Środowisko pracy MES
Wprowadzenie
Środowisko pracy MES zapewnia nowoczesną analizę metodą elementów skończonych (FEA) dla FreeCAD. Głównie oznacza to, że wszystkie narzędzia do wykonania analizy są połączone w jeden graficzny interfejs użytkownika (GUI).
Przepływ pracy
Kroki przeprowadzania analizy metodą elementów skończonych:
- Preprocessing: ustawienie zagadnienia analizy.
- Modelowanie geometrii: tworzenie geometrii za pomocą programu FreeCAD lub importowanie jej z innej aplikacji.
- Tworzenie analizy.
- Dodawanie do modelu geometrycznego uwarunkowań symulacyjnych, takich jak obciążenia i podpory stałe.
- Dodawanie materiałów do części poza modelem geometrycznym.
- Tworzenie siatki elementów skończonych dla modelu geometrycznego lub importowanie jej z innej aplikacji.
- Rozwiązywanie: uruchamianie zewnętrznego solwera z poziomu FreeCAD.
- Postprocessing: wizualizacja wyników analizy z poziomu FreeCAD lub eksportowanie wyników, aby można je było przetworzyć w innej aplikacji.
Środowisko pracy MES może być używane w systemach Linux, Windows i Mac OSX. Ponieważ korzysta z zewnętrznych solverów, zakres ręcznej konfiguracji zależy od systemu operacyjnego, z którego korzystasz. Instrukcje dotyczące konfiguracji zewnętrznych narzędzi znajdują się na stronie Instalacja środowiska MES.
Przepływ pracy w środowisku MES. Środowisko to wywołuje dwa zewnętrzne środowiska w celu wykonania siatkowania obiektu bryłowego oraz rozwiązania problemu metodą elementów skończonych.
Menu: Model
Analiza MES: Tworzy nowy kontener dla analizy mechanicznej. Jeśli przed kliknięciem w oknie Widoku drzewa zostanie wybrana bryła, to następnie zostanie otwarte okno dialogowe generatora siatek.
Materiał
Materiał dla bryły: Pozwala wybrać materiał dla bryły z bazy danych.
Materiał dla płynu: Umożliwia wybór materiału dla płynu z bazy danych.
Nieliniowy materiał mechaniczny: Umożliwia dodanie nieliniowego modelu materiału mechanicznego.
Materiał zbrojony (beton): Pozwala wybrać z bazy danych materiały zbrojone składające się z osnowy i zbrojenia.
Edytor materiału: Pozwala otworzyć edytor materiałów, aby edytować materiały.
Geometria elementu
Przekrój poprzeczny belki: Służy do definiowania przekrojów poprzecznych dla elementów belkowych.
Obrót belki: Służy do obracania przekrojów poprzecznych elementów belkowych.
Grubość powłoki: Służy do określenia grubości powłoki elementu.
Przekrój dla przepływu 1D: Służy do tworzenia elementu przekroju cieczy dla instalacji pneumatycznych i hydraulicznych.
Wiązania elektromagnetyczne
Wiązania elektromagnetyczne: Jest to menu przyborów na pasku narzędzi wiązań MES, które zawiera następujące wiązania:
Zdefiniuj potencjał elektrostatyczny: Służy do definiowania potencjału elektrostatycznego.
Zdefiniuj gęstość prądu: Służy do określenia gęstości prądu. dostępne w wersji 0.21
Zdefiniuj magnetyzację: Służy do określenia namagnesowania. dostępne w wersji 0.21
Wiązania płynu
Zdefiniuj początkową prędkość przepływu: Służy do określenia początkowej prędkości przepływu dla ciała (objętości).
Zdefiniuj początkowe obciążenie ciśnieniem: Służy do określenia ciśnienia początkowego dla danego ciała (objętości). dostępne w wersji 0.21
Zdefiniuj prędkość przepływu: Służy do określenia prędkości przepływu jako warunku brzegowego na krawędzi (2D) lub ścianie (3D).
Wiązania geometrii
Zdefiniuj obrót w płaszczyźnie: Służy do definiowania wiązania obrotu w płaszczyźnie na ściance planarnej.
Zapis wyników z przekroju: Służy do drukowania predefiniowanych zmiennych wyjściowych ścian (sił i momentów) do pliku dat.
Zdefiniuj odkształcenie: Służy do zdefiniowania wiązania przekształcenia na ścianie.
Wiązania mechaniczne
Zdefiniuj przytwierdzenie: Służy do definiowania stałego wiązania punktu / krawędzi / powierzchni.
Constraint displacement: Used to define a displacement constraint on point/edge/face(s).
Constraint contact: Used to define a contact constraint between two faces.
Constraint tie: Used to define a tie constraint ("bonded contact") between two faces.
Constraint spring: Used to define a spring. introduced in version 0.20
Constraint force: Used to define a force in [N] applied uniformly to a selectable face in a definable direction.
Constraint pressure: Used to define a pressure constraint.
Constraint centrif: Used to define a centrifugal body load constraint. introduced in version 0.20
Constraint self weight: Used to define a gravity acceleration acting on a model.
Wiązania termiczne
Constraint initial temperature: Used to define the initial temperature of a body.
Constraint heatflux: Used to define a heat flux constraint on a face(s).
Constraint temperature: Used to define a temperature constraint on a point/edge/face(s).
Constraint body heat source: Used to define an internally generated body heat.
Wiązania nie wymagające solwera
Fluid boundary condition: Used to define a fluid boundary condition.
Constraint bearing: Used to define a bearing constraint.
Constraint gear: Used to define a gear constraint.
Constraint pulley: Used to define a pulley constraint.
Nadpisywanie wiązań
Constant vacuum permittivity: Used to overwrite the permittivity of vacuum with a custom value.
Menu: Siatka
FEM mesh from shape by Netgen: Generates a finite element mesh for a model using Netgen.
FEM mesh from shape by Gmsh: Generates a finite element mesh for a model using Gmsh.
FEM mesh boundary layer: Creates anisotropic meshes for accurate calculations near boundaries.
FEM mesh region: Creates a localized area(s) to mesh which highly optimizes analysis time.
FEM mesh group: Groups and labels elements of a mesh (vertex, edge, surface) together, useful for exporting the mesh to external solvers.
Nodes set: Creates/defines a node set from FEM mesh.
FEM mesh to mesh: Convert the surface of a FEM mesh to a mesh.
Menu: Rozwiąż
Solver CalculiX Standard: Creates a new solver for this analysis.
Solver CalculiX (new framework): Same as the original framework
Solver CalculiX Standard with extra checks.
Solver Elmer: Creates the solver controller for Elmer.
Solver Mystran: Creates the solver controller for the MYSTRAN solver. introduced in version 0.20
Solver Z88: Creates the solver controller for Z88.
Mechanical equations: This is an icon menu in the FEM Equations toolbar that holds the following equations: introduced in version 0.21
Elasticity equation: Equation for the
Solver Elmer to perform linear mechanical analyses.
Deformation equation: Equation for the
Solver Elmer to perform nonlinear mechanical analyses (deformations). introduced in version 0.21
Electromagnetic equations: This is an icon menu in the FEM Equations toolbar that holds the following equations: introduced in version 0.21
Electrostatic equation: Equation for the
Solver Elmer to perform electrostatic analyses.
Electricforce equation: Equation for the
Solver Elmer to calculate the electric force on surfaces.
Magnetodynamic equation: Equation for the
Solver Elmer to calculate magnetodynamics. introduced in version 0.21
Magnetodynamic 2D equation: Equation for the
Solver Elmer to calculate magnetodynamics in 2D. introduced in version 0.21
Flow equation: Equation for the
Solver Elmer to perform flow analyses.
Flux equation: Equation for the
Solver Elmer to perform flux analyses.
Heat equation: Equation for the
Solver Elmer to perform heat transfer analyses.
Solver job control: Opens the menu to adjust and start the selected solver.
Run solver calculations: Runs the selected solver of the active analysis.
Menu: Wyniki
Usuń wyniki: Kasuje wyniki aktywnej analizy.
Pokaż wynik: Służy do wyświetlania wyniku analizy. To okno dialogowe nie jest dostępne dla Solvera Elmer, ponieważ ten solver wizualizuje tylko przy użyciu obiektu Prezentacja graficzna wyników.
Zastosuj zmiany: Przełącza, czy zmiany w potokach i filtrach są stosowane natychmiast.
Prezentacja graficzna wyników: Służy do dodania nowej graficznej reprezentacji wyników analizy MES (skala kolorów i więcej opcji wyświetlania).
Filtr wizualizacji deformacji: Służy do wizualizacji skalowanego zdeformowanego kształtu modelu.
Scalar clip filter: Used to clip a field with a specified scalar value.
Function cut filter: Used to display the results on a sphere or a plane cutting through the model.
Region clip filter: Used to clip a field with a sphere or a plane cutting through the model.
Contours filter: Used to display iso-lines (for analyses in 2D) or iso-contours. introduced in version 0.21
Line clip filter: Used to plot the values of a field along a specified line.
Stress linearization plot: Creates a stress linearization plot.
Data at point clip filter: Used to display value of a selected field at a given point.
Filter functions: This is an icon menu in the FEM Results toolbar that holds the following commands:
Filter function plane: Cuts the result mesh with a plane.
Filter function sphere: Cuts the result mesh with a sphere.
Filter function cylinder: Cuts the result mesh with a cylinder. introduced in version 0.21
Filter function box: Cuts the result mesh with a box. introduced in version 0.21
Menu: Narzędzia
Płaszczyzna cięcia na ścianie: Dodaje płaszczyznę przycinania dla całego widoku modelu.
Usuń wszystkie płaszczyzny cięcia: Usuwa wszystkie istniejące płaszczyzny cięcia.
Otwórz przykłady: Otwórz GUI, aby uzyskać dostęp do przykładów MES.
Menu podręczne
Wyczyść dane siatki MES: Usuwa plik siatki z pliku FreeCAD. Przydatne, aby uczynić plik FreeCAD lżejszym.
Wyświetl informacje o siatce MES: Wyświetla podstawowe statystyki istniejącej siatki - ilość węzłów i elementów każdego typu.
Ustawienia
Preferencje ...: Ustawienia dostępne dla narzędzi środowiska MES w menu Edycja.
Informacje dodatkowe
Na kolejnych stronach znajdują się objaśnienia poszczególnych tematów związanych z środowiskiem pracy MES.
Instalacja środowiska MES: szczegółowy opis jak skonfigurować zewnętrzne programy używane w środowisku pracy.
MES: Siatka: dalsze informacje na temat uzyskiwania siatki do analizy metodą elementów skończonych.
MES: Solver: dalsze informacje na temat różnych solverów dostępnych w środowisku pracy oraz tych, które mogą być używane w przyszłości.
MES: CalculiX: dalsze informacje na temat CalculiX, domyślnego solvera używanego w środowisku pracy do analizy strukturalnej.
MES: Beton: ciekawe informacje na temat symulacji konstrukcji betonowych.
Poradniki
Poradnik 1: MES CalculiX wspornik 3D, podstawowa analiza belki swobodnie podpartej.
Poradnik 2: Poradnik dla środowiska pracy MES, prosta analiza naprężenia konstrukcji.
Poradnik 3: Skrypty w środowisku MES, skonfiguruj przykład wspornika całkowicie poprzez skrypty w środowisku Python, w tym siatkę.
Poradnik 4: Ścinanie bloku kompozytowego, obserwuj deformację bloku, który składa się z dwóch materiałów.
Poradnik 5: Analiza MES w stanie przejściowym.
Poradnik 6: Post-Processing wyników MES za pomocą Paraview.
Poradnik 7: Przykład pojemność dwóch kul, Elmer's GUI poradnik 6 "Elektrostatyka Pojemność Dwóch Kul" z wykorzystaniem przykładów FEM.
Sprzężona analiza termiczno-mechaniczna poradnik openSIM.
Wideo poradnik 1: FEM wideo dla początkujących (w tym link do YouTube).
Wideo poradnik 2: FEM wideo dla początkujących (w tym link do YouTube).
Wiele poradników w formie wideo: anisim Open Source Engineering Software, (w języku niemieckim).
Rozszerzenie środowiska pracy MES
Środowisko pracy MES jest w ciągłym rozwoju. Celem projektu jest znalezienie sposobu na łatwą interakcję z różnymi solverami MES, tak aby użytkownik końcowy mógł usprawnić proces tworzenia, siatkowania, symulacji i optymalizacji problemu projektowego, wszystko w ramach programu FreeCAD.
Poniższe informacje są skierowane do użytkowników i programistów, którzy chcą rozszerzyć środowisko MES na różne sposoby. Oczekiwana jest znajomość C++ i Pythona, a także pewna znajomość systemu "document object" używanego w FreeCAD. Informacje te są dostępne na stronach Centrum Power użytkowników i Centrum programisty. Proszę zauważyć, że ponieważ FreeCAD jest w trakcie aktywnego rozwoju, niektóre artykuły mogą być zbyt stare, a więc przestarzałe. Najbardziej aktualne informacje są omawiane na forum FreeCAD, w sekcji Development. W przypadku dyskusji na temat MES, porad lub pomocy w rozszerzeniu środowiska pracy, czytelnik powinien odnieść się do forum FEM.
Poniższe artykuły wyjaśniają, jak można rozszerzyć środowisko pracy, np. poprzez dodanie nowych typów warunków brzegowych (wiązań), czy równań.
- Rozszerzenie modułu FEM
- Wprowadzenie do MES dla programistów próbuje zorientować nowych twórców, w jaki sposób mogą przyczynić się do rozwoju środowiska pracy MES.
- Dodawanie wiązań w środowisku MES
- Dodawanie równań w środowisku MES
Przewodnik programisty został napisany, aby pomóc użytkownikom w zrozumieniu złożonej bazy kodowej FreeCAD i interakcji między podstawowymi elementami i poszczególnymi środowiskami pracy. Książka jest umieszczona w serwisie Github, więc wielu użytkowników może ją współtworzyć i aktualizować.
- Wczesny podgląd ebooka: Przewodnik programisty modułów po źródłach FreeCAD wątek na forum.
- FreeCAD Mod Dev Guide repozytorium Github.
Rozszerzenie dokumentacji środowiska pracy MES
- Więcej informacji dotyczących rozszerzenia lub braku dokumentacji dla MES można znaleźć na forum, w temacie: Brak dokumentacji MES na Wiki
- Materiał: Bryła, Ciecz, Nieliniowy materiał mechaniczny, Materiał zbrojony (beton), Edytor materiału
- Geometria elementu: Geometria elementu, Obrót w okół osi, Geometria elementu 2D, Element przepływu
Wiązania
- Elektromagnetyczne: Potencjał elektryczny, Gęstość prądu, Magnetyzacja
- Geometryczne: Obrót w płaszczyźnie, Zapis wyników z przekroju, Zdefiniuj odkształcenie
- Mechaniczne: Zdefiniuj przytwierdzenie, Zdefiniuj przemieszczenie, Zdefiniuj kontakt, Zdefiniuj powiązanie, Wiązanie sprężyny, Zdefiniuj siłę, Zdefiniuj obciążenie ciśnieniem, Zdefiniuj siłę odśrodkową, Zdefiniuj obciążenie ciężarem własnym
- Termiczne: Warunek początkowy temperatury, Zdefiniuj strumień ciepła, Zdefiniuj temperaturę, Zdefiniuj objętościowe źródło ciepła
- Nie wymagające solvera: Zdefiniuj przepływ graniczny, Zdefiniuj prowadzenie, Zdefiniuj przełożenie, Zdefiniuj koło pasowe
- Zmieniające wiązania: Zdefiniuj przenikalność elektryczną próżni
- Siatki: Siatka Netgen, Siatka GMSH, Warstwa graniczna siatki, Obszar siatki, Grupa siatki, Utwórz zestaw węzłów, Siatka MES na obiekt środowiska Siatka
- Solver: Narzędzia CalculiX, CalculiX (nowa struktura), Elmer, Mystran, Z88; Równania: Elastyczności, Elektrostatyczne, Siły elektrostatycznej, Magnetodynamiczne, RMagnetodynamiczne 2D, Przepływu, Strumienia, Ciepła; Solver: Kontrola pracy solvera, Uruchom solver
- Wyniki: Oczyszczanie z wyników, Prezentacja wyników; Postprocessing: Zastosuj zmiany, Prezentacja graficzna, Filtr rozpraszający, Skalarny filtr obcinający, Filtr odcięcia funkcji, Filtr odcięcia obszaru, Filtr konturów, Filtr danych wzdłuż linii, Wykres liniowości naprężeń, Filtr obcinania danych w punkcie, Utwórz funkcję, Filtr funkcji płaszczyzny, Filtr funkcji sfery, Filtr funkcji walca, Filtr funkcji prostopadłościanu
- Dodatkowe: Konfiguracja, Instalacja środowiska MES, Siatka, FEM Solver, CalculiX, Beton, Rodzaje elementów

- Jak zacząć
- Instalacja: Pobieranie programu, Windows, Linux, Mac, Dodatkowych komponentów, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
- Podstawy: Informacje na temat FreeCAD, Interfejs użytkownika, Profil nawigacji myszką, Metody wyboru, Nazwa obiektu, Edytor ustawień, Środowiska pracy, Struktura dokumentu, Właściwości, Pomóż w rozwoju FreeCAD, Dotacje
- Pomoc: Poradniki, Wideo poradniki
- Środowiska pracy: Strona Startowa, Architektura, Rysunek Roboczy, MES, Inspekcja, Siatka, OpenSCAD, Część, Projekt Części, Path, Punkty, Inżynieria Wsteczna, Robot, Szkicownik, Arkusz Kalkulacyjny, Start, Powierzchnia 3D, Rysunek Techniczny, Test Framework, Web