Materiale

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Vedere Draft ShapeString per avere un esempio di comando ben documentato. Comandi della Gui fornisce una panoramica sui comandi. Vedere Lista dei comandi per gli altri comandi.

Per contribuire consultare la pagina Contribuire.

Questa pagina riguarda il sistema di dati dei materiali in FreeCAD.

Nel piano di sviluppo è contenuto il Modello di dati dei materiali

This page is about the Material data system in FreeCAD.

Introduzione

Poiché è difficile, se non impossibile, definire un insieme rigido o completo delle proprietà dei materiali, procediamo nel modo più aperto. Ogni oggetto che in FreeCAD ha a che fare con un materiale avrà una proprietà denominata "Material", che è una lista di chiavi o valori che può contenere un numero indefinito di proprietà dei materiali. Dato che questo è un sistema molto aperto ed estensibile per trattare tali dati, esso contiene anche il pericolo di creare caos. Pertanto questa pagina definisce alcune regole e le proprietà di base per trattare queste mappe-di-proprietà-dei-materiali (material-property-maps).

Regole

Ogni set di proprietà ha un solo ingresso obbligatorio che è "Name" (Nome, univoco). Questa è la chiave primaria del materiale. Le rimanenti proprietà del materiale sono facoltative o possono essere recuperate da un DataBase dei materiali.

I nomi delle proprietà (chiavi) sono ordinati per stringhe separate da trattini. La prima sottostringa è definita dall'applicazione o è standard, la successiva può essere utilizzata per un ulteriore gruppo di proprietà. I valori possono anche essere raggruppati con il segno di sottolineatura, come ad esempio, per distinguere i diversi tipi di acciaio. Esempio:

  • Name=Steel_Cast
  • SpecificWeight=7.85 (a 20° in kg/dm³)
  • EN10027_name = S235JR+AR (acciaio standard EN 10027-1)
  • FEM_YoungsModulus = xx in mm−1·kg·s−2
  • FEM_YoungsModulus_Z
  • FEM_YoungsModulus_X

Ogni proprietà ha una descrizione in linguaggio umano in questa pagina del Materiale, con eventuali link a ulteriori informazioni (ad esempio a Wikipedia).

Per ogni proprietà deve essere definita una unità di misura, in base al sistema di unità interno mm-kg-s di FreeCAD! Ciò consente un utilizzo e una traduzione coerenti.

La chiave (nome) e i valori delle proprietà utilizzano solo caratteri ASCII (7 bit). Le chiavi sono scritte in Camel-Case (maiuscole anche all'interno della parola), ma interpretate come case-insensitive (non sensibili alle maiuscole).

La sottolineatura (separazione delle parole con il carattere di sottolineatura) consente poi una vista ad albero delle proprietà per editarle o visualizzarle raggruppate.

Strumenti

Ci sono alcune buone risorse esterne per gestire più facilmente i materiali:

Database dei materiali

Dato per scontato che lo standard di cui sopra sia stato implementato, è sciocco ripetere la memorizzazione di tutte le proprietà per ogni oggetto. Fondamentalmente siamo in grado di costruire un DataBase dei Materiali con il nome come chiave primaria. Quindi, se non ci sono esigenze particolari, per un materiale è sufficiente definire, ad esempio, Name = Acciaio e FreeCAD può recuperare tutte le proprietà dal DB. Ogni ulteriore proprietà impostata nella mappa sovrascrive quella del DB.

In futuro possiamo ospitare questo DB da qualche parte nel web e costruire un DB OpenSource generale dei materiali.

Al momento penso a una lista compilata con un mini set di dati per una serie di materiali "di base" e le loro proprietà di base e a una versione completa basata su SQLite.

Material.py

Dato che la manipolazione delle proprietà-dei-materiali è un lavoro noioso dovremmo implementare un modulo Python front-end, il modulo per l'acquisizione dei dati di ingresso, chiamato Material.py. Questo sarà il luogo per implementare tutti i tipi di metodi di supporto per la manipolazione dei materiali.

  • Calcolo della massa da volume e densità
  • Traduzione in diverse unità di misura
  • Calcoli necessari in speciali applicazioni (es. FEM)
  • e qualsiasi altra cosa che ancora non sappiamo...

Il modulo implementato in questo modo può essere eseguito in FreeCAD o indipendentemente dalla riga di comando (la mappa-proprietà-dei-materiali deve essere data come mappa python).

Formato dei file della cartella dei materiali di FreeCAD

Lavorare con i materiali significa spesso importare o esportare delle definizioni-di-materiali. È quindi necessario stabilire un formato dei file. Dal momento che abbiamo solo la forma chiave o valore, possiamo utilizzare un formato di file semplice, facile da leggere e da analizzare. Quindi viene scelto il formato ini-file. È standardizzato e ci sono già dei parser disponibili. Ad esempio il Config parser module in python.

Ogni definizione di materiale risiede in un file con l'estensione .FCMat. Alcuni di questi file sono parte del sorgente di FreeCAD e sono compilati nel binario. Questo per salvarli come risorsa aggiuntiva della distribuzione e averne accesso. Ma i file possono anche essere posizionati e cercati in posti diversi per consentire la definizione di materiali aggiuntivi, non standard.

Esempi

; last modified 1 April 2001 by John Doe

Name=Steel_Cast
Father=Steel
Source=Some material book everyone knows (or not) ;Some comment
 
[EN10027]
; steel standard EN 10027-1
Name=S235JR+AR      

[Graphic]
Color_Emissiv = 255,255,255

Proprietà del materiale

Ecco ora la descrizione delle proprietà-dei-materiali concordate. Sentitevi liberi di aggiungere una sottosezione per le proprietà-del-materiale del vostro campo di competenza.

Generale

Proprietà generali del materiale
Nome della proprietà Descrizione Unità/Tipo di Dati
Name Nome univoco della proprietà, seguendo le regole descritte sopra stringa ASCII 7-bit
Father Nome del gruppo di materiali a cui appartiene questo materiale. Se è definito questo materiale eredita tutte le proprietà del genitore. Per le proprietà non definite saranno utilizzate le proprietà del genitore. ASCII string 7-bit
Description Un segnaposto per una descrizione più lunga del materiale ASCII string 7-bit
SpecificWeight Il peso specifico è il peso per unità di volume del materiale in kg-peso/m³. Nel Sistema Internazionale l'unità di misura è il newton/m³ Forse si intende Densità. Vedere: Peso specifico kg-peso/m³
Vendor Consente di specificare la marca o il fornitore del materiale ASCII string 7-bit
ProductURL Un URL dove trovare ulteriori informazioni sul materiale ASCII string 7-bit
SpecificPrice Il prezzo per unità di questo materiale. Le unità possono variare molto (USD/m³, EUR/piece, etc...) ASCII string 7-bit

Da fare: aggiungere alcune proprietà con un sistema di ordinazione dei materiali (metalli, leghe, minerali, legno, ....)

Meccanica

Proprietà dei materiali utilizzati in ingegneria meccanica o strutturale
Nome della proprietà Descrizione Unità/Tipo di Dati
Modulo di Young Il Modulo di Young, noto come modulo di elasticità longitudinale, è la misura della rigidità di un materiale elastico ed è un valore usato per caratterizzare i materiali. Vedere: Modulo di elasticità kg*mm^-1*s^-2 (kPa)
Rapporto di Poisson La contrazione laterale dei materiali in tensione come frazione del loro allungamento. Vedere: Rapporto di Poisson Adimensionale (-)
Tensione di snervamento Lo stress a cui un materiale duttile (come l'acciaio) inizia a sviluppare una deformazione plastica (irreversibile). Vedere: Tensione di snervamento N'*mm^-2 (MPa)
Carico di rottura (UTS) Lo stress a cui il materiale si rompe. Per materiali duttili, ciò potrebbe verificarsi dopo aver subito una significativa deformazione plastica (vedere Tensione di snervamento). Per un materiale fragile, la resistenza allo snervamento e il carico di rottura coincidono. Vedere: Carico di rottura N'*mm^-2 (MPa)
Incrudimento Utilizzato in un oggetto materiale non lineare FEM per descrivere una curva di deformazione con sforzo unidirezionale di un materiale duttile. I valori sono immessi come tuple (tensione di snervamento, deformazione plastica), dove la prima combinazione è (Tensione di snervamento, 0) e l'ultima (UTS, Carico di rottura) Vedere: Incrudimento (N'*mm^-2 (MPa), adimensionale (-)
Resistenza alla compressione uniassiale (FCK) La resistenza alla compressione del calcestruzzo, definita come la resistenza di un cubo di dimensioni 150 mm testata a 28 giorni. Vedere FCK N'*mm^-2 (MPa)
Friction Angle (PHI) L'angolo di attrito interno di un materiale granulare come sabbia o cemento, come usato nel criterio di Mohr-Coulomb. Vedere PHI gradi (-)
Durezza Des...
EN-10027-1 Se il materiale è un acciaio la sua designazione è definita secondo lo Standard Europeo No. 10027-1. string ASCII 7-bit

Da fare: aggiungere ulteriori proprietà necessarie per la progettazione meccanica.

Grafica

Questa sezione definisce le proprietà relative all'aspetto visivo del materiale.

L'aspetto visivo
Nome della proprietà Descrizione Unità/Tipo di Dati
AmbientColor Colore dell'ambiente nel modello di colore Coin3D float,float,float range: 0.0-1.0
DiffuseColor Colore diffuso nel modello di colore Coin3D float,float,float range: 0.0-1.0
SpecularColor Colore speculare nel modello di colore Coin3D float,float,float range: 0.0-1.0
EmissiveColor Colore emissivo nel modello di colore Coin3D float,float,float range: 0.0-1.0
Shininess Colore dell'ambiente nel modello di colore Coin3D float range: 0.0-1.0
Transparency Colore dell'ambiente nel modello di colore Coin3D float range: 0.0-1.0
VertxShader Programma Vertex shader come definito in GlSl Multi line string ASCII 7-bit
FragmentShader Programma Fragment shader come definito in GlSl Multi line string ASCII 7-bit


Termico

Proprietà termiche
Nome della proprietà Descrizione Unità / Tipo di dati
Conduttività termica La conduttività termica (coefficiente R o λ o k) che indica la capacità di un materiale di trasferire calore W/m²K
Coefficiente di espansione termica
Calore specifico

Architettura e Modello di Informazioni di un Edificio BIM

Proprietà dei materiali utilizzati nella progettazione architettonica
Nome della proprietà Descrizione Unità/Tipo di Dati
StandardFormat Il sistema di standard utilizzato in questo materiale (ASTM, MasterFormat, CSI, OmniClass, etc...) String ASCII 7-bit
StandardCode Il codice specifico di questo materiale nel formato standard prima String ASCII 7-bit
FireStandard Lo standard per la valutazione della resistenza al fuoco utilizzato per il materiale String ASCII 7-bit
FireClass La classe di resistenza al fuoco del materiale secondo lo standard indicato in precedenza String ASCII 7-bit
SoundTransmission Il coefficiente di trasmissione del suono di questo materiale ?
Finish Il tipo di finitura o rivestimento di questo materiale String ASCII 7-bit
Color Il colore di questo materiale String ASCII 7-bit
UnitsArea Il numero di unità di questo materiale necessarie per riempire una certa area String ASCII 7-bit

Da fare: aggiungere le proprietà di sostenibilità, di efficienza energetica e di impronta ecologica degli edifici LEED

TODO

  • add sustainability & LEED properties