Atelier FEM

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Icône de l'atelier FEM

Introduction

L'atelier FEM fournit un déroulement de tâches moderne d'analyse par éléments finis (FEA) pour FreeCAD. Cela signifie que tous les outils permettant d'effectuer une analyse sont réunis dans une seule interface utilisateur graphique (GUI).

Déroulement des tâches

Les étapes pour effectuer une analyse d’éléments finis sont les suivantes :

  1. Prétraitement : configuration du problème d'analyse.
    1. Modélisation de la géométrie : création de la géométrie avec FreeCAD, ou importation depuis une autre application.
    2. Créer une analyse.
      1. Ajout de contraintes de simulation telles que des charges et des supports fixes au modèle géométrique.
      2. Ajout de matériaux aux parties du modèle géométrique.
      3. Créer un maillage d'éléments finis pour le modèle géométrique, ou l'importer d'une autre application.
  2. Résolution : exécution d'un solveur externe à partir de FreeCAD.
  3. Post-traitement : visualiser les résultats de l'analyse depuis FreeCAD, ou exporter les résultats pour qu'ils puissent être post-traités avec une autre application.

L'atelier FEM peut être utilisé sur Windows, MacOSX et Linux. Étant donné que l'atelier utilise des solveurs externes, la quantité d’installation manuelle dépend du système d’exploitation utilisé. Voir FEM Installation des composants requis pour des instructions sur la configuration des outils externes.

Déroulement des tâches de l'atelier FEM ; l'atelier fait appel à deux programmes externes pour effectuer le maillage d'un objet solide et la solution proprement dite du problème des éléments finis.

Menu : Modèle

  • Conteneur d'analyse : crée un nouveau conteneur pour une analyse mécanique. Si un solide est sélectionné dans l'arborescence avant de cliquer dessus, la boîte de dialogue de maillage s'ouvrira.

Matériaux

  • Matériau renforcé : permet de sélectionner dans la base de données des matériaux renforcés composés d'une matrice et d'un renfort.

Géométrie de l'élément

  • Section fluide 1D : utilisé pour créer un élément de section fluide pour les réseaux pneumatiques et hydrauliques.

Conditions limites électromagnétiques

Conditions limites des fluides

Fonctions d'analyse géométrique

Conditions limites et charges mécaniques

  • Contrainte de corps rigide : utilisé pour appliquer la contrainte de corps rigide de CalculiX. Elle contraint le mouvement des nœuds d'une entité géométrique sélectionnée au mouvement d'un point de référence positionné par l'utilisateur. introduit dans la version 1.0
  • Charge d'effort : utilisé pour définir une force en [N] appliquée uniformément à une face sélectionnable dans une direction définissable.
  • Charge de gravité : permet de définir une accélération gravitationnelle agissant sur un modèle.

Conditions limites et charges thermiques

Écraser des constantes

Menu : Maillage

  • Région de maillage FEM : crée une ou plusieurs zones localisées à mailler, ce qui optimise considérablement le temps d'analyse.
  • Groupe de maillage FEM : regroupe et étiquette les éléments d'un maillage (sommet, bord, surface) ensemble, ce qui est utile pour exporter le maillage vers des solveurs externes.

Menu : Résolution

  • Solveur Z88 : crée le contrôleur de solveur pour Z88.

Équations mécaniques

Équations électromagnétiques

  • Résolution : lance le solveur sélectionné de l'analyse active.

Menu : Résultats

  • Pipeline de résultats : permet d'ajouter une nouvelle représentation graphique des résultats d'analyse FEM (échelle de couleurs et plus d'options d'affichage).
  • Données au point : permet d'afficher la valeur d'un champ sélectionné à un point donné.

Fonctions de filtrage

  • Plan : coupe le maillage résultant selon un plan.
  • Sphère : coupe le maillage résultant selon une sphère.

Menu : Utilitaires

  • Plan de coupe : ajoute un plan de découpe pour l'ensemble de la vue du modèle.
  • Exemples : ouvre l'interface graphique pour accéder aux exemples de FEM.

Menu contextuel

  • Supprimer maillage FEM : supprime le fichier de maillage du fichier FreeCAD. Utile pour alléger un fichier FreeCAD.

Outils obsolètes

  • Condition de limite du fluide : utilisé pour définir une condition limite de fluide. N'avait pas de solveur. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.
  • Contrainte de roulement : utilisé pour définir une contrainte de roulement. N'avait pas de solveur. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.
  • Contrainte d'engrenage : utilisé pour définir une contrainte d'engrenage. N'avait pas de solveur. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.
  • Contrainte de poulie : utilisé pour définir une contrainte de poulie. N'avait pas de solveur. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.
  • Ensemble de nœuds : crée/définit un ensemble de nœuds à partir d'un maillage FEM. L'outil était inachevé et ne pouvait pas être utilisé. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.

Préférences

Informations

Les pages suivantes décrivent différents sujets de l'atelier FEM.

FEM Installation des composants requis : une description détaillée de la configuration des programmes externes utilisés dans l'atelier.

FEM Préparation de la géométrie et maillage : conseils concernant la préparation de la géométrie pour une analyse aux éléments finis et le maillage.

FEM Maillage : détails sur les maillages dans l'atelier FEM.

FEM Solveur : informations supplémentaires sur les différents solveurs disponibles dans l’atelier et sur ceux qui pourraient être utilisés à l’avenir.

FEM CalculiX : plus d’informations sur CalculiX, le solveur par défaut utilisé dans l'atelier pour l'analyse des structures.

FEM Béton : informations intéressantes sur le thème de la simulation des structures en béton.

Tutoriels

Tutoriel 1 : FEM CalculiX Cantilever 3D ; analyse de base sur une poutre.

Tutoriel 2 : FEM Tutoriel ; analyse de la tension dans une structure.

Tutoriel 3 : FEM Tutoriel Python ; exemple de configuration en porte-à-faux entièrement fait par scripts Python, y compris le maillage.

Tutoriel 4 : FEM Cisaillement d'un bloc composite ; voir la déformation d'un bloc composé de deux matériaux.

Tutoriel 5 : Analyse FEM transitoire

Tutoriel 6 : Post-traitement des résultats FEM avec Paraview

Tutoriel 7 : Exemple calcul capacité de deux sphères ; Tutoriel 6 Interface graphique d'Elmer "Exemple calcul capacité de deux sphères" utilisant des exemples FEM.

Tutoriels d'analyse thermomécanique couplée par openSIM

Tutoriel vidéo 1 : Vidéo FEM pour les débutants (avec lien sur YouTube)

Tutoriel vidéo 2 : Vidéo FEM pour les débutants (avec lien sur YouTube)

Nombreux tutoriels vidéo : anisim Logiciels d'ingénierie à code source ouvert (en allemand)

Extension de l'atelier FEM

L'atelier FEM est en constante évolution. Un des objectifs du projet est de trouver des moyens d’interagir facilement avec divers solveurs FEM, afin que l’utilisateur final puisse rationaliser le processus de création, de maillage, de simulation et d’optimisation d’un problème de conception technique, le tout avec FreeCAD.

Les informations suivantes sont destinées aux utilisateurs expérimentés et aux développeurs qui souhaitent étendre l'atelier FEM de différentes manières. Une connaissance des langages C ++ et Python est préconisée. Une certaine connaissance du système "document objet" utilisé dans FreeCAD est également nécessaire. Ces informations sont disponibles dans la Documentation pour utilisateurs expérimentés et la Documentation pour développeurs. Veuillez noter que FreeCAD étant toujours en cours de développement, certains articles peuvent être anciens et donc obsolètes. Les informations les plus récentes sont traitées dans les forums FreeCAD, dans la section Développement. Pour les discussions sur l'atelier FEM, les conseils ou l’aide pour l’extension de l’atelier reférez vous dans le sous forum FEM.

Les articles suivants expliquent comment étendre l'atelier, par exemple en ajoutant de nouveaux types de conditions aux limites (contraintes) ou équations.

Un guide du développeur a été rédigé pour aider les utilisateurs expérimentés à comprendre les bases complexes du code de FreeCAD et les interactions entre les éléments centraux et les ateliers individuels. Le livre est hébergé sur github afin que plusieurs utilisateurs puissent y contribuer et le mettre à jour.

Extension de la documentation de l'atelier FEM