Manual:Creating FEM analyses/pl: Difference between revisions

From FreeCAD Documentation
(Created page with "Category:Tutorials/pl")
No edit summary
 
(61 intermediate revisions by 2 users not shown)
Line 1: Line 1:
<languages/>
<languages/>

{{Docnav|[[Manual:Using spreadsheets|Using spreadsheets]]|[[Manual:Creating renderings|Creating renderings]]|[[Manual:Introduction|Manual start]]|IconC=Crystal Clear manual.png}}
{{Docnav/pl
|[[Manual:Using_spreadsheets/pl|Podręcznik:Zastosowanie arkuszy kalkulacyjnych]]
|[[Manual:Creating_renderings/pl|Podręcznik:Tworzenie renderingów]]
|[[Manual:Introduction/pl|Podręcznik:Słowo wstępne]]
|IconC=Crystal_Clear_manual.png
}}


{{Manual:TOC}}
{{Manual:TOC}}


FEM stands for [https://en.wikipedia.org/wiki/Finite_element_method Finite Element Method]. It is a vast mathematical subject, but in FreeCAD we can think of it as a way to calculate propagations inside a 3D object, by cutting it into small pieces, and analyzing the impact of each small piece on its neighbours. This has several uses in the engineering and electromagnetism fields, but we will focus on one use that is already well developed in FreeCAD, which is simulating deformations in objects which are submitted to forces and weights.
MES to skrót od [https://en.wikipedia.org/wiki/Finite_element_method Metoda Elementów Skończonych]. Jest to rozległy temat matematyczny, ale w FreeCAD możemy myśleć o nim jako o sposobie obliczania rozchodzenia się energii wewnątrz obiektu 3D, poprzez pocięcie go na małe kawałki i przeanalizowanie wpływu każdego małego kawałka na jego sąsiadów. Ma to wiele zastosowań w inżynierii i elektromagnetyzmie, ale my skupimy się na jednym z zastosowań, które jest już dobrze rozwinięte w programie FreeCAD, a mianowicie na symulacji deformacji obiektów poddawanych działaniu sił i ciężarów.


Uzyskanie takiej symulacji odbywa się w programie FreeCAD za pomocą środowiska [[FEM_Workbench/pl|MES]]. Składa się na to kilka kroków: Przygotowanie geometrii, ustawienie jej materiału, wykonanie siatki, podział na mniejsze części, tak jak to robiliśmy w rozdziale [[Manual:Preparing_models_for_3D_printing/pl|Przygotowanie obiektów do druku 3D]], a na koniec obliczenie symulacji.
Obtaining such simulation is done in FreeCAD with the [[FEM_Module|FEM Workbench]]. There are a number of steps: Preparing the geometry, setting its material, performing the meshing, division into smaller parts, like we did in the [[Manual:Preparing models for 3D printing|Preparing objects for 3D printing]] chapter, and finally calculating the simulation.


[[Image:Exercise_fem_01.jpg]]
[[Image:Exercise_fem_01.jpg|600px]]


<span id="Preparing_FreeCAD"></span>
=== Preparing FreeCAD ===
===Przygotowanie programu FreeCAD===


The simulation itself is done by another piece of software, that is used by FreeCAD to obtain the results. As there are several interesting open source FEM simulation applications available, the [[Fem_Workbench|FEM Workbench]] allows you to choose between them. However, currently only [http://www.calculix.de/ CalculiX] is fully implemented. Another piece of software, called [https://sourceforge.net/projects/netgen-mesher/ NetGen], which is responsible for generating the subdivision mesh, is also required. Detailed instructions to install these two components are provided [[FEM_Install|in the FreeCAD documentation]].
Sama symulacja jest wykonywana przez inny program, który jest wykorzystywany przez FreeCAD do uzyskania wyników. Ponieważ jest dostępnych kilka interesujących aplikacji do symulacji MES o otwartym kodzie źródłowym, środowisko pracy [[FEM_Workbench/pl|MES]] pozwala na wybór pomiędzy nimi. Jednak obecnie tylko [http://www.calculix.de/ CalculiX] jest w pełni zaimplementowany. Wymagany jest również inny program, o nazwie [https://sourceforge.net/projects/netgen-mesher/ NetGen], który odpowiada za generowanie siatki podziału. Szczegółowe instrukcje dotyczące instalacji tych dwóch komponentów znajdują się [[FEM_Install/pl|w dokumentacji FreeCAD]].


<span id="Preparing_the_geometry"></span>
=== Preparing the geometry ===
===Przygotowanie geometrii===


Zaczniemy od domu, który wymodelowaliśmy w rozdziale [[Manual:BIM modeling/pl|Modelowanie BIM]]. Należy jednak dokonać pewnych zmian, aby model nadawał się do obliczeń metodą MES. Polega to w zasadzie na odrzuceniu obiektów, których nie chcemy uwzględniać w obliczeniach, takich jak drzwi i okna, oraz połączeniu wszystkich pozostałych obiektów w jeden.
We will start with the house we modeled in the [[Manual:BIM modeling|BIM modeling]] chapter. However, some changes have to be made to make the model suitable for FEM calculations. This involves, basically, discarding the objects that we don't want to include in the calculation, such as the door and window, and joining all the remaining objects into one.


* Load the [https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/house.FCStd house model] we modeled earlier
* Wczytaj [https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/house.FCStd model domu], który wcześniej wymodelowaliśmy
* Usuń lub ukryj obiekt strony, płaszczyzny przekroju i wymiary, pozostawiając tylko nasz model.
* Delete or hide the page object, the section planes and the dimensions, leaving only our model
* Ukryj okno, drzwi i płytę fundamentową
* Hide the window, the door and the ground slab
* Ukryj również metalowe belki na dachu. Są to zupełnie inne obiekty niż reszta domu, więc uprościmy nasze obliczenia nie uwzględniając ich. Zamiast tego przyjmiemy, że płyta dachowa jest umieszczona bezpośrednio na ścianie.
* Also hide the metal beams on the roof. They are very different objects from the rest of the house so we will simplify our calculation by not including them. Instead, we will assume that the roof slab is placed directly on top of the wall.
* Przesuń teraz płytę dachową w dół, tak aby spoczywała na ścianie: Edytuj obiekt '''Prostokąt''', którego użyliśmy jako podstawy płyty dachowej, i zmień jego wartość '''Umiejscowienie → Pozycja → X''' z 3.18m na 3.00m
* Now move the roof slab down so it rests on top of the wall: Edit the '''Rectangle''' object that we used as a base of the roof slab, and change its '''Placement->Position->X''' value from 3.18m to 3.00m
* Our model is now clean:
* Nasz model jest teraz przejrzysty:


[[Image:Exercise_fem_02.jpg]]
[[Image:Exercise_fem_02.jpg|600px]]


* The FEM Workbench can currently only calculate deformations on a single object. Therefore, we need to join our two objects (the wall and the slab). Switch to the [[Part_Module|Part Workbench]], select the two objects, and press the [[Image:Part_Fuse.svg|16px]] [[Part_Fuse|Union]]. We have now obtained a fused object:
* Środowisko pracy MES może obecnie obliczać deformacje tylko jednego obiektu. Dlatego musimy połączyć nasze dwa obiekty ''(ścianę i płytę)''. Przejdź do środowiska pracy [[Part_Workbench/pl|Część]], wybierz dwa obiekty i naciśnij przycisk {{Button|[[Image:Part_Fuse.svg|16px]] [[Part_Fuse/pl|Połącz]]}}. Otrzymaliśmy teraz połączony obiekt:


[[Image:Exercise_fem_03.jpg]]
[[Image:Exercise_fem_03.jpg|600px]]


<span id="Creating_the_analysis"></span>
=== Creating the analysis ===
===Tworzenie analizy===


* Jesteśmy teraz gotowi do rozpoczęcia analizy MES. Przejdźmy do środowiska pracy [[FEM_Workbench/pl|MES]].
* We are now ready to start a FEM analysis. Let's switch to the [[FEM_Module|FEM Workbench]]
* Wybierzmy obiekt o nazwie ''scalony''.
* Select the fused object
* Press the [[Image:Fem_Analysis.png|16px]] [[FEM_Analysis|New Analysis]] button
* Naciśnij przycisk {{Button|[[Image:FEM_Analysis.svg|16px]] [[FEM_Analysis/pl|Nowa analiza]]}}.
* Zostanie utworzona nowa analiza i otwarty panel ustawień. Tutaj można zdefiniować parametry siatki, które będą używane do produkcji siatki MES. Główną nastawą do edycji jest wartość '''Maksymalny Rozmiar''', która definiuje maksymalny rozmiar ''(w milimetrach)'' każdego fragmentu siatki. Na razie możemy pozostawić domyślną wartość 1000:
* A new analysis will be created and a settings panels opened. Here you can define the meshing parameters to be used to produce the FEM mesh. The main setting to edit is the '''Max Size''' which defines the maximum size (in millimeters) of each piece of the mesh. For now, we can leave the default value of 1000:


[[Image:Exercise_fem_04.jpg]]
[[Image:Exercise_fem_04.jpg|600px]]


* Po naciśnięciu przycisku {{Button|OK}} i kilku sekundach obliczeń, nasza siatka MES jest gotowa:
* After pressing OK and a few seconds of calculation, our FEM mesh is now ready:


[[Image:Exercise_fem_05.jpg]]
[[Image:Exercise_fem_05.jpg|600px]]


* We can now define the material to be applied to our mesh. This is important because depending on the material strength, our object will react differently to forces applied to it. Select the analysis object, and press the [[Image:FEM_MaterialSolid.png|16px]] [[FEM_MaterialSolid|New Material]] button.
* Możemy teraz zdefiniować materiał, który ma być zastosowany do naszej siatki. Jest to ważne, ponieważ w zależności od wytrzymałości materiału, nasz obiekt będzie różnie reagował na przyłożone do niego siły. Zaznacz obiekt analizy i naciśnij przycisk {{Button|[[Image:FEM_MaterialSolid.svg|16px]] [[FEM_MaterialSolid/pl|Nowy Materiał]]}}.
* Otworzy się panel zadań umożliwiający nam wybór materiału. Z listy rozwijanej Materiał wybieramy materiał '''Beton-ogólnie''' i wciskamy {{Button|OK}}.
* A task panel will open to allow us to choose a material. In the Material drop-down list, choose the '''Concrete-generic''' material, and press OK.


[[Image:Exercise_fem_06.jpg]]
[[Image:Exercise_fem_06.jpg|600px]]


* We are now ready to apply forces. Let's start by specifying which faces are fixed into the ground and can therefore not move. Press the [[Image:FEM_ConstraintFixed.png|16px]] [[FEM_ConstraintFixed|Constraint fixed]] button.
* Teraz jesteśmy gotowi do zastosowania sił. Zacznijmy od określenia, które ściany przymocowane do podłoża i dlatego nie mogą się poruszać. Naciśnij przycisk {{Button|[[Image:FEM_ConstraintFixed.svg|16px]] [[FEM_ConstraintFixed/pl|Wiązanie stałej geometrii]]}}.
* Kliknij na dolną powierzchnię naszego budynku i naciśnij przycisk {{Button|OK}}. Spód budynku jest oznaczony jako nieruchomy:
* Click on the bottom face of our building and press OK. The bottom face is designated as unmovable:


[[Image:Exercise_fem_07.jpg]]
[[Image:Exercise_fem_07.jpg|600px]]


* We will now add a load on the top face, that could represent, for example, a massive weight being placed on the roof. For this we will use a pressure constraint. Press the [[Image:FEM_ConstraintPressure.png|16px]] [[FEM_ConstraintPressure|Constraint pressure]] button.
* Dodamy teraz obciążenie na górnej powierzchni, które może reprezentować, na przykład, ogromny ciężar umieszczony na dachu. W tym celu użyjemy wiązania nacisku. Naciśnij przycisk {{Button|[[Image:FEM_ConstraintPressure.svg|16px]] [[FEM_ConstraintPressure/pl|Wiązanie nacisku]]}}.
* Kliknij górną powierzchnię dachu, ustaw wartość nacisku na '''10MPa''' ''(nacisk jest wywierany na milimetr kwadratowy)'' i kliknij przycisk {{Button|OK}}. Nasza siła jest teraz przyłożona:
* Click the top face of the roof, set the pressure to '''10MPa''' (the pressure is applied by square millimeter) and click the OK button. Our force is now applied:


[[Image:Exercise_fem_08.jpg]]
[[Image:Exercise_fem_08.jpg|600px]]


* We are now ready to start the calculation. Select the '''CalculiX''' object in the tree view, and press the [[Image:FEM_ControlSolver.png|32px]] [[FEM_SolverControl|Start Calculation]] button.
* Teraz jesteśmy gotowi do rozpoczęcia obliczeń. Zaznaczamy obiekt '''CalculiX''' w widoku drzewa i naciskamy przycisk {{Button|[[Image:FEM_SolverControl.svg|16px]] [[FEM_SolverControl/pl|Uruchom obliczenia]]}}.
* W panelu zadań, który się otworzy, kliknij najpierw przycisk {{Button|Zapisz plik .inp}}, aby utworzyć plik wejściowy dla CalculiX, a następnie przycisk {{Button|Uruchom CalculiX}}. Kilka chwil później obliczenia zostaną wykonane:
* In the task panel that will open, click first the '''Write .inp file''' button to create the input file for CalculiX, then the '''Run CalculiX''' button. A few moments later, the calculation will be done:


[[Image:Exercise_fem_09.jpg]]
[[Image:Exercise_fem_09.jpg|600px]]


* Teraz możemy przyjrzeć się wynikom. Zamknij panel zadań i zobacz, że do naszej analizy został dodany nowy obiekt o nazwie '''Wyniki'''.
* We can now look at the results. Close the task panel, and see that a new '''Results''' object has been added to our analysis.
* Kliknij dwukrotnie na obiekt ''Wyniki''
* Double-click the Results object
* Ustaw typ wyniku, który chcesz zobaczyć na siatce, na przykład "przemieszczenie bezwzględne", zaznacz pole wyboru '''pokaż''' w '''Przemieszczenie''' i przesuń suwak obok niego. Będziesz mógł zobaczyć jak deformacja rośnie wraz z przyłożeniem większej siły:
* Set the type of result that you want to see on the mesh, for example "absolute displacement", tick the '''show''' checkbox under '''Displacement''', and move the slider next to it. You will be able to see the deformation growing as you apply more force:


[[Image:Exercise_fem_10.jpg]]
[[Image:Exercise_fem_10.jpg|600px]]


Wyniki wyświetlane za pomocą programu MES nie są oczywiście obecnie wystarczające do podejmowania rzeczywistych decyzji dotyczących wymiarowania konstrukcji i materiałów. Mogą one jednak dostarczyć cennych informacji o tym, jak siły przepływają przez konstrukcję i które słabe obszary będą odczuwać największe naprężenia.
The results displayed by the FEM workbench are of course currently not enough to perform real-life decisions about structures dimensioning and materials. However, they can already give precious information about how the forces flow through a structure, and which are the weak areas that will feel the most stress.


'''Downloads'''
'''Do pobrania'''


* The file created during this exercise: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/fem.FCStd
* Plik utworzony podczas tego ćwiczenia: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/fem.FCStd


'''Read more'''
'''Więcej informacji:'''


* [[FEM_Workbench/pl|Środowisko pracy MES]]
* [[FEM_Module|The FEM Workbench]]
* [[FEM_Install|Installing required FEM components]]
* [[FEM_Install/pl|Instalacja środowiska MES]]
* [http://www.calculix.de CalculiX]
* [http://www.calculix.de CalculiX]
* [https://sourceforge.net/projects/netgen-mesher NetGen]
* [https://sourceforge.net/projects/netgen-mesher NetGen]


[[Category:Tutorials/pl]]


{{Docnav/pl
{{Docnav|[[Manual:Using spreadsheets|Using spreadsheets]]|[[Manual:Creating renderings|Creating renderings]]|[[Manual:Introduction|Manual start]]|IconC=Crystal Clear manual.png}}
|[[Manual:Using_spreadsheets/pl|Podręcznik:Zastosowanie arkuszy kalkulacyjnych]]
|[[Manual:Creating_renderings/pl|Podręcznik:Tworzenie renderingów]]
|[[Manual:Introduction/pl|Podręcznik:Słowo wstępne]]
|IconC=Crystal_Clear_manual.png
}}

[[Category:Tutorials{{#translation:}}]]

Latest revision as of 14:51, 27 February 2024

MES to skrót od Metoda Elementów Skończonych. Jest to rozległy temat matematyczny, ale w FreeCAD możemy myśleć o nim jako o sposobie obliczania rozchodzenia się energii wewnątrz obiektu 3D, poprzez pocięcie go na małe kawałki i przeanalizowanie wpływu każdego małego kawałka na jego sąsiadów. Ma to wiele zastosowań w inżynierii i elektromagnetyzmie, ale my skupimy się na jednym z zastosowań, które jest już dobrze rozwinięte w programie FreeCAD, a mianowicie na symulacji deformacji obiektów poddawanych działaniu sił i ciężarów.

Uzyskanie takiej symulacji odbywa się w programie FreeCAD za pomocą środowiska MES. Składa się na to kilka kroków: Przygotowanie geometrii, ustawienie jej materiału, wykonanie siatki, podział na mniejsze części, tak jak to robiliśmy w rozdziale Przygotowanie obiektów do druku 3D, a na koniec obliczenie symulacji.

Przygotowanie programu FreeCAD

Sama symulacja jest wykonywana przez inny program, który jest wykorzystywany przez FreeCAD do uzyskania wyników. Ponieważ jest dostępnych kilka interesujących aplikacji do symulacji MES o otwartym kodzie źródłowym, środowisko pracy MES pozwala na wybór pomiędzy nimi. Jednak obecnie tylko CalculiX jest w pełni zaimplementowany. Wymagany jest również inny program, o nazwie NetGen, który odpowiada za generowanie siatki podziału. Szczegółowe instrukcje dotyczące instalacji tych dwóch komponentów znajdują się w dokumentacji FreeCAD.

Przygotowanie geometrii

Zaczniemy od domu, który wymodelowaliśmy w rozdziale Modelowanie BIM. Należy jednak dokonać pewnych zmian, aby model nadawał się do obliczeń metodą MES. Polega to w zasadzie na odrzuceniu obiektów, których nie chcemy uwzględniać w obliczeniach, takich jak drzwi i okna, oraz połączeniu wszystkich pozostałych obiektów w jeden.

  • Wczytaj model domu, który wcześniej wymodelowaliśmy
  • Usuń lub ukryj obiekt strony, płaszczyzny przekroju i wymiary, pozostawiając tylko nasz model.
  • Ukryj okno, drzwi i płytę fundamentową
  • Ukryj również metalowe belki na dachu. Są to zupełnie inne obiekty niż reszta domu, więc uprościmy nasze obliczenia nie uwzględniając ich. Zamiast tego przyjmiemy, że płyta dachowa jest umieszczona bezpośrednio na ścianie.
  • Przesuń teraz płytę dachową w dół, tak aby spoczywała na ścianie: Edytuj obiekt Prostokąt, którego użyliśmy jako podstawy płyty dachowej, i zmień jego wartość Umiejscowienie → Pozycja → X z 3.18m na 3.00m
  • Nasz model jest teraz przejrzysty:

  • Środowisko pracy MES może obecnie obliczać deformacje tylko jednego obiektu. Dlatego musimy połączyć nasze dwa obiekty (ścianę i płytę). Przejdź do środowiska pracy Część, wybierz dwa obiekty i naciśnij przycisk Połącz. Otrzymaliśmy teraz połączony obiekt:

Tworzenie analizy

  • Jesteśmy teraz gotowi do rozpoczęcia analizy MES. Przejdźmy do środowiska pracy MES.
  • Wybierzmy obiekt o nazwie scalony.
  • Naciśnij przycisk Nowa analiza.
  • Zostanie utworzona nowa analiza i otwarty panel ustawień. Tutaj można zdefiniować parametry siatki, które będą używane do produkcji siatki MES. Główną nastawą do edycji jest wartość Maksymalny Rozmiar, która definiuje maksymalny rozmiar (w milimetrach) każdego fragmentu siatki. Na razie możemy pozostawić domyślną wartość 1000:

  • Po naciśnięciu przycisku OK i kilku sekundach obliczeń, nasza siatka MES jest gotowa:

  • Możemy teraz zdefiniować materiał, który ma być zastosowany do naszej siatki. Jest to ważne, ponieważ w zależności od wytrzymałości materiału, nasz obiekt będzie różnie reagował na przyłożone do niego siły. Zaznacz obiekt analizy i naciśnij przycisk Nowy Materiał.
  • Otworzy się panel zadań umożliwiający nam wybór materiału. Z listy rozwijanej Materiał wybieramy materiał Beton-ogólnie i wciskamy OK.

  • Teraz jesteśmy gotowi do zastosowania sił. Zacznijmy od określenia, które ściany są przymocowane do podłoża i dlatego nie mogą się poruszać. Naciśnij przycisk Wiązanie stałej geometrii.
  • Kliknij na dolną powierzchnię naszego budynku i naciśnij przycisk OK. Spód budynku jest oznaczony jako nieruchomy:

  • Dodamy teraz obciążenie na górnej powierzchni, które może reprezentować, na przykład, ogromny ciężar umieszczony na dachu. W tym celu użyjemy wiązania nacisku. Naciśnij przycisk Wiązanie nacisku.
  • Kliknij górną powierzchnię dachu, ustaw wartość nacisku na 10MPa (nacisk jest wywierany na milimetr kwadratowy) i kliknij przycisk OK. Nasza siła jest teraz przyłożona:

  • Teraz jesteśmy gotowi do rozpoczęcia obliczeń. Zaznaczamy obiekt CalculiX w widoku drzewa i naciskamy przycisk Uruchom obliczenia.
  • W panelu zadań, który się otworzy, kliknij najpierw przycisk Zapisz plik .inp, aby utworzyć plik wejściowy dla CalculiX, a następnie przycisk Uruchom CalculiX. Kilka chwil później obliczenia zostaną wykonane:

  • Teraz możemy przyjrzeć się wynikom. Zamknij panel zadań i zobacz, że do naszej analizy został dodany nowy obiekt o nazwie Wyniki.
  • Kliknij dwukrotnie na obiekt Wyniki
  • Ustaw typ wyniku, który chcesz zobaczyć na siatce, na przykład "przemieszczenie bezwzględne", zaznacz pole wyboru pokaż w Przemieszczenie i przesuń suwak obok niego. Będziesz mógł zobaczyć jak deformacja rośnie wraz z przyłożeniem większej siły:

Wyniki wyświetlane za pomocą programu MES nie są oczywiście obecnie wystarczające do podejmowania rzeczywistych decyzji dotyczących wymiarowania konstrukcji i materiałów. Mogą one jednak dostarczyć cennych informacji o tym, jak siły przepływają przez konstrukcję i które słabe obszary będą odczuwać największe naprężenia.

Do pobrania

Więcej informacji: