Materiały

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

Nazwa

Możesz określić dowolną nazwę materiału. Jeśli oznaczenie odpowiada wpisowi w bibliotece, RFEM wczytuje zapisane właściwości materiału. Aby wybrać materiał z biblioteki, kliknij przycisk na końcu pola edycji. Przejęcie materiałów jest opisane w rozdziale Biblioteka materiałów.

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

Podstawy

Zakładka Podstawy zarządza podstawowymi parametrami materiału. Oferuje również opcje sterowania szczególnymi właściwościami, które możesz określić w dodatkowych zakładkach.

Kategorie

W tej sekcji określasz typ materiału i model materiałowy.

Typ materiału

Typ materiału określa, które parametry i współczynniki są istotne przy projektowaniu. Klasyfikacja ta określa również częściowe współczynniki bezpieczeństwa materiału, które w zależności od normy są uwzględniane przy projektowaniu.

W przypadku materiału z biblioteki jeden z następujących typów materiału jest ustawiony domyślnie.

Model materiałowy

Na liście dostępne są następujące modele materiałowe:

Izotropowy | Liniowy 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 górnej granicy)

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

Ortotropowy | Liniowy sprężysty (powierzchnie)

W tym modelu materiałowym można zdefiniować właściwości sztywności, które różnią się w obu kierunkach powierzchni x i y. Pozwala to na przykład odwzorować właściwości tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym (GFRP), stropów żebrowych lub kierunków naprężenia zbrojonych stropów. Osie powierzchni x i y są w płaszczyźnie powierzchni prostopadłe do siebie.

Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla kierunku x i y, aktywuj w sekcji 'Opcje' pole wyboru Materiał zdefiniowany przez użytkownika. Następnie w zakładce Ortotropowy | Liniowy sprężysty (powierzchnie) możesz 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 mają następujące znaczenie: pierwszy indeks oznacza odkształcenie w kierunku naprężenia, drugi indeks ujemne odkształcenie prostopadłe do kierunku naprężenia.

Ortotropowy | Liniowy sprężysty (bryły)

W trójwymiarowym ortotropowym modelu materiałowym sprężyste sztywności można zdefiniować oddzielnie dla wszystkich kierunków bryły. Aby zdefiniować różne właściwości materiału dla każdego kierunku, aktywuj w sekcji 'Opcje' pole wyboru Materiał zdefiniowany przez użytkownika. Następnie w zakładce Ortotropowy | Liniowy sprężysty (bryły) możesz określić parametry materiału.

Elementy macierzy sztywności wyznaczone na podstawie danych wejściowych są podane w zakładce 'Ortotropowy | Liniowy sprężysty (bryły) - Macierz sztywności'.

Izotropowy | Drewno | Liniowy sprężysty (pręty)

Ten model materiałowy jest dostępny dla materiałów typu 'Drewno'. Pozwala on na przykład odwzorować właściwości płyty OSB w modelu prętowym, uwzględniającym różne sztywności w zależności od położenia montażowego. Położenie płyty możesz określić w zakładce Izotropowy | Drewno | Liniowy sprężysty (pręty) za pomocą obu list.

Ortotropowy | Drewno | Liniowy sprężysty (powierzchnie)

W przypadku materiałów typu 'Drewno' w tym modelu materiałowym można sterować modułem sprężystości w odniesieniu do pracy nośnej jako ściany lub płyty oraz modułem ścinania G_xy: płyty OSB na przykład wykazują w modelu zależne od kierunku sztywności w zależności od położenia montażowego.

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

Podstawowe właściwości materiału

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

Moduł sprężystości

Moduł sprężystości opisuje stosunek naprężenia osiowego do odkształcenia.

Moduł ścinania

Moduł ścinania G, zwany również modułem przesunięcia, jest drugą wielkością opisującą sprężyste zachowanie materiału liniowego, izotropowego i izotropowego. Odkształcenie opiera się w tym przypadku na naprężeniu stycznym.

Współczynnik Poissona

Współczynnik Poissona ν, zwany również liczbą Poissona, jest potrzebny do wyznaczenia odkształcenia bocznego. W przypadku materiałów izotropowych współczynnik Poissona mieści się zazwyczaj w zakresie od 0,0 do 0,5. Od wartości 0,5 (np. guma) należy zatem przyjąć, że materiał nie jest izotropowy.

Związek między modułem sprężystości, modułem ścinania a współczynnikiem Poissona dla materiału izotropowego opisuje równanie Współczynnik Poissona.

Jeśli wprowadzisz materiał zdefiniowany przez użytkownika z jego właściwościami izotropowymi, 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 na podstawie ciężaru właściwego oraz pól przekrojów użytych prętów lub powierzchni i brył.

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

Współczynnik rozszerzalności cieplnej

Współczynnik rozszerzalności cieplnej α opisuje liniowy związek między zmianami temperatury i długości (odkształcenie materiału przy ogrzewaniu, skrócenie przy schładzaniu).

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

Opcje

Pola wyboru w tej sekcji zakładki 'Podstawy' pozwalają wpływać na właściwości materiału. Po aktywacji opcji dodawane są nowe zakładki.

Materiał zdefiniowany przez użytkownika

W przypadku materiałów z biblioteki właściwości materiału są stałe i z góry określone. Dlatego nie można ich bezpośrednio zmieniać w polach edycyjnych. Aby dostosować właściwości materiału, aktywuj pole wyboru 'Materiał zdefiniowany przez użytkownika'. Dzięki temu pola edycyjne podstawowych właściwości materiału w zakładce 'Podstawy' stają się dostępne. Podobnie możesz zmienić właściwości projektowe w zakładce 'Właściwości materiałowe' (patrz rys. Dostosowanie właściwości materiałowych). W zakładce 'Modyfikacja sztywności' istnieje możliwość globalnego przeskalowania modułu E i G współczynnikiem (patrz rys. Dostosowanie sztywności materiału).

Zależny od temperatury

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

Szacowanie kosztów

Do wyznaczenia kosztów wykorzystywane są materiały przypisane do poszczególnych obiektów. Koszty jednostkowe i jednostki obiektów możesz określić w zakładce Szacowanie kosztów.

Szacowanie emisji CO₂

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

Własna tekstura

Za pomocą własnej tekstury możesz przypisać materiałowi strukturę powierzchni. Obiekty są wtedy bardzo realistycznie przedstawiane w renderingu. W zakładce 'Własna tekstura' wybierz istniejący wpis lub zdefiniuj nową teksturę przyciskiem (patrz rozdział Tekstury).

Właściwości materiałowe

W zakładce Właściwości materiałowe podane są wszystkie właściwości materiału, które odgrywają rolę w analizie statycznej i projektowaniu w add-onach.

Modyfikacja sztywności

Zakładka Modyfikacja sztywności jest wyświetlana, jeśli w zakładce 'Podstawy' zaznaczono opcję Materiał zdefiniowany przez użytkownika. Możesz 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 modułów E i G
• współczynnik mnożenia modułów E i G

W sekcji 'Parametr' podaj współczynnik, o który ma zostać dostosowana sztywność materiału.

W przypadku materiału o właściwościach ortotropowych w zakładce Ortotropowy | Liniowy sprężysty można dostosować moduły E i G oraz współczynniki Poissona (patrz rys. Macierz sztywności). Jeśli w zakładce Ortotropowy | Liniowy sprężysty | Macierz sztywności aktywujesz opcję 'Ustawianie elementów macierzy sztywności', możesz również ręcznie określić elementy macierzy sztywności.

Zależny od temperatury

Zakładka Zależny od temperatury jest wyświetlana, jeśli w zakładce 'Podstawy' zaznaczono opcje Materiał zdefiniowany przez użytkownika i Zależny od temperatury. Możesz tutaj opisać właściwości materiału zależne od temperatury. Właściwości materiału zależne od temperatury są uwzględniane dla obiektów obciążonych termicznie przez temperaturę lub zmianę temperatury. Przy obliczaniu obciążeń temperaturą przyjmowana jest temperatura końcowa danego kroku.

Wybierz na liście 'Właściwość zależna od temperatury' właściwość materiału, na przykład moduł sprężystości. Następnie utwórz przyciskiem wymagane wiersze tabeli, aby móc wpisać temperatury wraz z odpowiadającymi im wartościami wierszami. Przyciskiem można również zaimportować dane z tabeli Excel.

'Temperatura odniesienia' określa sztywności dla obiektów, które nie mają obciążeń temperaturą. Przy wartości odniesienia wynoszącej na przykład 300 °C dla wszystkich prętów i powierzchni przyjmowany jest zredukowany moduł sprężystości tego punktu krzywej temperatury.

Biblioteka materiałów zdefiniowanych przez użytkownika

Materiał zdefiniowany przez użytkownika możesz zapisać w bibliotece jako szablon. Dzięki temu nie musisz ponownie definiować właściwości materiału w kolejnych projektach.

Zapisywanie materiału

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

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

Wpisz w polu 'Nazwa' oznaczenie materiału. W razie potrzeby możesz jeszcze dostosować właściwości materiału. Przyciskiem OK zapisujesz wtedy materiał zdefiniowany przez użytkownika w bibliotece.

Wczytywanie materiału

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

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

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

Określanie lokalizacji magazynu biblioteki

Biblioteka z materiałami zdefiniowanymi przez użytkownika jest domyślnie zapisana w pliku user_library_material.dbm w katalogu konfiguracji użytkownika. Ten katalog możesz sprawdzić w opcjach programu.

Wybierz w kategorii Baza danych wpis Biblioteka materiałów użytkownika (1). Następnie wyświetl folder pliku user_library_material.dbm przyciskiem (2). Jeśli chcesz użyć innej biblioteki materiałów, która znajduje 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

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

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

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

Na podstawie kosztów jednostkowych i właściwości obiektów konstrukcyjnych przypisanych do materiału program bezpośrednio wyznacza koszty przypadające na dany materiał.

'Ciężar sumaryczny' na końcu tabeli pokazuje masę wynikającą z zsumowania wszystkich aktywowanych ciężarów cząstkowych materiału. Ponadto podawany jest udział ciężaru sumarycznego, jaki ten materiał ma w masie wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania kosztów.

'Koszty sumaryczne' pokazują cenę wynikającą z zsumowania wszystkich aktywowanych kosztów cząstkowych materiału. Ponadto podawany 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, jeśli w zakładce 'Podstawy' zaznaczono opcję Szacowanie emisji CO₂.

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

Wpisz w kolumnie 'Emisja jednostkowa' wartość, jaką wywołuje jedna jednostka materiału pod względem CO₂. Na liście w kolumnie 'Jednostka' dostępne są różne jednostki emisji dla równoważników CO₂.

Na podstawie emisji jednostkowych i właściwości obiektów konstrukcyjnych przypisanych do materiału program wyznacza emisje CO₂ przypadające na dany materiał. Obliczenie odbywa się zatem bezpośrednio, a nie jak w innych add-onach za pomocą osobnej funkcji.

'Emisja sumaryczna' pokazuje równoważniki CO₂, które wynikają z zsumowania wszystkich aktywowanych emisji cząstkowych materiału. Ponadto podawany jest udział emisji, jaki ten materiał ma w całkowitych emisjach wszystkich materiałów aktywowanych do szacowania.

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