Powrót do Instrukcji online

Czy ta strona jest pomocna?

5892x

000076

mgr inż. Franka Faulsticha

2023-12-14

Wybór ręczny

Przegląd

Graficzny interfejs użytkownika i jego ustawienia

Centrum Dlubal

Dane podstawowe modelu

Konstrukcja

Imperfekcje

Przypadki obciążeń i kombinacje

Generatory obciążeń

Obciążenia

Obiekty wynikowe

Obliczenia

Wyniki

Obiekty pomocnicze

Funkcje programu

Ocena wyników

Raporty z obliczeń

Nieliniowe zachowanie materiału

Modele materiałowe

W przypadku rozszerzenia do analizy Nieliniowe zachowanie materiału (wymagana licencja) jest aktywowana w Danych podstawowych modelu, na liście modeli materiałowych dostępne są dalsze opcje oprócz 'Izotropowy | Liniowo sprężysty' i 'Ortotropowy | Liniowe modele materiałowe sprężyste'.

Modele materiału do dodatku Analiza nieliniowego zachowania materiałów

metoda obliczeń

Wenn Sie ein nichtlineares Materialmodell verwenden, wird immer eine iterative Berechnung durchgeführt. W zależności od modelu materiałowego definiowana jest inna zależność między naprężeniami a odkształceniami.

Sztywność elementów skończonych jest dostosowywana w trakcie iteracji, aż do osiągnięcia zależności naprężenie-odkształcenie. Dopasowanie jest zawsze przeprowadzane dla całej powierzchni lub elementu bryłowego. Bei der Auswertung der Spannungen sollte deshalb immer die Glättungsart Konstant in Netzelementen verwendet werden.

Uśrednianie wyników

Niektóre modele materiałowe w programie RFEM są oznaczone jako 'plastyczne', inne jako 'nieliniowo-sprężyste'. Wird ein Bauteil mit einem nichtlinear elastischen Material wieder entlastet, geht die Dehnung auf dem gleichen Pfad zurück. Po całkowitym odciążeniu odkształcenie zanika.

Wykres naprężenie-odkształcenie, nieliniowy wykres sprężysty

W przypadku elementu konstrukcyjnego z plastycznym modelem materiałowym odkształcenie występuje także po całkowitym odciążeniu.

Wykres naprężenie-odkształcenie, tworzywo sztuczne

Die Be- und Entlastung kann mit dem Add-On Analyse von Bauzuständen simuliert werden.

Hintergrundinformationen zu den nichtlinearen Materialmodellen sind im Fachbeitrag Fließgesetze im Materialmodell Isotrop nichtlinear elastisch zu finden.

Siły wewnętrzne w płytach z materiałem nieliniowym wynikają z całkowania numerycznego naprężeń po grubości płyty. Aby zdefiniować metodę całkowania dla grubości, w oknie dialogowym 'Edytuj grubość' należy zaznaczyć opcję Określ metodę całkowania. Dostępne są następujące metody całkowania:

kwadratura Gaussa-Lobatto
metoda Simpsona
metoda trapezów

Zdefiniuj metodę całkowania dla grubości powierzchni

Ponadto można zadać 'Liczbę punktów całkowania' na grubości płyty w zakresie od 3 do 99.

Informacje

Eine theoretische Erklärung zu den einzelnen Integrationsmethoden finden Sie im Handbuch Mehrschichtige Flächen.

Izotropowy plastyczny (pręty)

Wenn Sie in der Dropdown-Liste 'Materialmodell' den Eintrag Isotrop | Plastisch (Stäbe) auswählen, dann wird das Register für die Eingabe der nichtlinearen Materialparameter aktiv.

Aktywacja nieliniowego modelu materiałowego

Zdefiniuj nieliniowe parametry materiałowe

W tej zakładce należy zdefiniować wykres naprężenie-odkształcenie. Dostępne są następujące opcje:

Standardowy
Dwuliniowy
Wykres

W przypadku wybrania opcji Podstawowy program RFEM stosuje bilinearny model materiałowy. Für den Elastizitätsmodul E und die Fließgrenze f_y werden die Werte aus der Materialdatenbank genutzt. Aus numerischen Gründen verläuft der Ast nicht genau horizontal, sondern hat einen kleinen Anstieg E_p.

Aby zmienić wartości dla granicy plastyczności i modułu sprężystości, należy aktywować w zakładce 'Materiał główny' pole wyboru Materiał zdefiniowany przez użytkownika.

Aktywuj materiał zdefiniowany przez użytkownika

Bei der bilinearen Definition können Sie auch den Wert für E_p eingegeben.

Bardziej złożone zależności między naprężeniem a odkształceniem można zdefiniować za pomocą wykresu naprężenie-odkształcenie. Po wybraniu tej opcji wyświetlana jest zakładka 'Wykres naprężenie-odkształcenie'.

Wprowadź zdefiniowany przez użytkownika wykres naprężenie-odkształcenie

W każdym wierszu tabeli należy zdefiniować punkt dla stosunku naprężenie-odkształcenie. Sposób, w jaki wykres będzie przebiegał za ostatnim punktem definicji, można wybrać z listy 'Koniec wykresu' pod wykresem:

Rozkład według ostatniego punktu definicji

W przypadku 'Przerwania', naprężenie po ostatnim punkcie definicji powraca do zera. 'Uplastycznienie' oznacza, że naprężenie pozostaje stałe wraz ze wzrostem odkształcenia. 'Ciągły' oznacza, że wykres jest kontynuowany z nachyleniem z ostatniego przekroju.

Informacje

W tym modelu materiałowym wykres naprężenie-odkształcenie odnosi się do naprężenia podłużnego σ_x. W tym modelu materiałowym nie można uwzględnić różnych granic plastyczności dla rozciągania i ściskania.

Izotropowy plastyczny (powierzchnie/bryły)

Wenn Sie in der Dropdown-Liste 'Materialmodell' den Eintrag Isotrop | Plastisch (Flächen/Volumenkörper) auswählen, dann wird das Register für die Eingabe der nichtlinearen Materialparameter aktiv.

Wybierz model z tworzywa sztucznego

Najpierw należy wybrać 'Naprężeniową hipotezę zniszczenia'. Do wyboru są następujące hipotezy:

von Mises (kryterium uplastycznienia von Mises'a)
Tresca (kryterium uplastycznienia Tresca)
Drucker-Prager
Mohr-Coulomb

Zdefiniuj hipotezę uszkodzenia naprężeniowego

Wenn Sie von Mises auswählen, werden im Spannungs-Dehnungs-Diagramm folgende Spannungen verwendet:

Powierzchnie

σ_{v} = \sqrt{σ_{x}^{2} + σ_{y}^{2} - σ_{x} σ_{y} + 3 (τ_{xy}^{2})}

Naprężenia równoważne z naprężeń podstawowych według von Misesa

Bryły

σ_{v, Mises} = \sqrt{σ_{x}^{2} + σ_{y}^{2} + σ_{z}^{2} - σ_{x} σ_{y} - σ_{x} σ_{z} - σ_{y} σ_{z} + 3 (τ_{xy}^{2} + τ_{xz}^{2} + τ_{yz}^{2})}

Naprężenie równoważne σ_v,Mises z naprężeń podstawowych

σ_{v, Mises} = \sqrt{\frac{1}{2} [(σ_{1} - σ_{2})^{2} + (σ_{1} - σ_{3})^{2} + (σ_{2} - σ_{3})^{2}]}

Naprężenie równoważne σ_{v, Mises} z naprężeń głównych

Nach der Hypothese von Tresca werden diese Spannungen verwendet:

Powierzchnie

σ_{v} = \sqrt{{(σ_{x} - σ_{y})}^{2} + 4 {τ_{xy}}^{2}}

Naprężenie równoważne według Tresca

Bryły

σ_{v, Tresca} = max (|σ_{1} - σ_{2}|; |σ_{2} - σ_{3}|; |σ_{3} - σ_{1}|)

Naprężenie równoważne σ_{v, Tresca}

Zgodnie z hipotezą Drucker-Prager dla powierzchni i brył stosowane jest następujące naprężenie:

σ_{v} = \frac{m - 1}{2} (σ_{1} + σ_{2} + σ_{3}) + \frac{m + 1}{2} \sqrt{\frac{1}{2} [{(σ_{1} - σ_{2})}^{2} + {(σ_{2} - σ_{3})}^{2} + {(σ_{3} - σ_{1})}^{2}]}

m = \frac{σ_{c}}{σ_{t}}

σ_c	Grenzspannung für Druck
σ_t	Grenzspannung für Zug

Kryterium wydajności według Druckera-Pragera

Zgodnie z hipotezą Mohra-Coulomba dla powierzchni i brył stosuje się następujące naprężenie:

σ_{v} = \frac{m + 1}{2} \max \{|σ_{1} - σ_{2}| + K (σ_{1} + σ_{2}), |σ_{2} - σ_{3}| + K (σ_{2} + σ_{3}), |σ_{3} - σ_{1}| + K (σ_{3} + σ_{1})\}

K = \frac{m - 1}{m + 1}

m = \frac{σ_{c}}{σ_{t}}

Mohr-Coulomb

Izotropowy nieliniowy sprężysty (pręty)

Funkcjonalność w dużej mierze odpowiada funkcjonalności izotropowego modelu materiałowego izotropowy plastyczny (pręty). Różnica polega na tym, że po odciążeniu znika odkształcenie plastyczne.

Izotropowy nieliniowy sprężysty (powierzchnie/bryły)

Funkcjonalność w dużej mierze odpowiada funkcjonalności izotropowego modelu materiałowego izotropowy plastyczny (powierzchnie/bryły). Różnica polega na tym, że po odciążeniu znika odkształcenie plastyczne.

Uszkodzenie izotropowe (powierzchnie/bryły)

W przeciwieństwie do innych modeli materiałowych, wykres naprężenie-odkształcenie dla tego modelu materiałowego nie jest antymetryczny względem początku. W ten sposób za pomocą tego modelu materiałowego można wyświetlić, na przykład, zachowanie betonu zbrojonego włóknami stalowymi. Ausführliche Hinweise zum Modellieren von Stahlfaserbeton finden Sie im Fachbeitrag Materialeigenschaften von Stahlfaserbeton.

Model materiałowy „Izotropowy | Uszkodzenia"

W tym modelu materiału sztywność izotropowa jest redukowana za pomocą skalarnego parametru uszkodzenia. Ten parametr uszkodzenia wyznaczany jest z krzywej naprężeń określonej na wykresie. Nie uwzględnia się kierunku naprężeń głównych. Zamiast tego uszkodzenie występuje w kierunku odkształcenia zastępczego, które obejmuje również trzeci kierunek prostopadły do płaszczyzny. Obszary rozciągania i ściskania tensora naprężeń są traktowane oddzielnie. W każdym przypadku obowiązują inne parametry uszkodzenia.

"Wielkość elementu odniesienia" określa, w jaki sposób odkształcenie w obszarze rys jest skalowane do długości elementu. Przy domyślnej wartości zero skalowanie nie jest wykonywane. Pozwala to na realistyczne modelowanie zachowania materiałowego betonu zbrojonego włóknami stalowymi.

Theoretische Hintergründe zum Materialmodell 'Isotrop Beschädigung' finden Sie im Fachbeitrag Nichtlineares Materialmodell Schädigung.

Ortotropowy plastyczny (powierzchnie)/Ortotropowy plastyczny (bryły)

Model materiałowy według "Tsai-Wu" łączy właściwości plastyczne i ortotropowe. Damit sind spezielle Modellierungen von Werkstoffen mit anisotroper Charakteristik wie faserverstärkter Kunststoff oder Holz möglich.

Podczas uplastycznienia materiału naprężenia pozostają stałe. Zachodzi redystrybucja w zależności od sztywności występującej w poszczególnych kierunkach.

Model materiałowy „Ortotropowy | Plastik (powierzchnie)"

Model materiałowy ' ortotropowy | Plastyczny (brył) '

Der elastische Bereich entspricht dem Materialmodell Orthotrop linear elastisch (Volumenkörper) . W strefie plastycznej obowiązuje następujący warunek uplastycznienia zgodnie z Tsai-Wu:

Powierzchnie

σ_{x} [\frac{1}{f_{t, x}} - \frac{1}{f_{c, x}}] + \frac{{σ_{x}}^{2}}{f_{t, x} f_{c, x}} +

σ_{y} [\frac{1}{f_{t, y}} - \frac{1}{f_{c, y}}] + \frac{{σ_{y}}^{2}}{f_{t, y} f_{c, y}} +

\frac{{τ_{xy}}^{2}}{{f_{v, xy}}^{2}} - {[\frac{1}{f_{t, x}} + \frac{1}{f_{c, x}}]}^{2} \frac{E_{x} E_{p, x}}{E_{x} - E_{p, x}} α \leq 1

α = \sum_{i} ∆ γ_{i}

Tsai-Wu, płaski stan naprężenia

Bryły

σ_{x} [\frac{1}{f_{t, x}} - \frac{1}{f_{c, x}}] + \frac{{σ_{x}}^{2}}{f_{t, x} f_{c, x}} +

σ_{y} [\frac{1}{f_{t, y}} - \frac{1}{f_{c, y}}] + \frac{{σ_{y}}^{2}}{f_{t, y} f_{c, y}} +

σ_{z} [\frac{1}{f_{t, z}} - \frac{1}{f_{c, z}}] + \frac{{σ_{z}}^{2}}{f_{t, z} f_{c, z}} +

\frac{{τ_{yz}}^{2}}{{f_{v, yz}}^{2}} + \frac{{τ_{xz}}^{2}}{{f_{v, xz}}^{2}} + \frac{{τ_{xy}}^{2}}{{f_{v, xy}}^{2}} -

{[\frac{1}{f_{t, x}} + \frac{1}{f_{c, x}}]}^{2} \frac{E_{x} E_{p, x}}{E_{x} - E_{p, x}} α \leq 1

α = \sum_{i} ∆ γ_{i}

Tsai-Wu, Przestrzenny stan naprężeń

Wszystkie wytrzymałości należy zdefiniować jako dodatnie.

Warunek plastyczności można wyobrazić sobie jako powierzchnię w kształcie elipsy w sześciowymiarowej przestrzeni naprężeń. Jeżeli jedna z trzech składowych naprężenia zostanie przyłożona jako stała wartość, powierzchnię tę można rzutować na trójwymiarową przestrzeń naprężeń.

Ist der Wert für f_y(σ) nach Gleichung Tsai-Wu, ebener Spannungszustand kleiner als 1, so liegen die Spannungen im elastischen Bereich. Der plastische Bereich ist erreicht, sobald f_y(σ) = 1. Wartości powyżej 1 nie są dopuszczalne. Zachowanie modelu jest idealnie plastyczne, co oznacza, że nie zachodzi zwiększenie wytrzymałości.

Orthotrop plastisch Schweißnaht (Flächen)

Dieses Materialmodell findet bei Analysen mit dem Add-On Stahlanschlüsse Verwendung, um das Verhalten von Schweißnähten normengerecht abzubilden. In der Ersatzfläche entstehen nur Spannungen, die den Spannungskomponenten σ_⊥, τ_⊥ und τ_|| der Schweißnaht entsprechen. In den übrigen Spannungsrichtungen geht die Steifigkeit der Ersatzfläche gegen null.

Model materiałowy ortotropowy plastyczny spoiny

Model materiałowy „Ortotropowy | Plastyczny | Spoina (powierzchnie)”

Im Register 'Orthotrop | Plastisch | Schweißnaht (Flächen)' können Sie die Parameter für die Berücksichtigung der plastischen Materialverfestigung bei Schweißnähten festlegen, beispielsweise die Grenzwerte f_ekv und f_x für den Spannungsnachweis nach dem "richtungsbezogenen Verfahren" gemäß EN 1993-1-8 [1] für Schweißnähte, modifiziert um einen plastischen Anteil (siehe auch Fachbeitrag Nachweis von Kehlnähten).

Beton

Für den Materialtyp 'Beton' stehen die nichtlinearen Materialmodelle 'Anisotrop | Beschädigung' und 'Isotrop | Beschädigung (Flächen/Volumenkörper)' zur Auswahl.

Modele materiałowe betonu

Die beiden Materialmodelle sind im Kapitel Materialtyp und Materialmodell des Beton-Handbuchs bzw. oben im Abschnitt Isotrop Beschädigung beschrieben.

Mur

Wenn bei den Modell-Basisangaben das Bemessungs-Add-On Mauerwerksbemessung aktiviert ist (Lizenz erforderlich), stehen für den Materialtyp 'Mauerwerk' die nichtlinearen Materialmodelle 'Isotrop | Mauerwerk | Plastisch (Flächen)' und 'Orthotrop | Mauerwerk | Plastisch (Flächen)' zur Auswahl.