ten materiał ma w cenie całkowitej wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania kosztów.

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

Szacowanie emisji CO₂

Zakładka Szacowanie emisji CO₂ jest wyświetlana, gdy w zakładce 'Podstawowe' zaznaczono opcję Szacowanie emisji CO₂.

Zaznacz przy obiektach konstrukcyjnych 'Pręty', 'Powierzchnie' i 'Bryły', która wielkość materiału jest istotna dla szacowania emisji CO₂: ciężar, objętość lub powierzchnia itp.

Wpisz w kolumnie 'Emisja jednostkowa' wartość, jaką jednostka materiału powoduje emisji CO₂. Na liście w kolumnie 'Jednostka' dostępne są różne jednostki emisji dla ekwiwalentów CO₂.

Z emisji jednostkowych i właściwości obiektów konstrukcyjnych przypisanych do materiału program wyznacza cząstkowe emisje CO₂. Obliczenia są zatem wykonywane bezpośrednio, a nie jak w innych dodatkach za pomocą osobnej funkcji.

'Emisja sumaryczna' pokazuje ekwiwalenty CO₂ wynikające z sumowania wszystkich aktywowanych emisji cząstkowych materiału. Ponadto wyświetlany jest udział emisji, jaki ten materiał ma w emisjach całkowitych wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania.

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