Материалы

Материалы необходимы для определения поверхностей, сечений и объемных тел. Свойства материалов влияют на жесткости этих объектов.

Название

Вы можете задать любое название для материала. Если обозначение совпадает с записью в библиотеке, RFEM считывает сохранённые параметры материала. Чтобы выбрать материал из библиотеки, нажмите кнопку в конце строки ввода. Как перенести материалы, описано в главе Materialbibliothek.

Для материалов из библиотеки параметры 'Основные характеристики материала' заданы по умолчанию и не подлежат изменению. Если вы хотите использовать пользовательские значения материала, установите флажок в разделе 'Опции' Пользовательский материал (см. раздел Пользовательский материал).

Основы

Вкладка Основы управляет основными параметрами материала. Она также предоставляет возможности управления специальными свойствами, которые вы можете задать в дополнительных вкладках.

Категории

В этом разделе вы указываете тип материала и модель материала.

Тип материала

Тип материала определяет, какие параметры и коэффициенты важны для расчёта. Эта классификация также задаёт частные коэффициенты безопасности материала, которые учитываются в зависимости от стандарта при расчёте.

Для материала из библиотеки задан один из следующих типов материала.

Модель материала

В списке доступны следующие модели материалов:

Изотропный | Линейно-упругий

Линейно-упругие жесткостные характеристики материала не зависят от направления. Они могут быть описаны следующим образом:

Действуют следующие условия:

• E > 0
• G > 0
• -1 < ν ≤ 0,5 (для плоскостей и объёмов; для стержней неограниченно)

Матрица податливости (обратная жесткостной матрице) для плоскостей имеет вид:

Ортотропный | Линейно-упругий (поверхности)

Для этой модели материала можно определить жесткостные свойства, которые различаются в двух направлениях поверхностей x и y. Таким образом, можно смоделировать свойства стеклопластика, рифленых плит или направления армирования ж/б плит. Оси x и y плоскостей взаимно ортогональны в плоскости.

Чтобы задать различные свойства материала для направлений x и y, активируйте флажок Пользовательский материал в разделе 'Опции'. На вкладке 'Ортотропный - Линейно-упругий (поверхности)' вы можете задать параметры материала.

Чтобы матрица жесткости была положительно определённой, должны выполняться следующие условия:

• E_x > 0; E_y > 0
• G_yz > 0; G_xz > 0; G_xy > 0
• $$\left|{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{xy}}\right|<\sqrt{\frac{{\mathrm{E}}_{\mathrm{x}}}{{\mathrm{E}}_{\mathrm{y}}}}$$

  коэффициент Пуассона

Ортотропный | Линейно-упругий (объемные тела)

В трехмерной ортотропной модели материала можно задать упругие жесткости отдельно для всех направлений объемного тела. Чтобы задать различные свойства материала для каждого направления, активируйте флажок Пользовательский материал в разделе 'Опции'. На вкладке 'Ортотропный - Линейно-упругий (объемные тела)' вы можете задать параметры материала.

Вкладка 'Ортотропный - линейно-упругий (объемные тела) - Матрица жесткости' отображает элементы матрицы жесткости, определённые из введённых данных.

Изотропный | Древесина | Линейно-упругий (стержни)

Эта модель материала доступна для материалов типа 'Древесина'. Она позволяет, например, моделировать свойства плиты OSB в стержневой модели, которая учитывает разные жесткости в зависимости от расположения. Положение плиты можно задать в вкладке 'Изотроп | Древесина | Линейно-упругий (стержни)' с помощью двух списков.

Ортотропный | Древесина | Линейно-упругий (поверхности)

Для материалов типа 'Древесина' с этой моделью материала можно управлять модулем упругости с точки зрения несущей способности в качестве стены или плиты, а также модулем сдвига G_xy: например, OSB-плиты имеют направленную жесткость в зависимости от их положения в модели.

Жесткостные параметры можно задать в вкладке 'Ортотроп | Древесина | Линейно-упругий (поверхности)'. Для деревянных материалов из библиотеки заданы стандартные значения. Чтобы задать различные свойства материала для каждого направления, активируйте предварительно флажок Пользовательский материал в разделе 'Опции'.

Основные характеристики материала

В этом разделе вкладки 'Основы' указаны основные характеристики материала.

Модуль упругости

Модуль упругости E описывает соотношение между нормальным напряжением и деформацией.

Модуль сдвига

Модуль сдвига G, также называемый модулем скольжения, является второй характеристикой для описания упругого поведения линейного, изотропного и однородного материала. Деформация в этом случае основана на сдвиговом напряжении.

Коэффициент Пуассона

Коэффициент поперечной деформации ν, также называемый коэффициентом Пуассона, необходим для определения поперечного сжатия. Для изотропных материалов коэффициент деформации обычно находится в диапазоне от 0,0 до 0,5. При значении 0,5 (например, резина) предполагается, что материал не является изотропным.

Связь между модулем упругости, модулем сдвига и коэффициентом поперечной деформации в изотропном материале описана в уравнении Коэффициент Пуассона.

Если вы вводите Пользовательский материал с изотропными свойствами, RFEM определяет коэффициент Пуассона из значений модуля упругости и модуля сдвига. При необходимости вы можете изменить эту настройку в списке 'Тип определения'.

Тип определения

Удельный вес / Плотность

Удельный вес γ описывает вес материала на единицу объема. Эта характеристика особенно важна для случая нагрузки "Собственный вес": автоматическая нагрузка модели определяется на основе удельного веса и площади сечения используемых стержней или поверхности и объемных тел.

Плотность ρ описывает массу материала на единицу объема. Эта характеристика необходима для динамических исследований.

Коэффициент теплового расширения

Коэффициент теплового расширения α описывает линейную зависимость между изменением температуры и длины (удлинение материала при нагревании, сжатие при охлаждении).

Коэффициент теплового расширения важен для типов нагрузок 'Температура' и 'Изменение температуры'.

Опции

Флажки в этом разделе вкладки 'Основы' позволяют повлиять на свойства материала. После активации опции добавляются новые вкладки.

Пользовательский материал

Для материалов из библиотеки свойства материала заданы по умолчанию. Поэтому их нельзя изменить напрямую в полях ввода. Чтобы настроить свойства материала, установите флажок 'Пользовательский материал'. Это сделает доступными поля ввода основных характеристик материала в вкладке 'Основы'. Аналогично, вы можете изменить специфические для расчёта характеристики во вкладке 'Материаловедение' (см. изображение Настройка характеристик материала). На вкладке 'Модификация жесткости' можно глобально масштабировать модули E и G с помощью коэффициента (см. изображение Настройка жесткости материала).

Температурозависимость

Чтобы определить линейно-упругий материал с температурозависимыми напряженно-деформационными характеристиками, активируйте флажки 'Пользовательский' и 'Температурозависимость'. После этого вы можете задать характеристики материала, зависящие от температуры, во вкладке Температурозависимость.

Материаловедение

Во вкладке Материаловедение перечислены все характеристики материала, которые играют роль в статическом анализе и расчетах в надстройках.

Модификация жесткости

Вкладка Модификация жесткости отображается, если вы установили флажок Пользовательский материал во вкладке 'Основы'. Здесь вы можете глобально настроить жесткость материала, например, для учета коэффициентов безопасности или уменьшенных характеристик материала.

В списке раздела 'Тип модификации' доступны два варианта:

• Коэффициент деления для модулей E и G
• Коэффициент умножения для модулей E и G

Введите в разделе 'Параметры' коэффициент, с помощью которого должна быть изменена жесткость материала.

Если материал имеет ортотропные свойства, во вкладке Ортотропный | Линейно-упругий можно настроить модули E и G, а также коэффициенты Пуассона (см. изображение Жесткостная матрица). Когда вы активируете опцию 'Установить элементы жесткостной матрицы' во вкладке Ортотропный | Линейно-упругий | Жесткостная матрица, вы также можете вручную задать элементы жесткостной матрицы.

Температурозависимость

Вкладка Температурозависимость отображается, если вы установили флажки Пользовательский материал и Температурозависимость во вкладке 'Основы'. Здесь вы можете описать температурозависимые характеристики материала. Температурозависимые характеристики материала учитываются для объектов, подвергающихся температурной или тепловой нагрузке. При расчёте температурных нагрузок используется конечная температура каждого шага.

Выберите в списке 'Температурозависимая характеристика' параметр материала, например, модуль упругости. Затем создайте необходимые строки таблицы с помощью кнопки , чтобы вы могли ввести температуры с соответствующими значениями построчно. С помощью кнопки данные также можно импортировать из таблицы Excel.

'Референсная температура' задаёт жесткие параметры для объектов, не подвергающихся температурным нагрузкам. Например, для референсного значения 300 °C для всех стержней и поверхностей принимается уменьшенный модуль упругости этой точки температурной кривой.

Пользовательская библиотека материалов

Вы можете сохранить пользовательский материал в библиотеке в качестве шаблона. Таким образом, вам не нужно определять свойства материала заново при следующих проектах.

Сохранение материала

Чтобы сохранить текущий материал как пользовательский, щёлкните кнопку внизу раздела 'Основные характеристики материала' после задания характеристик материала.

Появится диалог 'Новый пользовательский материал'.

Введите название материала в поле 'Название'. При необходимости вы также можете настроить характеристики материала. Нажмите ОК, чтобы сохранить пользовательский материал в библиотеке.

Загрузка материала

Чтобы загрузить пользовательский материал из библиотеки, щёлкните кнопку в разделе 'Основные характеристики материала'.

Появится диалог 'Редактирование пользовательского материала'. В этой библиотеке с вашими сохранёнными материалами (см. изображение Диалог "Новый пользовательский материал") вы можете выбрать нужный элемент и нажать ОК для подтверждения.

Если вы загружаете пользовательский материал и хотите изменить его характеристики в целом, вы можете настроить характеристики материала через кнопку (в разделе 'Основные характеристики материала') в библиотеке.

Установка местоположения библиотеки

Библиотека с пользовательскими материалами по умолчанию сохранена в файле user_library_material.dbm в директории конфигураций пользователя. Вы можете проверить это расположение в Программные опции.

Выберите в категории База данных запись Пользовательская библиотека материалов (1). Затем откройте папку с файлом user_library_material.dbm через кнопку (2). Если вы хотите использовать другую библиотеку материалов, расположенную в сетевой папке вашей компании, задайте директорию файла и нажмите 'Сохранить'. Вы также можете перенести ваш файл на другой компьютер и задать путь к файлу в этом же диалоге.