FEM Tutorium

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Freecad.svg 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.

FEM tutorial result.png

Voraussetzungen

  • FreeCAD Version 0.17 oder höher.
  • Netgen und GMSH sind 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 zur Verwendung der Arbeitsbereiche Part und PartDesign.

Ablauf

Modellieren

In diesem Beispiel wird ein Würfel als Studienobjekt verwendet, aber stattdessen können auch Modelle verwendet werden, die in den Arbeitsbereichen Part oder PartDesign erstellt wurden.

  1. Ein neues Dokument erstellen (die Schaltfläche Std New.svg drücken).
  2. Den Arbeitsbereich Workbench Part.svg 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 Workbench FEM.svg FEM aktivieren.
  2. Den Menüeintrag Modell → FEM Analysis.svg Analyse-Container‏‎ auswählen.

Randbedingungen und Kräfte

  1. Das Netz in der Baumansicht ausblenden.
  2. Das Originalmodell anzeigen.
  3. FEM ConstraintFixed.svg Randbedingung Festsetzen auswählen.
  4. Auf die Schaltfläche Hinzufügen klicken, die Rückseite des Würfelobjekts (die Fläche auf der YZ-Ebene) auswählen und OK drücken.
  5. FEM ConstraintForce.svg Randbedingung Krafteinwirkung auswählen.
  6. Auf die Schaltfläche Hinzufügen klicken, die Vorderseite des Würfelobjekts (die zur Rückseite parallel liegende Fläche) und den Wert für Load [N] (Flächenlast [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. FEM MaterialSolid.svg 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 MeshNetgenFromShape.svg 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. FEM MeshGmshFromShape.svg 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 FEM SolverCalculixCxxtools.svg auswählen.
  2. Den Menüeintrag FEM SolverControl.svg Solver job control auswählen.
  3. .inp Datei schreiben auswählen.
  4. CalculiX ausführen auswählen.
  5. Die Schaltfläche Schließen drücken.

Schneller Ablauf

Schnellverfahren

  1. Wähle das Löserobjekt FEM Solver.png, das in der 'Mechanischen Analyse enthalten ist
  2. Klicke auf FEM RunCalculiXccx.png Schnellanalyse.

Analyzing Results

Ergebnisse analysieren

  1. Wähle aus dem Objektbaum das Ergebnisse Objekt
  2. Wähle FEM ShowResult.png Ergebnis anzeigen
  3. Wähle unter den verschiedenen Ergebnistypen, 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 FEM PurgeResults.png Säberungsergebnisse
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 Modul fertig.