Arbeitsbereich FEM

From FreeCAD Documentation
Revision as of 10:39, 6 January 2023 by FBXL5 (talk | contribs)
FEM Arbeitsbereichssymbol

Einleitung

Der Arbeitsbereich FEM ermöglicht einen modernen Arbeitsablauf zur Finite-Elemente-Analyse (FEA) innerhalb von FreeCAD, siehe Finite-Elemente-Methode (FEM). Dies bedeutet im Wesentlichen, dass alle Werkzeuge zur Durchführung einer Analyse in einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) zusammengefasst sind.

Arbeitsablauf

Die Schritte zur Durchführung einer Finite-Elemente-Analyse sind:

  1. Vorbereitung: Einrichten des Analyseproblems.
    1. Modellierung der Geometrie: Erstellung der Geometrie mit FreeCAD oder Import aus einer anderen Anwendung.
    2. Erstellen einer Analyse.
      1. Hinzufügen von Simulationsrandbedingungen wie Lasten und starren Einspannungen zum geometrischen Modell.
      2. Hinzufügen von Materialien zu Teilen des geometrischen Modells.
      3. Erstellen eines Finite-Elemente-Netzes für das geometrische Modell oder Importieren eines Netzes aus einer anderen Anwendung.
  2. Berechnung: Ausführen eines externen Lösers aus FreeCAD heraus.
  3. Nachbearbeitung: Visualisierung der Analyseergebnisse aus FreeCAD heraus oder Export der Ergebnisse, damit sie mit einer anderen Anwendung nachbearbeitet werden können.

Der Arbeitsbereich FEM kann unter Linux, Windows und Mac OSX eingesetzt werden. Da der Arbeitsbereich mit externen Lösern arbeitet, hängt der Umfang der manuellen Einrichtung von dem Betriebssystem des Benutzers ab. Siehe FEM Einrichtung für Anweisungen zum Einrichten der externen Werkzeuge.

Arbeitsablauf des Arbeitsbereichs FEM; der Arbeitsbereich ruft zwei externe Programme auf, um die Vernetzung eines festen Objekts und die eigentliche Lösung des Finite-Elemente-Problems durchzuführen.

Menü: Modell

  • Analyse Container: Erstellt einen neuen Behälter für eine mechanische Analyse. Wenn in der Baumansicht vor dem Anklicken ein Volumenkörper ausgewählt wird, wird als nächstes der Vernetzungsdialog geöffnet.

Werkstoffe

  • Bewehrtes Material (Beton): Ermöglicht dir, verstärkte Werkstoffe aus der Datenbank auszuwählen, bestehend aus einer Matrix und einer Verstärkung.


.

  • Werkstoffeditor: Ermöglicht es, den Werkstoffeditor zu öffnen, um Werkstoffe zu bearbeiten.

Elementgeometrie

  • Träger Drehung: Wird verwendet, um Querschnitte von Balkenelementen zu drehen.

Elektrostatische Beschränkungen

Randbedingungen für Strömungen

Geometrische Beschränkungen

Mechanische Beschränkungen

  • Beschränkung fixiert: Wird verwendet, um eine fixierte Beschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) festzulegen.
  • Kontaktbeschränkung: Wird verwendet, um eine Kontaktbeschränkung zwischen zwei Flächen festzulegen.
  • Kraftbeschränkung: Wird verwendet, um eine Kraft in [N] festzulegen, die gleichmäßig auf eine wählbare Fläche in einer definierbaren Richtung wirkt.

Thermische Beschränkungen

  • Temperaturbeschränkung: Wird verwendet, um eine Temperaturbeschränkung für einen Punkt/Kante/Fläche(n) festzulegen.

Beschränkungen ohne Löser

Überschreiben von Konstanten

Menü: Netz

  • FEM Netzbereich: Erzeugt einen oder mehrere lokalisierte Bereiche für die Vernetzung, wodurch die Analysezeit stark optimiert wird.
  • FEM Netzgruppe: Gruppiert und beschriftet Elemente eines Netzes (Knoten, Kante, Fläche) zusammen, nützlich für den Export des Netzes zu externen Lösern.
  • Knoten Satz: Erstellt/definiert einen Knotensatz aus einem FEM etz.

Menü: Lösen

  • Löser CalculiX Standard: Erstellt einen neuen Löser für diese Analyse. In den meisten Fällen wird der Löser zusammen mit der Analyse erstellt.
  • Löser Elmer: Erstellt den Löser Steuerung für Elmer. Er ist unabhängig von anderen Löser Objekten.

Menü: Ergebnisse

  • Ergebnisanzeige: Wird verwendet, um das Ergebnis einer Analyse anzuzeigen.
  • Filterfunktionen: Dies ist ein Symbolmenü in der Symbolleiste FEM Results, das folgende Befehle beinhaltet:

Menü: Hilfsmittel

Kontextmenü

  • FEM Netz löschen: Löscht die Netzdatei aus der FreeCAD-Datei. Nützlich, um eine FreeCAD Datei leichter zu machen.

Einstellungen

Information

Die folgenden Seiten erläutern verschiedene Themen des FEM Arbeitsbereichs.

FEM Installieren: eine detaillierte Beschreibung, wie die im Arbeitsbereich verwendeten externen Programme eingerichtet werden.

FEM Netz: weitere Informationen zur Erlangung eines Netzes für die Finite Elemente Analyse.

FEM Löser: weitere Informationen über die verschiedenen im Arbeitsbereich verfügbaren und zukünftig einsetzbaren Löser.

FEM CalculiX: weitere Informationen zu CalculiX, dem Standard Löser, der im Arbeitsbereich für die Strukturanalyse verwendet wird.

FEM Beton: interessante Informationen zum Thema Simulation von Betonstrukturen.

Tutorien

Tutorium 1: FEM CalculiX Cantilever 3D; grundlegende, einfach unterstützte Strahlanalyse.

Tutorium 2: FEM Tutorium; einfache Spannungsanalyse einer Struktur.

Tutorium 3: FEM Tutorium Python; einrichten des Cantilever Beispiels vollständig durch Skripting in Python, einschließlich des Netzes.

Tutorium 4: FEM Scherung eines Verbundwerkstoffblocks; siehe die Verformung eines Blocks, der aus zwei Materialien besteht.

Tutorium 5: Transiente FEM Analyse

Tutorium 6: Nachbearbeitung von FEM-Ergebnissen mit Paraview

Tutorium 7: FEM Example Capacitance Two Balls; Elmer's GUI-Tutorium 6 "Electrostatics Capacitance Two Balls", verwendet FEM-Beispiele.

Gekoppelte Tutorien zur thermomechanischen Analyse von openSIM.

Videotutorium 1: FEM Video für Anfänger (einschließlich YouTube-Link)

Videotutorium 2: FEM Video für Anfänger (einschließlich YouTube-Link)

Viele Videotutorien: anisim Open Source Engineering Software (in Deutsch)

Erweiterung dea FEM Arbeitsbereichs

Der FEM Arbeitsbereich wird ständig weiterentwickelt. Ein Ziel des Projekts ist es, Wege zu finden, wie man einfach mit verschiedenen FEM Lösern interagieren kann, so dass der Endanwender den Prozess der Erstellung, Vernetzung, Simulation und Optimierung eines Konstruktionsproblems in FreeCAD rationalisieren kann.

Die folgenden Information richtet sich an fortgeschrittene Anwender und Entwickler, die den FEM Arbeitsbereich auf unterschiedliche Weise erweitern möchten. Vertrautheit mit C++ und Python werden vorausgesetzt, ebenso wie einige Kenntnisse des in FreeCAD verwendeten "Dokumentobjekt" Systems; diese Informationen sind im Verteiler für Intensivnutzer und im Verteiler für Entwickler verfügbar. Bitte beachte, dass einige Artikel zu alt und damit veraltet sein können, da sich FreeCAD in der aktiven Entwicklung befindet. Die aktuellsten Informationen werden in den FreeCAD Foren, im Bereich Entwicklung, diskutiert. Für FEM Diskussionen, Ratschläge oder Unerstützung bei der Erweiterung des Arbeitsbereichs sollte sich der Leser auf das FEM Unterforum beziehen.

In den folgenden Artikeln wird erläutert, wie der Arbeitsbereich erweitert werden kann, z.B. durch Hinzufügen neuer Arten von Randbedingungen (Beschränkungen) oder Gleichungen.

Ein Entwicklerhandbuch wurde geschrieben, um Power-Usern zu helfen, die komplexe FreeCAD-Codebasis und die Interaktionen zwischen den Kernelementen und den einzelnen Workbenches zu verstehen. Das Buch wird bei github gehostet, so dass mehrere Benutzer dazu beitragen und es auf dem neuesten Stand halten können.

Erweitern der FEM Arbeitsbereichsdokumentation