Аддон Нелинейная работа материала позволяет учитывать в программе RFEM 6 нелинейности материала. Вы можете активировать это дополнение в базовых данных модели, как показано на рисунке 1.
После активации аддона нелинейного анализа поведения материалов в дополнение к «Изотропному анализу» | Линейно-упругий »и« Ортотропный | Linear Elastic », другие параметры доступны для выбора в списке (Рисунок 2). Таким образом, вы можете выбрать одну из следующих моделей материала:
- Изотропный | Пластик (стержни)
- Изотропный | Пластик (поверхности/тела)
- Изотропный | Нелинейная упругость (стержни)
- Изотропный | Нелинейная упругость (поверхности/тела)
- Изотропный | Повреждения (поверхности/тела)
- ортотропный | Пластик (поверхности)
- ортотропный | Пластик (твердые тела)
Изотропный | Модель материала пластика (стержней)
Если вы выберете одну из вышеперечисленных записей в раскрывающемся списке «Модель материала», станет доступна новая вкладка для ввода параметров материала. Следовательно, выбрав «Изотропный | Пластик (стержни) », появится соответствующая вкладка, как показано на рисунке 3.
Во-первых, у вас есть возможность выбрать следующие параметры для типа диаграммы:
- Basic
- Билинейный
- Рабочая диаграмма
Если вы выберете первый вариант (то есть «Базовый»), программа будет использовать значения из базы данных материалов для модуля упругости E и предела текучести fy. Обратите внимание, что это также билинейная модель материала, где ветвь графика не совсем горизонтальна по численным причинам и имеет небольшой наклон Ep. Напротив, если диаграмма задана билинейно (то есть с опцией «Билинейная»), программа позволяет вам ввести значение Ep самостоятельно.
Третья доступная опция (то есть «Диаграмма напряжение-деформация») позволяет вам определять более сложные отношения между напряжением и деформацией. Обратите внимание, что в данной модели материала диаграмма «напряжение-деформация» относится к продольному напряжению σx. Этот вариант не позволяет учесть разный предел текучести при растяжении и сжатии.
Изотропный | Модель пластического материала (поверхности/тела)
Модель изотропного пластического материала также доступна для поверхностей и тел. Так же, как и для «Изотропного | Пластмасса (стержни) », соответствующая вкладка появляется при выборе« Изотропный | Пластик (поверхности/тела) »в раскрывающемся списке. Кроме возможностей задания типа диаграммы (как у «Изотропная | Пластмасса (стержни) »), необходимо выбрать« Гипотезу разрушения под напряжением »(Рисунок 4).
В выпадающем меню доступны для выбора следующие гипотезы напряженного разрушения:
- По фон Мизесу
- Треска
- Друкер-Прагер
- Моор-Кулон
Критерий текучести по фон Мизесу - это круговой цилиндр с гидростатической осью в пространстве главных напряжений. Все напряженные состояния в этом пространстве полностью упругие. Напряженные состояния за пределами этого пространства не допускаются. Согласно правилу текучести Трески, пластическая текучесть происходит из-за максимального напряжения сдвига.
В качестве расширения этих критериев текучести существуют правила текучести по Друкеру-Прагеру и Мору-Кулону, в которых пластическая текучесть возникает при локальном превышении максимального напряжения сдвига. В первом случае имеется область поверхности с плавной границей в пространстве главных напряжений, а во втором случае - это область поверхности с негладкой границей (Рисунок 5).
Изотропный | Нелинейная модель упругого материала (стержней)
Вкладка для настройки параметров «Изотропный | Нелинейная модель упругих элементов (стержни) очень похожа на модель «Изотропные стержни». | Пластик (стержни) »(Рисунок 6). По сути, эти модели соответствуют друг другу. Различие между ними связано с общим различием моделей нелинейных упругих материалов, с одной стороны, и пластических - с другой.
Если компонент конструкции с нелинейно-упругим материалом фактически снова высвобождается, деформация возвращается по тому же пути, и при полной разгрузке компонента деформации больше не происходит. С другой стороны, в случае пластических материалов напряжение сохраняется даже после полного снятия нагрузки. Графически это показано на рисунке 7.
Изотропный | Нелинейная модель упругого материала (поверхности/тела)
То же самое относится и к соответствию между «Изотропными | Пластичность (поверхности/тела) »и« Изотропные | Нелинейные упругие (поверхности/тела) »модели материалов. Свойства модели должны быть определены таким же образом (Рисунок 8), с той разницей, что после снятия нагрузки не остается пластической деформации.
Изотропный | Повреждения (поверхности/тела) Модель материала
Законы текучести, упомянутые ранее в статье, ограничиваются поверхностью текучести в пространстве главных напряжений, и их правила текучести могут применяться только к чисто упруго-пластическому поведению материала. Однако многие материалы не обладают чисто симметричным нелинейным поведением. Чтобы смоделировать поведение материалов, которые подвергаются процессу повреждения, вызванного трещинами, требуется более подходящая модель материала. Одним из таких материалов является бетон, который имеет значительно более высокую прочность на сжатие, чем на растяжение.
Трещины, возникающие в растянутой зоне материала, уменьшают жесткость системы. В случае железобетона или железобетона арматура поглощает растягивающие напряжения.
Для моделирования поведения таких материалов (например, сталефибробетона) в программе RFEM 6 предлагается функция «Изотропный | Повреждения (поверхности/тела) ». Если вы выберете эту модель материала, то закладка, показанная на рисунке 9, будет доступна вам для определения параметров модели.
В отличие от других моделей материалов, диаграмма напряжений для этой модели материала не антиметрична по отношению к началу координат. «Размер контрольного элемента» управляет масштабированием деформации в области трещины к длине элемента. При нулевом значении по умолчанию масштабирование не выполняется. В результате поведение материала сталефибробетона моделируется реалистично.
Ортотропный | Пластик (поверхности, тела) | Модель материала Цай-Ву
С помощью модели ортотропного пластического материала для поверхностей и тел в программе RFEM 6 можно рассчитывать и оценивать поверхности и тела со свойствами пластического материала в соответствии с критерием разрушения Цай-Ву. Эта модель материала сочетает в себе пластические и ортотропные свойства, что позволяет осуществлять специальное моделирование материалов с анизотропными свойствами. Таким образом, эту модель материала можно использовать для описания поведения армированных волокнами пластиков или деревянных панелей.
В этой модели материала упругий диапазон соответствует «Ортотропному | Линейно-упругая (твердые) »модель материала, тогда как для пластической области применяется податливость по Цай-Ву. На рисунке 10 показаны условия текучести как для поверхностей (2D), так и для тел (3D).
Если значение fy (σ) по уравнению Цай-Ву, плоское напряженное состояние, меньше 1, напряжения находятся в упругом диапазоне. Пластическая область достигается, когда fy (σ) = 1. Значения выше 1 не допускаются. Поведение модели в идеале пластичное, т. Е. Отсутствует жесткость.
Заключение
Дополнительный модуль Nonlinear Material Behavior позволяет учитывать нелинейности материала в программе RFEM 6. Если вы активируете это дополнение в разделе «Базовые данные» модели, список моделей материалов расширится, и вы сможете легко выбрать интересующую нелинейную модель материала.
При работе с нелинейными моделями материалов программа всегда выполняет итерационный расчет. В зависимости от выбранной модели, он определяет различное соотношение между напряжениями и деформациями. Жесткость конечных элементов постоянно регулируется в ходе итераций до тех пор, пока не будет выполнено соотношение напряжение-деформация.
Регулировка всегда выполняется для всей поверхности или элемента тела. Поэтому при оценке напряжений рекомендуется всегда использовать тип сглаживания «Константа на элементах сетки», как показано на рисунке 11.
