FEM tutorial/de: Difference between revisions

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{{TutorialInfo/de
{{TutorialInfo/de
|Topic= Finite Element Analyse
|Topic= Finite-Elemente-Analyse
|Level= Anfänger
|Level= Anfänger
|Time= 10 Minuten + Löserzeit
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|Author=[http://freecadweb.org/wiki/index.php?title=User:Drei Drei]
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|FCVersion=0.16.6700 oder höher
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}}


<span id="Introduction"></span>
== Einführung ==
==Einleitung==
Dieses Tutorium soll den Leser in den grundlegenden Arbeitsablauf des FEM Arbeitsbereichs sowie in die meisten Werkzeuge einführen, die zur Durchführung einer statischen Analyse zur Verfügung stehen.

Dieses Tutorium soll dem Leser den grundlegenden Arbeitsablauf des Arbeitsbereichs FEM sowie die meisten Werkzeuge vorstellen, die zur Durchführung einer statischen Analyse zur Verfügung stehen.


[[Image:FEM_tutorial_result.png|600px]]
[[Image:FEM_tutorial_result.png|600px]]


<span id="Requirements"></span>
<div class="mw-translate-fuzzy">
== Anforderungen ==
==Voraussetzungen==
* FreeCAD Version 0.16.6700 oder höher
* [http://sourceforge.net/projects/netgen-mesher/ Netgen] und/oder [http://geuz.org/gmsh/ GMSH] ist auf dem System installiert
* Im Falle von GMSH installiere [[Macro GMSH/de|Makro GMSH]] aus dem [[AddonManager/de|Erweiterungsverwalter]], entwickelt von [https://github.com/psicofil/Macros_FreeCAD psicofil].
* [http://www.calculix.de/ Calculix] ist auf dem System installiert
* Der Leser verfügt über die Grundkenntnisse zur Verwendung der [[Part Workbench/de|Part]] und [[PartDesign Workbench/de|PartDesign Arbeitsbereich]]
</div>


* FreeCAD Version 0.17 oder höher.
== Prozedur ==
* [http://sourceforge.net/projects/netgen-mesher/ Netgen] und/oder [http://geuz.org/gmsh/ GMSH] ist auf dem System installiert (in der FreeCAD-Installation enthalten).
* [http://www.calculix.de/ Calculix] ist auf dem System installiert (in der FreeCAD-Installation enthalten).
* Der Leser verfügt über Grundkenntnisse in der Anwendung der Arbeitsbereiche [[Part_Workbench/de|Part]] und [[PartDesign_Workbench/de|PartDesign]].


<span id="Procedure"></span>
=== Modellierung ===
==Ablauf==
In diesem Beispiel wird ein Würfel als Studienobjekt verwendet, aber stattdessen können auch Modelle verwendet werden, die in den Part oder PartDesign Arbeitsbereichen erstellt wurden.


<span id="Modeling"></span>
# Erstelle ein neues Dokument
===Modellieren ===
# Aktiviere den Formteil Arbeitsbereichs
# Erstelle einen Würfel
# Ändere seine '''Abmessungen''' wie folgt:
## Höhe: 1.000 mm
## Länge: 8.000 mm
## Breite: 1.000 mm


In diesem Beispiel wird ein Würfel als Studienobjekt verwendet, aber stattdessen kann auch jedes andere Modell verwendet werden, das in den Arbeitsbereichen Part oder PartDesign erstellt wurde.
Wir haben nun ein Modell, mit dem wir im Folgenden arbeiten können.


# Die Schaltfläche {{Button|[[Image:Std_New.svg|16px|link=Std_New/de]] [[Std_New/de|Std Neu]]}} drücken, um ein neues Dokument zu erstellen.
<div class="mw-translate-fuzzy">
# Den Arbeitsbereich [[Image:Workbench_Part.svg|24px|link=Part_Workbench/de]] [[Part_Workbench|Part]] aktivieren.
=== Erstellen der Analyse ===
# Einen Würfel erstellen.
==== Netgen ====
# Seine '''Abmessungen''' wie folgt ändern:
# Wähle das Modell
## Länge: 8.000 m.
# Klicke auf [[Image:FEM_Analysis.png|16px]] [[FEM Analysis/de|Neue mechanische Analyse]] aus dem Menü, um eine Analyse aus dem ausgewählten Objekt zu erstellen
## Breite: 1.000 m.
# Klicke im Vernetzungsdialog auf '''OK'''
## Höhe: 1.000 m.
</div>


Wir haben nun ein Modell, mit dem wir arbeiten können.
<div class="mw-translate-fuzzy">
Du kannst auch ein Netz auf eine Mechanische Analyse ziehen und ablegen, die kein Netz in der Baumansicht hat.
</div>


<span id="Creating_the_Analysis"></span>
<div class="mw-translate-fuzzy">
==== GMSH ====
===Analyse erstellen===
Die Verwendung des Makros von psicofil wird empfohlen und wird für dieses Beispiel verwendet.
# Aktiviere das Makro
# Wähle das Objekt aus, das du verwenden möchtest, in diesem Fall unseren Wüprfel
# Hake das Kästchen '''Mechanische Analyse aus dem Netz erstellen''' an
# Klicke auf '''OK'''
</div>


# Den Arbeitsbereich [[Image:Workbench_FEM.svg|24px|link=FEM_Workbench/de]] [[FEM_Workbench|FEM]] aktivieren.
Wir haben unser Objekt nun vernetzt und sind bereit, Beschränkungen und Kräfte hinzuzufügen.
# Den Menüeintrag {{MenuCommand|Modell → [[Image:FEM_Analysis.svg|16px]] Analyse-Container‏‎}} auswählen.


<span id="Constraints_and_Forces"></span>
<div class="mw-translate-fuzzy">
=== Beschränkungen und Kräfte ===
===Randbedingungen und Kräfte===
# Blende das Netz in der Baumansicht aus.
# Zeige das Originalmodell
# Wähle [[Image:FEM_FixedConstraint.png|16px]] [[FEM_ConstraintFixed/de|Erstelle Feste FEM Beschränkung ]]
# Wähle die Rückseite des Würfels (Fläche auf der '''YZ''' Achse) und klicke auf OK
# Wähle [[Image:FEM_ForceConstraint.png|16px]] [[FEM_ConstraintForce/de|Erstelle FEM Kraftbeschränkung ]]
# Wähle die Vorderseite des Würfels (die Seite parallel zur Rückseite) und setze den Wert '''Flächenbelastung''' auf 9000000,00
# Setze die '''Richtung''' auf '''-Z''', durch Anwahl einer der Flächenkanten parallel zu dieser Richtung.
# Klicke auf OK.
</div>


# Das Netz in der Baumansicht ausblenden.
Wir haben jetzt die Beschränkungen und Kräfte für unsere statische Studie festgelegt.
# Das Originalmodell anzeigen.
# [[Image:FEM_ConstraintFixed.svg|24px|link=FEM_ConstraintFixed/de]] [[FEM_ConstraintFixed/de|Randbedingung Festsetzen]] auswählen.
# Auf die Schaltfläche {{Button|Hinzufügen}} klicken, die Rückseite des Würfelobjekts (die Fläche auf der YZ-Ebene) auswählen und {{Button|OK}} drücken.
# [[Image:FEM_ConstraintForce.svg|24px|link=FEM_ConstraintForce/de]] [[FEM_ConstraintForce/de|Randbedingung Krafteinwirkung]] auswählen.
# Auf die Schaltfläche {{Button|Hinzufügen}} klicken, die Vorderseite des Würfelobjekts (die zur Rückseite parallel liegende Fläche) und den Wert für '''Force [N]''' (Flächenlast in N) auf 9000000 setzen.
# '''Direction''' (Richtung) auf '''-Z''' setzen durch Auswahl einer der Flächenkanten, die parallel zu dieser Richtung liegen.
# Auf {{Button|OK}} klicken.


Wir haben jetzt die Lagerstellen und Kräfte für unsere statische Studie festgelegt.
<div class="mw-translate-fuzzy">
=== Letzte Vorbereitungen ===
# Wähle [[Image:FEM_Material.png|16px]] [[FEM_MaterialSolid/de|Mechanisches Material...]] und wähle als Material Calculix
# Klicke '''OK'''
</div>


<span id="Material"></span>
<div class="mw-translate-fuzzy">
===Material===
=== Ausführen des Lösers ===
==== Standardverfahren ====
# Wähle das Löserobjekt [[Image:FEM_Solver.png|16px]], das in der '''Mechanischen Analyse''' enthalten ist
# Wähle [[Image:FEM_Calculation.png|16px]] [[FEM_SolverControl/de|Berechnung starten]] aus dem Menü
# Wähle '''Calculix Eingabedatei schreiben'''
# Wähle '''Run Calculix'''
# Klicke '''Schließen'''
</div>


# [[Image:FEM_MaterialSolid.svg|24px]] [[FEM_MaterialSolid/de|Material für Feststoffe]] auswählen und Calculix-Steel als Material auswählen.
<div class="mw-translate-fuzzy">
# Auf {{Button|OK}} klicken.
==== Schnellverfahren ====
# Wähle das Löserobjekt [[Image:FEM_Solver.png|16px]], das in der '''Mechanischen Analyse'' enthalten ist
# Klicke auf [[Image:FEM_RunCalculiXccx.png|16px]] [[FEM_SolverRun/de|Schnellanalyse]].
</div>


<span id="Meshing"></span>
<div class="mw-translate-fuzzy">
===Netzerstellung===
=== Ergebnisse analysieren ===

# Wähle aus dem '''Objektbaum''' das '''Ergebnisse''' Objekt
Es wird empfohlen, das Erstellen eines Netzes als letzten Schritt der Analysevorbereitung auszuführen, da dies im Zusammenhang mit einer Geometrie in FreeCAD steht.
# Wähle [[Image:FEM_ShowResult.png|16px]] [[FEM_ResultShow/de|Ergebnis anzeigen]]
Abhängig von der FreeCAD-Installation, können Die Vernetzugswerkzeuge Netgen oder GMSH vorhanden sein; beide können verwendet werden.
# Wähle unter den verschiedenen Ergebnistypen, um die Ergebnisse anzuzeigen

<span id="Netgen"></span>
====Netgen====

# Model auswählen.
# [[Image:FEM_MeshNetgenFromShape.svg|24px]] [[FEM_MeshNetgenFromShape/de|FEM mesh from shape by Netgen]]: Erstellt mit Hlfe von Netge ein Finite-Elemente-Netz eines Modells.
# Im Vernetzungsdialog klickt man auf {{Button|Anwenden}} und anschließend auf {{Button|OK}}.

Man kann auch ein Netz auf eine mechanische Anylyse ziehen und ablegen, die noch kein Netz in der [[Tree_view/de|Baumansicht]] enthält.

<span id="GMSH"></span>
====GMSH====

# Model auswählen.
# [[Image:FEM_MeshGmshFromShape.svg|24px]] [[FEM_MeshGmshFromShape/de|FEMGmsh from shape by Gmsh]]: Erstellt mit Hlfe von Gmsh ein Finite-Elemente-Netz eines Modells.
# Im Vernetzungsdialog klickt man auf {{Button|Anwenden}} und anschließend auf {{Button|OK}}.

Wir haben unser Objekt nun vernetzt und sind bereit, Randbedingungen und Kräfte hinzuzufügen.

<span id="Running_the_Solver"></span>
===Berechnung===

<span id="Standard_Procedure"></span>
====Standardablauf====

# Das imAnalyse-Container enthaltene Löser-Objekt [[Image:FEM_SolverCalculixCxxtools.svg|24px]] auswählen.
# Den Menüeintrag [[Image:FEM_SolverControl.svg|24px]] [[FEM_SolverControl/de|Solver job control]] auswählen.
# '''.inp Datei schreiben''' auswählen.
# '''CalculiX ausführen''' auswählen.
# Die Schaltfläche {{Button|Schließen}} drücken.

<span id="Quick_Procedure"></span>
====Schneller Ablauf====

# Das Löserobjekt [[Image:FEM_SolverCalculixCxxtools.svg|24px]] auswählen, das sich im '''Analysis'''-Container befindet.
# Auf [[Image:FEM_SolverRun.svg|24px]] [[FEM_SolverRun/de|Run solver calculations]] klicken.

<span id="Analyzing_Results"></span>
===Ergebnisse analysieren===

# Das '''CCX_Results'''-Objekt im '''Objektbaum''' auswählen.
# [[Image:FEM_ResultShow.svg|24px|link=FEM_ResultShow/de]] [[FEM_ResultShow/de|Ergebnis anzeigen]] auswählen.
# Einen der verschiedenen Ergebnistypen auswählen, um die Ergebnisse anzuzeigen.
# Der Schieberegler am unteren Rand kann verwendet werden, um die Darstellung des Netzes zu ändern. Auf diese Weise können wir die Verformung, die das Objekt erfährt, visualisieren, wobei zu beachten ist, dass es sich hierbei um eine Annäherung handelt.
# Der Schieberegler am unteren Rand kann verwendet werden, um die Darstellung des Netzes zu ändern. Auf diese Weise können wir die Verformung, die das Objekt erfährt, visualisieren, wobei zu beachten ist, dass es sich hierbei um eine Annäherung handelt.
# Um die Ergebnisse zu entfernen, wähle [[Image:FEM_PurgeResults.png|16px]] [[FEM_ResultsPurge/de|Säberungsergebnisse]]
# Um die Ergebnisse zu entfernen, wähle [[Image:FEM_ResultsPurge.svg|24px|link=FEM_ResultsPurge]] [[FEM_ResultsPurge/de|Purge results]]

</div>
{{Note|Vergleich zur vorherigen Beispieldatei|Wird der Ergebnistyp '''Verschiebung Z''' gewählt, kann man sehen, dass der erhaltene Wert fast identisch mit dem von FreeCAD gelieferten Testbeispiel ist. Unterschiede können aufgrund der Qualität des Netzes und der Anzahl der Knoten, die es besitzt, auftreten.}}

Wir sind nun mit dem grundlegenden Arbeitsablauf für den Arbeitsbereich [[FEM_Workbench/de|FEM]] fertig.

<span id="Notes"></span>
==Hinweise==


* Eine Video-Anleitung, die auf dieser Anleitung basiert: [https://www.youtube.com/watch?v=SZTIqhfCSVc FEM MaterialReinforced tutorial].
{{Hinweis|Vergleich zur vorherigen Beispieldatei|Wenn du den Ergebnistyp '''Z Verschiebung''' wählst, kannst du sehen, dass der erhaltene Wert fast identisch mit dem von FreeCAD gelieferten Testbeispiel ist. Unterschiede können aufgrund der Qualität des Netzes und der Anzahl der Knoten, die es besitzt, auftreten.}}


Wir sind nun mit dem grundlegenden Arbeitsablauf für das [[FEM Module/de|FEM Modul]] fertig.


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Latest revision as of 14:13, 4 April 2024

Tutorium
Thema
Finite-Elemente-Analyse
Niveau
Anfänger
Zeit zum Abschluss
10 Minuten + Löserzeit
Autoren
Drei
FreeCAD-Version
0.17 oder höher
Beispieldateien
None
Siehe auch
None

Einleitung

Dieses Tutorium soll dem Leser den grundlegenden Arbeitsablauf des Arbeitsbereichs FEM sowie die meisten Werkzeuge vorstellen, die zur Durchführung einer statischen Analyse zur Verfügung stehen.

Voraussetzungen

  • FreeCAD Version 0.17 oder höher.
  • Netgen und/oder GMSH ist auf dem System installiert (in der FreeCAD-Installation enthalten).
  • Calculix ist auf dem System installiert (in der FreeCAD-Installation enthalten).
  • Der Leser verfügt über Grundkenntnisse in der Anwendung der Arbeitsbereiche Part und PartDesign.

Ablauf

Modellieren

In diesem Beispiel wird ein Würfel als Studienobjekt verwendet, aber stattdessen kann auch jedes andere Modell verwendet werden, das in den Arbeitsbereichen Part oder PartDesign erstellt wurde.

  1. Die Schaltfläche Std Neu drücken, um ein neues Dokument zu erstellen.
  2. Den Arbeitsbereich Part aktivieren.
  3. Einen Würfel erstellen.
  4. Seine Abmessungen wie folgt ändern:
    1. Länge: 8.000 m.
    2. Breite: 1.000 m.
    3. Höhe: 1.000 m.

Wir haben nun ein Modell, mit dem wir arbeiten können.

Analyse erstellen

  1. Den Arbeitsbereich FEM aktivieren.
  2. Den Menüeintrag Modell → Analyse-Container‏‎ auswählen.

Randbedingungen und Kräfte

  1. Das Netz in der Baumansicht ausblenden.
  2. Das Originalmodell anzeigen.
  3. Randbedingung Festsetzen auswählen.
  4. Auf die Schaltfläche Hinzufügen klicken, die Rückseite des Würfelobjekts (die Fläche auf der YZ-Ebene) auswählen und OK drücken.
  5. Randbedingung Krafteinwirkung auswählen.
  6. Auf die Schaltfläche Hinzufügen klicken, die Vorderseite des Würfelobjekts (die zur Rückseite parallel liegende Fläche) und den Wert für Force [N] (Flächenlast in N) auf 9000000 setzen.
  7. Direction (Richtung) auf -Z setzen durch Auswahl einer der Flächenkanten, die parallel zu dieser Richtung liegen.
  8. Auf OK klicken.

Wir haben jetzt die Lagerstellen und Kräfte für unsere statische Studie festgelegt.

Material

  1. Material für Feststoffe auswählen und Calculix-Steel als Material auswählen.
  2. Auf OK klicken.

Netzerstellung

Es wird empfohlen, das Erstellen eines Netzes als letzten Schritt der Analysevorbereitung auszuführen, da dies im Zusammenhang mit einer Geometrie in FreeCAD steht. Abhängig von der FreeCAD-Installation, können Die Vernetzugswerkzeuge Netgen oder GMSH vorhanden sein; beide können verwendet werden.

Netgen

  1. Model auswählen.
  2. FEM mesh from shape by Netgen: Erstellt mit Hlfe von Netge ein Finite-Elemente-Netz eines Modells.
  3. Im Vernetzungsdialog klickt man auf Anwenden und anschließend auf OK.

Man kann auch ein Netz auf eine mechanische Anylyse ziehen und ablegen, die noch kein Netz in der Baumansicht enthält.

GMSH

  1. Model auswählen.
  2. FEMGmsh from shape by Gmsh: Erstellt mit Hlfe von Gmsh ein Finite-Elemente-Netz eines Modells.
  3. Im Vernetzungsdialog klickt man auf Anwenden und anschließend auf OK.

Wir haben unser Objekt nun vernetzt und sind bereit, Randbedingungen und Kräfte hinzuzufügen.

Berechnung

Standardablauf

  1. Das imAnalyse-Container enthaltene Löser-Objekt auswählen.
  2. Den Menüeintrag Solver job control auswählen.
  3. .inp Datei schreiben auswählen.
  4. CalculiX ausführen auswählen.
  5. Die Schaltfläche Schließen drücken.

Schneller Ablauf

  1. Das Löserobjekt auswählen, das sich im Analysis-Container befindet.
  2. Auf Run solver calculations klicken.

Ergebnisse analysieren

  1. Das CCX_Results-Objekt im Objektbaum auswählen.
  2. Ergebnis anzeigen auswählen.
  3. Einen der verschiedenen Ergebnistypen auswählen, um die Ergebnisse anzuzeigen.
  4. Der Schieberegler am unteren Rand kann verwendet werden, um die Darstellung des Netzes zu ändern. Auf diese Weise können wir die Verformung, die das Objekt erfährt, visualisieren, wobei zu beachten ist, dass es sich hierbei um eine Annäherung handelt.
  5. Um die Ergebnisse zu entfernen, wähle Purge results
Vergleich zur vorherigen Beispieldatei

Wird der Ergebnistyp Verschiebung Z gewählt, kann man sehen, dass der erhaltene Wert fast identisch mit dem von FreeCAD gelieferten Testbeispiel ist. Unterschiede können aufgrund der Qualität des Netzes und der Anzahl der Knoten, die es besitzt, auftreten.


Wir sind nun mit dem grundlegenden Arbeitsablauf für den Arbeitsbereich FEM fertig.

Hinweise