Верстак FEM
Введение
Верстак FEM предоставляет современный набор инструментов для анализа Методом Конечных Элементов (finite element analysis, FEA) в FreeCAD. В основном это означает, что все инструменты для проведения анализа объединены в один графический интерфейс пользователя (GUI).
Рабочий процесс
Шаги которые необходимо сделать для выполнению анализа методом конечных элементов:
- Предварительная обработка: постановка задачи анализа.
- Моделирование геометрии: создание геометрии с помощью FreeCAD или ее импорт из другого приложения.
- Создание анализа.
- Добавление ограничений моделирования, таких как нагрузки и фиксированные опоры, к геометрической модели.
- Добавление материалов к деталям геометрической модели.
- Создание сетки конечных элементов для геометрической модели или ее импорт из другого приложения.
- Решение: запуск внешнего решателя из FreeCAD.
- Постобработка: визуализация результатов анализа из FreeCAD или экспорт результатов для их последующей обработки в другом приложении.
В версиях 0.15 и 0,16 FreeCAD верстак FEM может использоваться на Linux, Windows и Mac OSX. Поскольку в рабочей среде используются внешние решатели, объем ручной настройки будет зависеть от используемой вами операционной системы. См. Установка FEM для получения инструкций по настройке внешних инструментов.
Рабочий процесс FEM Workbench; верстак вызывает две внешние программы для создания сетки твердого объекта и выполнения фактического решения задачи конечных элементов
Меню: Модель
- Analysis container: Создаёт новый контейнер для механического анализа. Если перед кликом на нём было выделено твёрдое тело, будет запущен диалог создания сетки МКЭ.
Материалы
- Material for solid: Выберите материал из базы данных.
- Material for fluid: Выберите материал из базы данных.
- Nonlinear mechanical material: Выберите материал из базы данных.
- Reinforced material: Позволяет выбрать из базы данных армированные материалы, состоящие из матрицы и армирования.
- Material editor:: Позволяет открыть редактор для редактирования материалов.
Геометрия элемента
- Fluid section for 1D flow: Создает элемент жидкостной секции МКЭ для пневматических и гидравлических сетей.
Электростатические ограничения
Жидкостные ограничения
- Constraint initial flow velocity: Используется для определения начальной скорости потока в области.
- Constraint flow velocity: Используется для задания скорости потока как граничного условия на кромке (2D) или грани (3D).
Механические ограничения
- Constraint fixed: Используется для определения ограничения с фиксацией точки/грани/поверхности.
- Constraint displacement: Используется для определения ограничений смещения для точки/грани/поверхности.
- Constraint plane rotation: Используется для определения ограничения плоского вращения на плоской поверхности.
- Constraint contact: Используется для определения контактного ограничения между двумя поверхностями.
- Constraint transform: Используется для назначения ограничения трансформации на грани.
- Constraint force: Используется для определения силы в [N], приложенной равномерно к выбираемой поверхности в определяемом направлении.
- Constraint pressure: Используется для определения ограничения давления.
- Constraint self weight: используется для определения ускорения свободного падения, действующего на модель.
- Constraint bearing: Используется для определения подшипниковых ограничений.
- Constraint gear: Используется для определения редукторных ограничений.
- Constraint pulley: Используется для определения ограничений шкива.
Температурные ограничения
- Constraint initial temperature: Используется для определения начальной температуры тела.
- Constraint heatflux: Используется для определения ограничений тепловых потоков на поверхностях.
- Constraint temperature: Используется для определения температурных ограничений для точки/грани/поверхности.
Меню: Сетка
- Nodes set: Создаёт/определяет набор нодов для сетки метода конечных элементов.
- FEM mesh to mesh: Преобразуйте поверхность сетки МКЭ в сетку.
Меню: Решение
- Solver Calculix CCX tools: Creates a new solver for this analysis. In most cases the solver is created together with the analysis.
- Solver Elmer: Creates the solver controller for Elmer. It is independent from other solver objects.
- Solver job control: Opens the menu to adjust and start the selected solver.
- Solver run calculation: Runs the selected solver of the active analysis.
Меню: Результаты
- Results purge: Очищает текущие результаты расчёта (Results в древе проекта).
- Result show: Используется для показа результатов исследования (Von Mises Stress или Displacement).
Меню: Утилиты
- FEM Examples: Открыть графический интерфейс для доступа к примерам МКЭ.
Контекстное меню
Настройки
- Preferences...: Доступные настройки инструментов FEM.
Информация
На следующих страницах объясняются различные темы верстака FEM.
Установка FEM: детальное определение настройки внешних программ для работы верстака.
FEM Mesh: дополнительная информация о получении сетки для анализа методом конечных элементов.
FEM Solver: дополнительная информация о различных решателях метода конечных элементов, доступных в верстаке, и о тех, которые могут быть использованы в будущем.
FEM CalculiX дополнительная информация о CalculiX, решателе по умолчанию, используемом в инструментальных средствах для расчета конструкций.
FEM Concrete: интересная информация по теме моделирования бетонных конструкций.
FEM Project дополнительная информация о системе единиц измерения, ограничениях, а также об идеях развития и дорожной карте верстака.
Учебники
Учебник 1: FEM CalculiX Cantilever 3D, базовый анализ балки с простой опорой.
Учебник 2: Учебник по МКЭ, простой анализ натяжения конструкции.
Учебник 3: FEM Tutorial Python, настроить пример консоли только с помощью скриптов на Python, включая сетку.
Учебник 4: FEM Shear of a Composite Block; увидеть деформацию блока, состоящего из двух материалов.
Учебник 5: Переходный анализ методом конечных элементов
Учебник 6: Постобработка результатов МКЭ с помощью Paraview
Учебник 7: FEM Example Capacitance Two Balls, Учебное пособие по графическому интерфейсу Элмера 6 «Электростатическая емкость двух шариков» с использованием примеров МКЭ.
Набор учебников по термомеханическому анализу от openSIM
Video tutorial 1: FEM video for beginner (including YouTube link)
Video tutorial 2: FEM video for beginner (including YouTube link)
Many video tutorials: anisim Open Source Engineering Software (in German)
Расширение верстака FEM
Верстак FEM находится в постоянном развитии. Цель проекта - найти способы простого взаимодействия с различными решателями МКЭ, чтобы конечный пользователь мог упростить процесс создания, построения сетки, моделирования и оптимизации задачи инженерного проектирования, и все это внутри FreeCAD.
Дальнейшая информация предназначена для опытных пользователей и разработчиков, которые хотят расширить верстак FEM. Ожидается знакомство с C ++ и Python, а также необходимы некоторые знания о системе «объект документа», используемой в FreeCAD; эта информация доступна в Центре опытных пользователей и Центре разработчиков. Обратите внимание: поскольку FreeCAD находится в активной разработке, некоторые статьи могут быть слишком старыми и, следовательно, устаревшими. Самая последняя информация обсуждается на форумах FreeCAD в разделе «Разработка». Для обсуждения FEM, советов или помощи в расширении верстака читателю следует обратиться к подфоруму FEM.
В следующих статьях объясняется, как можно расширить рабочую среду, например, путем добавления новых типов граничных условий (ограничений) или уравнений.
- Extend FEM Module
- Добавление ограничений в верстак FEM
- Учебник по добавлению уравнений в верстак FEM
Руководство разработчика было написано, чтобы помочь опытным пользователям разобраться в сложной кодовой базе FreeCAD и взаимодействиях между основными элементами и отдельными рабочими средами. Книга размещена на github, поэтому несколько пользователей могут вносить в нее свой вклад и постоянно обновлять.
- Early preview of ebook: Module developer' guide to FreeCAD source (тема форума)
- FreeCAD Mod Dev Guide (хранилище github)
- Materials: Solid, Fluid, Nonlinear mechanical, Reinforced (concrete); Material editor
- Element geometry: Beam (1D), Beam rotation (1D), Shell (2D), Fluid flow (1D)
Constraints
- Electromagnetic: Electrostatic potential, Current density, Magnetization
- Geometrical: Plane rotation, Section print, Transform
- Mechanical: Fixed, Displacement, Contact, Tie, Spring, Force, Pressure, Centrif, Self weight
- Thermal: Initial temperature, Heat flux, Temperature, Body heat source
- Overwrite Constants: Constant vacuum permittivity
- Solve: CalculiX Standard, Elmer, Mystran, Z88; Equations: Deformation, Elasticity, Electrostatic, Electricforce, Magnetodynamic, Magnetodynamic 2D, Flow, Flux, Heat; Solver: Solver control, Solver run
- Results: Purge, Show; Postprocessing: Apply changes, Pipeline from result, Warp filter, Scalar clip filter, Function cut filter, Region clip filter, Contours filter, Line clip filter, Stress linearization plot, Data at point clip filter, Filter function plane, Filter function sphere, Filter function cylinder, Filter function box
- Additional: Preferences; FEM Install, FEM Mesh, FEM Solver, FEM CalculiX, FEM Concrete; FEM Element Types
- Начинающим
- Установка: Загрузка, Windows, Linux, Mac, Дополнительных компонентов, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
- Базовая: О FreeCAD, Интерфейс, Навигация мыши, Методы выделения, Имя объекта, Настройки, Верстаки, Структура документа, Свойства, Помоги FreeCAD, Пожертвования
- Помощь: Учебники, Видео учебники
- Верстаки: Std Base, Arch, Assembly, CAM, Draft, FEM, Inspection, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Points, Reverse Engineering, Robot, Sketcher, Spreadsheet, Surface, TechDraw, Test Framework