A análise elastoplástica leva em conta a não linearidade do material. Depois de ultrapassar o limite de escoamento, a rigidez do material é diferente da rigidez do intervalo elástico; além disso, quando o limite de escoamento é ultrapassado, o descarregamento pode deixar deformações no estado plástico. Observe que a não linearidade presumida do material não leva em conta as alterações na rigidez do material com base em fatores externos, como a temperatura. Os problemas reológicos (alteração nas propriedades do material ao longo do tempo) também não são avaliados.
A seguir, são indicadas as características da análise elastoplástica no Robot:
- A análise elastoplástica está disponível para estruturas 2D (estruturas 2D e grelhas) e para estruturas 3D.
- Somente são consideradas tensões normais de forças longitudinais e momentos de dobra (as tensões tangenciais causadas por forças transversais e os momentos de torção são desconsiderados).
- A análise elastoplástica é executada para as barras especificadas. Presume-se que o tipo de análise não muda globalmente para toda a estrutura. A análise elastoplástica é demorada e requer a definição de condições locais para uma barra (divisão de uma seção ou barra, modelo do material).
- A análise elastoplástica é executada somente para barras de estruturas. Não está disponível para elementos finitos planos ou volumétricos.
A análise elastoplástica de barras é executada em vários níveis: elemento -> seção -> ponto (modelo do material). No momento, são usados os seguintes métodos analíticos para análise elastoplástica:
- Análise no nível do elemento: adiciona graus de liberdade globais (discretização de barra elastoplástica). As barras são divididas em elementos de cálculo menores. Os elementos de cálculo e os nós adicionais são invisíveis para o usuário. Em cada elemento, as tensões são calculadas em três pontos (é usada a quadratura Gauss de terceira ordem).
É possível especificar um método para divisão automática usando a opção Comprimento máximo do elemento, localizada na caixa de diálogo Tipos de análise (menu Análise > Tipos de análise > guia Modelo de estrutura). Isso define o comprimento máximo de um elemento do cálculo. Também é possível definir um valor para um parâmetro de divisão usando a opção Divisão de elementos da análise elastoplástica, no menu Ferramentas > Preferências do trabalho > Análise de estrutura > caixa de diálogo Análise não linear. Assim, você pode especificar um número fixo para dividir cada barra ou usar a divisão automática.
- Análise no nível da seção: calcula as tensões ou forças na seção transversal de uma barra elastoplástica: a abordagem da estrutura em camadas; no entanto, considera-se a existência de um material uniforme na seção.
Uma seção é dividida em um conjunto de camadas (fibras). Em uma seção com flexão biaxial, é mais apropriado denominá-las como zonas. Em cada uma das zonas, as tensões são verificadas de acordo com o modelo estabelecido. As forças que atuam no eixo da barra são calculadas ao integrar as forças em todas as zonas da seção. Para cada zona de uma divisão de seção, os seguintes parâmetros devem ser especificados:
- Coordenadas (yi, zi) do ponto que é o centro de gravidade da zona no sistema central de uma seção
- Área da zona Ai
- Material Mi atribuído à zona, em que i é o número da zona (i=1,..., N)
Para cada incremento de carga, o Robot calcula os incrementos de deslocamento em pontos de divisão ao longo do comprimento da barra. Depois, com base nos deslocamentos, são calculadas as deformações nos pontos de uma seção. Considerando a função que descreve um modelo do material para uma determinada zona, as tensões são calculadas em cada ponto com base nas deformações atuais. Em seguida, as forças internas são calculadas com base nas tensões. No final, as forças internas em todos os pontos (zonas) são somadas (integradas). Esse processo iterativo é repetido até que a carga completa seja calculada.
- Modelo do material (a relação entre tensão e esforço, o método de descarregamento): plástico perfeitamente elástico ou elastoplástico com endurecimento: comportamento do material elástico e linear no intervalo elástico – linear com endurecimento. O modelo é gerado com base nos dados do material usando o módulo de Young (E) e o limite de escoamento (Re).
Atualmente, com base no método estabelecido e nos elementos finitos usados, existem as seguintes limitações da análise elastoplástica:
- O material da seção é homogêneo.
- O modelo do material exibe simetria de tensão de compressão e comportamento elastoplástico com endurecimento (a análise funciona para seções de aço).
- A análise é compatível com seções laminadas de bancos de dados de seções e seções de aço parametrizadas definidas pelo usuário.
- A análise não suporta barras com seções variáveis.
- A análise não suporta barras em solo elástico (solo de Winkler).
Na análise plástica, o método de descarregamento também precisa ser especificado. Ele determina o caminho do comportamento de um material após a resistência ao escoamento ser ultrapassada durante o descarregamento, quando as deformações ficam menores (o gradiente de deformação é negativo). Existem quatro tipos de comportamento de material (consulte a imagem abaixo):
- Elástico – retornar ao mesmo caminho do carregamento. Para o modelo de material não linear, essa é a elasticidade não linear.
- Plástico – retornar ao caminho definido pelo módulo inicial de elasticidade. O valor do parâmetro é α = 1.
- Danos – retornar ao caminho direcionado para o ponto (ε,ς) = (0,0). O valor do parâmetro é α = 0.
- Misto – retornar ao caminho intermediário entre o caminho plástico e o caminho de danos especificado pelo parâmetro α: 0< α < 1.
Considerando-se a existência de um material uniforme na seção, a análise elastoplástica é aplicada às seções de aço. O intervalo de análise permite cálculos elastoplásticos de estruturas de aço que satisfaçam as recomendações da EuroCode3.
Na análise não linear padrão, a carga é aplicada em incrementos dQ = 1,0 / X, em que X é o número de incrementos de carga. Consequentemente, o máximo fator de carga possível (Q) que pode ser alcançado para cálculos convergentes é Qmax=1,0.
É possível usar critérios adicionais para parar a análise na caixa de diálogo com parâmetros de cálculo para um caso não linear. Em seguida, a análise não linear é executada de forma que o máximo fator de carga Qmax seja definido pelo usuário ou especificado por um evento determinado.