Cómo utilizar las propiedades materiales personalizadas de Risa para materiales estructurales especializados

Para los miembros que requieren orientación material específica de sección (como laminados compuestos con diferentes ángulos de ply), es posible que necesite definir un Sección de Cruz de átomos o utilizar el Constructor de sección de componentes compuestos en RISA-3D, que permite la capa de materiales con propiedades individuales.

Diferencias clave entre los tipos de material

RISA categoriza materiales por comportamiento estructural: isotropic, orthotropic, y anisotropic. La mayoría de acero y hormigón se tratan como isotropic (propiedades iguales en todas las direcciones). Timber, FRP y compuestos modernos son ortotropic (diferente rigidez a lo largo de las direcciones de grano/ply). Cuando se selecciona “Wood” o “FRP” como el tipo de material

Propiedades personalizadas avanzadas para el análisis no lineal

El análisis elástico lineal es el predeterminado en RISA, pero para el diseño sísmico, el análisis de empuje o el detallamiento de la conexión, usted necesita definiciones de material no lineal.

• Plástico Elástico-Perfectamente: Modelo no lineal más simple. Defina el estrés del rendimiento y mantenga la rigidez post-yield cero. Común para las vigas de acero bajo curva.
• ] Hardening: Definir una curva bilineal o trilineal con rigidez de endurecimiento especificada (a menudo 1–2% de E). Mejora la precisión para los marcos de acero que se están deformando con gran tamaño.
• Concrete Damage Plasticity or Tension Stiffening: Para el hormigón, ingrese la curva compresiva de tensión-estrés (Hognestad, Kent-Park o definida por el usuario) y un factor de rigidez de tensión para capturar el comportamiento post-agrillamiento.
• Rendimiento de la temperatura-Dependent:] Se utiliza para el análisis de incendios. RISA permite definir los factores de reducción de la resistencia al rendimiento en puntos de temperatura discretos.
• Hysteretic Damping: Para el análisis dinámico no lineal, puede asignar una relación de amortiguación de material que varía con amplitud de cepa.

Al introducir curvas no lineales, utilice puntos suficientes para capturar la forma pero evitar saltos abruptos que causan problemas de convergencia. Se recomienda un mínimo de 5-7 puntos para la rama compresiva y una rama de ablandar para la tensión. Siempre se realiza un análisis preliminar en un solo elemento para verificar la respuesta (por ejemplo, aplicar una carga monotónica y trama tensión vs. cepa).

Validación de materiales aduaneros no lineales

Un paso crucial que muchos ingenieros saltan valida el material personalizado contra un conocido cálculo de la prueba o de la mano. Cree un pequeño modelo en RISA —un único elemento de la tress o una columna corta— y aplique una carga que empujará el rendimiento del pasado del material. Compare la curva de desplazamiento de la fuerza con cálculos manuales o datos publicados. Este cheque captura errores en unidades de entrada (por ejemplo, entrar ksi cuando el modelo utiliza psi) o suave.

El paquete de documentación que se mantiene en el caso de la tensión de la tensión (por ejemplo, el paquete de la documentación) se puede exportar en el caso de la resistencia a la tensión (por ejemplo, si se utiliza un modelo de hormigón personalizado, se debe verificar el estado de cada punto de integración.

Aplicaciones Prácticas: Materiales especializados

Las propiedades materiales personalizadas brillan en proyectos que exigen rendimiento más allá de los códigos típicos. Aquí hay tres escenarios comunes con guía paso a paso.

1. Envolventes de polímero reforzado con fibra (FRP)

FRP es utilizado para el fortalecimiento de la envoltura de columnas, retrofits y el refuerzo de la viga. FRP es ortotrópico: alta resistencia y rigidez a lo largo de la dirección de la fibra, bajo a través de ella. En RISA, definir el material como “Otro” o “FRP” y establecer:

• E1 (longitudinal): 20.000–30.000 ksi (fibra de carbono).
• E2 (transverso): 1.500–2.000 ksi.
• G12: 800–1,000 ksi.
• ratio de Poisson ν12: 0.2–0.3.
• El estrés de la tensión en la dirección de la fibra: 350-550 ksi.
• Tensión de fallas de tracción: 1–2%.

Debido a que FRP es casi lineal elástico al fracaso, no se necesita plasticidad. Sin embargo, para la retroada sísmica, es posible que desee asignar una pequeña relación de amortiguación (1–2%). Asignar el material a elementos de cáscara o a una sección envuelta usando el Constructor de Sección Composite. Asegurar que la orientación de la fibra se alinea con el eje local del elemento (típicamente local 1-2 ejes).

2. Acero de alta resistencia con endurecimiento de estrado

El acero inoxidable de la chapa de acero y la lupa de la deriva debe ser de 40 grados, por ejemplo, el acero y la resistencia a la deriva. El diseño de la placa de acero y la resistencia a la deriva deben ser de alta calidad.

3. Madera laminada cruzada (CLT) con propiedades ortrópicas

CLT es un compuesto de madera con capas ortogonales. En RISA, seleccione el tipo de material “Wood” y luego cambiar las propiedades dependientes de la orientación:

• E paralela a la grano (E0): 1.800,000 psi para el SPF típico.
• E perpendicular a grano (E90): 85.000 psi.
• Módulo de lana G: 120.000 psi.
• Estreso de flexión (Fb) permitido basado en ajustes NDS.

Debido a que CLT es a menudo modelado utilizando elementos de concha, debe definir una concha capa o utilizar el Constructor de Sección Compuesta donde cada capa puede tener su propia orientación material. RISA 3D le permite asignar un ángulo de material local por ply utilizando el parámetro "Ply Angle" en la definición de sección laminada. Propiedades de material personalizado para CLT también debe incluir el módulo de concha de rodamiento, que es aproximadamente una décima parte del plano de la vaina.

Mejores prácticas para resultados fiables

Utilizando materiales personalizados introduce responsabilidad adicional. Siga estas directrices para evitar errores:

• Datos de la fuente de referencias confiables. Utilizar hojas de datos del fabricante, resultados de pruebas publicados o valores reconocidos en código (por ejemplo, AISC 360, ACI 318, NDS). Para materiales compuestos, consulte los informes de evaluación ASCE 41 o ICC-ES.
• Mantenga un archivo de biblioteca de materiales. RISA le permite exportar la biblioteca de materiales actual a un archivo .xml. Guarda este archivo como estándar de la empresa para que los mismos materiales personalizados se utilicen en todos los proyectos. Esto asegura la consistencia y reduce la reingresación.
• Use unidades consistentes. RISA trabaja en unidades consuetudinarias o métricas de los Estados Unidos. Verifique doblemente que los valores que usted ingrese coinciden con el sistema de unidades de su modelo. Un error común está entrando en E en psi cuando el modelo se establece en ksi (off por un factor de 1000).
• Prueba sobre una submodel. Antes de realizar un análisis completo de edificios con 10.000 elementos, aplique el material personalizado a un simple marco de dos bahías o una sola columna. Aplique la gravedad y cargas laterales e inspeccione las defleciones y tensiones. Compare con cálculos manuales o disposiciones de código.
• Documentar todos los parámetros personalizados. Mantenga una nota de diseño separada (o una hoja dentro del modelo RISA) que lista cada material personalizado con su fuente y fecha. Esto es invaluable durante la revisión de pares y al volver a examinar el modelo meses después.
• Actualizar propiedades con nuevos datos. Las propiedades materiales pueden cambiar con el tiempo debido a variaciones de lotes o estándares revisados. Revisita tu biblioteca personalizada al menos anualmente y ajustarse según sea necesario.

Pitfalls comunes y cómo evitarlos

Incluso ingenieros experimentados pueden tropezar cuando definen materiales personalizados. Aquí están frecuentes errores y correcciones:

• Las curvas no lineales no coinciden con los datos experimentales. Muchos usuarios introducen una curva trilineal con una caída repentina después de la última, causando inestabilidad numérica. En lugar de ello, usan una rama descendente lisa o añaden una gran capacidad de cepa plástica (por ejemplo, 5% para hormigón) para mejorar la convergencia.
• Ignorando el módulo de corte para materiales ortotrópicos. Si defines diferentes valores de E pero dejas G como el predeterminado (computado de la fórmula isotrópica), el análisis subpredecirá deformaciones de escamas.
• Utilizar materiales personalizados en cheques de código incorrectamente. Los módulos de diseño de RISA (por ejemplo, diseño de acero por AISC) utilizan los valores de fuerza de material asignados. Si establece Fy a 65 ksi, pero el miembro es una sección W que sólo se enumera como A992 en la base de datos de sección, RISA puede seguir utilizando la sección nominal Fy (50)
• Overwriting de materiales existentes. En lugar de modificar un material incorporado (por ejemplo, “A992 Gr50”), duplicarlo y cambiar el nombre. Esto preserva el defecto original y evita cambios accidentales a otros modelos que podrían utilizar ese nombre de material.

Ampliando sus capacidades con flujos de trabajo integrados

Los materiales de la RISA personalizados pueden ser aprovechados más cuando se combinan con otras herramientas de software. Por ejemplo, puede exportar definiciones de materiales a RISAConnection para el diseño de la conexión con la misma fuerza de acero, o importar datos de materiales de MATLAB o