4.3 Materials

General Description

Materialien werden für die Definition von Flächen, Querschnitten und Volumenkörpern benötigt.Die Materialeigenschaften fließen in die Steifigkeiten dieser Objekte ein.

A Color is assigned to each material, which is used for the display of objects in the rendered model (see 11.1.9 Rendering ).

For new models, RFEM presets the two materials that were last used.

Material Description

Any name can be chosen as a Description of the material. When the entered name corresponds to an entry of the library, RFEM imports the material properties.

Note
The import of materials from the library is described in the Opening the library section.

Modulus of Elasticity E

The modulus of elasticity E describes the ratio between normal stress and strain.

Über das Menü Bearbeiten → Einheiten und Dezimalstellen oder die zugeordnete Schaltfläche können die Anpassungen für die Materialien vorgenommen werden.

Shear Modulus G

The shear modulus G, also known as the sliding modulus, is the second parameter for describing the elastic behavior of a linear, isotropic, and homogenous material.

Note
Der Schubmodul der in der Bibliothek verzeichneten Materialien wird gemäß Gleichung 4.1 aus dem Elastizitätsmodul E und der Querdehnzahl ν berechnet. Damit ist bei isotropen Materialien eine symmetrische Steifigkeitsmatrix gewährleistet.Unter Umständen können die so ermittelten Schubmodul-Werte geringfügig von den Angaben in den Eurocodes abweichen.

Poisson's Ratio ν

Zwischen E- und sowie der Querdehnzahl ν (auch Poissonzahl genannt) besteht folgender Zusammenhang:

Note
When you manually define the properties of an isotropic material, RFEM automatically determines Poisson's ratio from the values of the E and G modulus (or the shear modulus from E modulus and Poisson's ratio).

Bei isotropen Materialien liegt die Querdehnzahl üblicherweise zwischen 0,0 und 0,5.Ab einem Wert von 0,5 (z. B. Gummi) ist daher anzunehmen, dass kein isotropes Material vorliegt. Before the calculation starts, a query appears asking if you want to use an orthotropic material model.

Spezifisches Gewicht γ

The specific weight γ describes the weight of the material per volume unit.

The specification is especially important for the load type 'self-weight'. The automatic self-weight of the model is determined from the specific weight and the cross-sectional areas of the used members or surfaces and solids.

Coefficient of Thermal Expansion α

This coefficient describes the linear correlation between changes in temperature and axial strains (elongation due to heating, shortening due to cooling).

The coefficient is important for the 'temperature change' and 'temperature differential' load types.

Partial Factor γ_M

This coefficient describes the safety factor for the material resistance; therefore, the index M is used. Mit dem Faktor γ_M kann die Steifigkeit bei der Berechnung abgemindert werden (siehe 7.3.1 Load cases and combinations ).

Der Beiwert γ_M darf nicht mit den Sicherheitsfaktoren verwechselt werden, die zur Ermittlung der Bemessungsschnittgrößen anzusetzen sind. Die Teilsicherheitsbeiwerte γ auf der Einwirkungsseite fließen bei der Überlagerung der Lastfälle in den Last- und Ergebniskombinationen ein.

Material Model

Twelve material models are available for selection in the list.

Use the [Details] button in the dialog box or table to access dialog boxes where you can define the parameters of the selected model.

Note
Wenn das Zusatzmodul RF-MAT NL nicht lizenziert ist, sind nur die Materialmodelle Isotrop linear elastisch und Orthotrop elastisch 2D/3D nutzbar.

Isotropic Linear Elastic

The linear-elastic stiffness properties of the material do not depend on directions. Sie lassen sich gemäß Gleichung 4.1 beschreiben. The following conditions apply:

• E > 0
• G > 0
• -1 > v ≤ 0,5 (für Flächen und Volumenkörper; für Stäbe nach oben unbegrenzt)

The elasticity matrix (inverse of stiffness matrix) for surfaces is the following:

Isotropic Nonlinear Elastic 1D

You can define the nonlinear elastic properties of the isotropic material in a dialog box.

Image 4.42 Dialog Box Material Model – Isotropic Nonlinear Elastic 1D

Es sind die Fließgrenzen getrennt für Zug (f_y,t) und Druck (f_y,c) des ideal oder bilinear elastischen Materials anzugeben. Zur realitätsgetreuen Abbildung des Materialverhaltens kann auch ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm definiert werden (siehe Bild 4.44).

Isotropic Plastic 1D

Liegt der Modelltyp 3D vor (siehe Bild 12.23), können in einem Dialog die plastischen Eigenschaften des isotropen Materials definiert werden. RFEM takes these properties for member elements into account, for example for the plastic calculation of a kinematic chain.

Note
Das nichtlineare Materialverhalten wird in der Berechnung nur dann korrekt erfasst, wenn ausreichend FE-Knoten am Stab erzeugt werden.Hierzu bestehen folgende Möglichkeiten:

• Dialog Stab teilen mittels n Zwischenknoten (siehe Bild 11.91), Teilungsart Nichtteilen der Linie
• Dialog FE-Netz-Einstellungen (siehe Bild 7.10), Option Teilung auch für gerade Stäbe verwenden mit einer Mindestanzahl der Stabteilungen von 10

Image 4.43 Dialog Box Material Model – Isotropic Plastic – 1D

Specify the parameters of the ideally or bilinearly plastic material. You can also define a stress-strain Diagram to display the material behavior realistically.

Image 4.44 Dialog Box Material Model – Stress-Strain Diagram 1D

Die Materialeigenschaften lassen sich getrennt für den positiven und den negativen Bereich definieren. Die Anzahl der Schritte steuert, wie viele Definitionspunkte jeweils vorliegen. Enter the strains ε and the corresponding normal stresses σ into the two lists.

Für den Verlauf nach dem letzten Schritt bestehen mehrere Möglichkeiten: Reißen für den Ausfall des Materials bei Überschreitung, Fließen für die Begrenzung auf die Übertragung einer maximalen Spannung, Fortlaufend wie im letzten Schritt oder Anschlag für die Begrenzung auf eine maximal zulässige Verformung.

It is also possible to import parameters from an [Excel] worksheet.

Die dynamische Grafik im Abschnitt Spannungs-Dehnungs-Diagramm ist hilfreich, um die Materialeigenschaften zu kontrollieren.Im Feld Ei unterhalb der Grafik kann der E-Modul des aktuellen Definitionspunkts abgelesen werden.

The im Dialog ermöglicht es, das Spannungs-Dehnungs-Diagramm modellübergreifend zu speichern. You can use the lassen sich benutzerdefinierte Diagramme importieren.

Figure 4.45 Read Data Dialog Box

Note
Für Stäbe mit isotrop plastischem Materialeigenschaften ist das Kontrollfeld Schubsteifigkeit der Stäbe aktivieren (Querschnittsflächen A_y, A_z) im Berechnungsparameter-Dialog (siehe Bild 7.27) ohne Wirkung. This material model uses the beam theory according to Euler-Bernoulli where shear distortions are neglected.

Isotropic Nonlinear Elastic 2D/3D

With this material model, you can display the properties of nonlinear materials for surfaces and solids. No energy is delivered to the model (conservative analysis). As the same stress-strain relations apply for loading and relief of load, no permanent plastic distortions are available after a relief.