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2024-01-16

选择手册

材料

在定义面、截面和实体时需要定义材料，材料的属性会影响这些对象的刚度。

01 '新建材料'对话框

名称

用户可以为材料定义名称。如果用户输入的名称与 RFEM 材料库中的材料名称一致，则 RFEM 会导入材料库中的材料属性。用户点击名称输入框右侧的按钮，可以打开【从库中选择材料】对话框，从 RFEM 材料库中选择需要的材料。在材料库一章中介绍了如何选择和导入材料。

信息

用户在名称输入框中输入材料名称时，例如“C30”，输入框下会出现列表，显示各种规范中的 C30 材料，用户可以根据需要进行选择。

从材料库中导入的材料，其【基本】和【材料属性】中的参数是按照规范取值，用户无法更改。如果想在材料库中的材料基础上进行自定义，用户可以在【选项】面板中勾选【用户自定义材料】（见用户自定义材料）。

基本

【基本】选项卡中可以管理材料的各项基本参数。

材料类型

在【材料类型】下拉菜单中可以选择材料种类（钢材、混凝土、木材等）。材料类型影响着与设计相关的参数和系数。不同的材料有着不同的材料分项系数，在设计时软件会根据不同规范来考虑这些参数。

材料库中的材料类型有以下几种：

03 材料类别

材料模型

在【材料模型】下拉菜单中可以选择以下材料模型：

04 选择材料模型

信息

如果在模型的【基本数据】对话框中激活了【材料非线性】分析模块(需要软件许可证)，可以使用更多的材料模型。在材料非线性一章中对此进行了介绍。

各向同性线弹性

材料为线弹性，且在各个方向上性质相同。参数如下：

E = 2 G (1 + ν)

E	弹性模量
G	剪切模量
ν	泊松比

弹性模量、剪切模量和泊松比

适用于以下条件：

E > 0
G > 0
-1 < ν ≤ 0.5（针对用于面和实体的材料，用于杆件的材料无此限制）

以柔度矩阵形式表达的材料的本构方程如下：

[\begin{matrix} ε_{x} \\ ε_{y} \\ γ_{xy} \\ γ_{yz} \\ γ_{xz} \end{matrix}] = [\begin{matrix} \frac{1}{E} & - \frac{ν}{E} & 0 & 0 & 0 \\ - \frac{ν}{E} & \frac{1}{E} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & \frac{1}{G} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & \frac{1}{G} & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & \frac{1}{G} \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} σ_{x} \\ σ_{y} \\ τ_{xy} \\ τ_{yz} \\ τ_{xz} \end{matrix}]

弹性矩阵

正交各向异性线弹性(面)

使用这种材料模型，可以在 x 和 y 两个方向上定义不同的刚度属性。例如可以用于模拟玻璃纤维增强塑料、压型钢板等构件。面的局部坐标系 x 轴和 y 轴互相垂直。

如果需要在 x 和 y 方向分别定义不同的材料属性，则用户需要勾选【用户自定义材料】，然后在【正交各向异性 - 线弹性(面)】选项卡中定义材料的参数。

05 正交各向异性线弹性材料的刚度矩阵（面）

为了使刚度矩阵为正定矩阵，正交各向异性线弹性(面)材料的参数需满足以下条件：

E_x > 0; E_y > 0
G_yz > 0; G_xz > 0; G_xy > 0
$|ν_{xy}| < \sqrt{\frac{E_{x}}{E_{y}}}$

泊松比

正交各向异性线弹性(实体)

使用这种材料模型，可以在 x、y、z 三个方向上定义材料属性。如果要在每个方向定义不同的材料属性，则用户需要勾选【用户自定义材料】，然后在【正交各向异性-线弹性(实体)】对话框中定义材料的各项参数。

06 正交各向异性线弹性材料（实体）的刚度矩阵

在【正交各向异性 - 线弹性(实体) - 刚度矩阵】选项卡中，用户可以输入刚度矩阵的各个元素。

各向同性木材线弹性(杆件)

该材料模型适用于木材，例如用于定向木片板 OSB 的杆件。该类杆件顺纹摆放、横纹摆放、水平放置和竖直放置的刚度差异较大。用户可以在【各向同性 - 木材 - 线弹性(杆件)】 | 选项卡下选择杆件的摆放方式。

07 一种杆件用各向同性线弹性木结构参数

信息

在【刚度调整】选项卡下可以查看根据所选规范确定的材料的分项系数。用户可以通过勾选【用户自定义材料】来修改材料分项系数。

正交各向异性木材线弹性(面)

该材料模型可用于计算'木材'类型的材料作为墙或板时的弹性模量以及剪切模量 G_xy ：定义影响这类墙板的弹性模量和剪切模量 Gxy。

在【正交各向异性-木材-线弹性(面)】 | 选项卡中可以查看该材料的各项参数。从材料库中导入的木材，各项参数会被程序按照所选规范设置好，用户无法更改。如需在此基础上进行自定义木材，可以勾选【用户自定义材料】（见用户自定义材料）。

08 面用正交各向异性线弹性木结构参数

弹性模量

弹性模量 E 是材料正应力与应变的比值。

剪切模量

剪切模量 G 是材料剪应力与应变的比值。

泊松比

泊松比 ν 是反映材料承受一个方向的荷载时，垂直于该方向的横向变形情况的一个常数。各向同性材料的泊松比一般为 0~0.5。如果泊松比大于0.5，材料一般为各向异性材料。

各向同性材料的弹性模量、剪切模量和泊松比之间的关系可参见公式泊松比。

信息

材料库中的材料的剪切模量 G 是程序根据弹性模量和泊松比计算得到的。这样可以保证各向同性材料的刚度矩阵为对称矩阵。以这种处理方式计算得到的剪切模量数值会与规范中规定的值略有差异。

如果用户自定义材料 [[]] 是各向同性的，那么 RFEM 将根据弹性模量和剪切模量中的值来确定泊松比。用户可以在【定义类型】下拉菜单中选择计算方式。

材料属性的定义类型

e	G	(ν)	泊松比由弹性模量和剪切模量确定
e		ν	由弹性模量和泊松比确定剪切模量
e	G	ν	弹性模量、剪切模量和泊松比彼此独立，

容重/密度

容重 γ 描述了单位体积的材料所承受的重力荷载。容重 γ 在荷载工况【自重】中起着十分重要的作用。 RFEM 通过模型使用的杆件、面和实体的容重和构件体积可以自动计算出模型的自重。

体积密度 ρ 描述了单位体积的材料质量。体积密度用于动力分析模块。

热膨胀系数

热膨胀系数 α 描述了材料线长度与温度之间的关系，

该系数用于计算温度荷载。

用户自定义材料

从材料库中导入的材料，其各项参数是程序按照所选规范取得，用户无法在输入栏中进行更改。

如果需要调整导入的材料的属性，用户需要勾选【用户自定义材料】。之后用户可以在【基本】选项卡中的【基本材料属性】面板中对材料参数进行调整，在【材料属性】选项卡中修改各项与设计有关的参数。

09 调整材料属性

如果材料模型为正交各向异性，用户可以在【正交各向异性】选项卡中修改弹性模量、剪切模量和泊松比（见图正交各向异性线弹性材料的刚度矩阵）。如果勾选了【设置刚度矩阵元素】，用户可以修改材料的刚度矩阵中的元素。

10 定义刚度矩阵单元

刚度调整

对于用户自定义材料，用户可以手动调整材料的刚度。在【刚度调整】选项卡的【调整类型】下拉菜单中提供了两种方式：

E 和 G 模量的缩小系数
E 和 G 模量的放大系数

11 调整材料刚度

在对话框的【参数】面板中，可以输入要调整材料刚度的系数。

重要

刚度调整只在结构分析时考虑，在设计模块中的设计验算时不考虑。

与温度有关

如果材料各项属性随温度变化，用户可以勾选【用户自定义材料】和【与温度有关】选项，在【与温度有关】选项卡下定义材料的属性-温度变化曲线。

12 定义随温度变化的材料属性

在【与温度有关的属性】列表中，可以对材料属性进行选择，例如弹性模量、容重等参数。用户可以使用按钮创建新的表格行，并输入新的温度和该温度下的相应材料属性。用户也可以使用按钮从 Excel 中导入表格数据。

【参考温度】指材料的初始温度。例如当参考温度设为 300 °C 时，温度曲线上该点的折减弹性模量会将用于模型中所有涉及的杆件和面。

分节

父截面

基本对象