El análisis elastoplástico tiene en cuenta la no linealidad del material. Después de superar el límite de plasticidad, la rigidez del material es diferente a la del intervalo elástico. Además, una vez superado el límite de plasticidad, la descarga puede dejar deformaciones del estado plástico. Tenga en cuenta que la no linealidad del material utilizada no tiene en cuenta el cambio en la rigidez del material en función de factores externos, como la temperatura. Los problemas reológicos (cambio de propiedades de materiales con el tiempo) tampoco se evalúan.
A continuación, se indican las características del análisis elastoplástico en Robot:
- El análisis elastoplástico está disponible para las estructuras 2D (emparrillados y pórticos 2D) y 3D.
- Solo se tienen en cuenta las tensiones normales de las fuerzas longitudinales y los momentos flectores. (No se tienen en cuenta las tensiones tangenciales causadas por esfuerzos transversales y momentos torsores).
- El análisis elastoplástico se realizará para las barras que especifique. Se presupone que el tipo de análisis no cambia globalmente para toda la estructura. El análisis elastoplástico requiere mucho tiempo y la definición de condiciones locales para una barra (división de una sección o barra, modelo de material).
- El análisis elastoplástico se realiza únicamente para las barras de la estructura. No está disponible para elementos finitos planos o volumétricos.
El análisis elastoplástico de barras se realiza en varios niveles, elemento -> sección -> punto (modelo de material). Actualmente, se utilizan los siguientes métodos analíticos para el análisis elastoplástico:
- Análisis en el nivel de elemento: añade grados globales de libertad (discretización de la barra elastoplástica). Las barras se dividen en elementos de cálculo más pequeños. Los nudos y los elementos de cálculo adicionales son invisibles para el usuario. En cada elemento, las tensiones se calculan en tres puntos (se utiliza la cuadratura de Gauss de tercer orden).
Se puede especificar un método de división automática mediante la opción Longitud máxima del elemento situada en el cuadro de diálogo Tipo de análisis (menú Análisis > Tipos de análisis > ficha Modelo de estructura). Define la longitud máxima de un elemento de cálculo. También puede definir un valor para un parámetro de división mediante la opción División de elementos para el análisis elastoplástico en el menú Herramientas > Preferencias para el proyecto > Análisis de la estructura > Análisis no lineal. Permite especificar un número fijo para dividir cada barra o utilizar la división automática.
- Análisis en el nivel de sección: calcula las tensiones o las fuerzas en la sección transversal de una barra elastoplástica, el enfoque de estructura en capas. Sin embargo, se supone que existe un material uniforme en una sección.
Una sección se divide en un conjunto de capas (fibras). En una sección doblada de forma biaxial, es más adecuado referirse a ellas como zonas. En cada una de las zonas, las tensiones se comprueban según el modelo previsto. Las fuerzas que actúan sobre el eje de la barra se calculan mediante la integración de las fuerzas en todas las zonas de sección. Para cada zona de una división de sección, se deben especificar los siguientes parámetros:
- Coordenadas (yi, zi) del punto que es el centro de gravedad de la zona en el sistema central de una sección.
- Área de zona Ai.
- Material Mi asignado a la zona, donde i es el número de zona (i=1,..., N).
Para cada incremento de carga, Robot calcula los incrementos de desplazamiento en los puntos de división a lo largo de la longitud de la barra. A continuación, en función de los desplazamientos, se calculan las deformaciones en los puntos de una sección. Teniendo en cuenta la función que describe un modelo de material, en una zona determinada, las tensiones se calculan en cada punto en función de las deformaciones actuales. A continuación, se calculan los esfuerzos internos en función de las tensiones. Al final, las fuerzas internas en todos los puntos (zonas) se suman (se integran). Este proceso iterativo se repite hasta que se calcula la carga completa.
- Modelo del material (la relación entre las tensiones y las deformaciones, el método de descarga): plástico con plasticidad ideal o elasticoplástico por endurecimiento, comportamiento del material elástico y lineal, en el intervalo plástico, lineal con endurecimiento. El modelo se genera en función de los datos de materiales mediante el módulo de Young (E) y el límite de plasticidad (Re).
Actualmente, según el método previsto y los elementos finitos utilizados, existen las siguientes limitaciones en el análisis elastoplástico:
- El material de la sección es homogéneo.
- El modelo de material muestra simetría de compresión-tracción y comportamiento elastoplástico con endurecimiento (el análisis funciona para secciones de acero).
- El análisis admite secciones laminadas de bases de datos de secciones y secciones de acero parametrizadas definidas por un usuario.
- El análisis no admite barras con sección variable.
- El análisis no admite barras en suelo elástico (suelo de Winkler).
En el análisis de plástico, también es necesario especificar el método de descarga. Determina la ruta del comportamiento de un material después de superar el límite de plasticidad durante la descarga cuando se reduce el tamaño de las deformaciones. (El gradiente de deformación es negativo). Existen cuatro tipos de comportamiento de materiales (consulte la siguiente imagen):
- Elástico: retorno a lo largo de la misma ruta que al cargar. Para el modelo de material no lineal, se trata de elasticidad no lineal.
- Plástico: retorno a lo largo de la ruta definida por el módulo inicial de elasticidad. El valor del parámetro es α = 1.
- Ruina: retorno a lo largo de la ruta dirigida al punto (ε,ς) = (0,0). El valor del parámetro es α = 0.
- Mixto: retorno a lo largo de la ruta intermedia entre la ruta de plástico y la ruta de ruina especificada en el parámetro α : 0< α < 1.
Si se supone que hay un material uniforme en una sección, el análisis elastoplástico se aplica a las secciones de acero. El intervalo del análisis permite realizar cálculos elastoplásticos de estructuras de acero que cumplan las recomendaciones del Eurocódigo 3.
En el análisis no lineal estándar, la carga se aplica a incrementos dQ = 1.0 / X, donde X es el número de incrementos de carga. Por lo tanto, el coeficiente máximo de carga posible (Q) que se puede alcanzar en los cálculos convergentes es Qmax=1.0.
Puede utilizar criterios adicionales para detener el análisis en el cuadro de diálogo con parámetros de cálculo para un caso no lineal. A continuación, el análisis no lineal se realiza de forma que el coeficiente de carga máximo Qmax lo define un usuario o lo especifica un determinado evento.