Пример анализа Методом Конечных Элементов (FEM)
| Тема |
|---|
| Анализ методом конечных элементов |
| Уровень |
| Новичок |
| Время для завершения |
| 10 минут + время работы Решателя |
| Авторы |
| Drei |
| FreeCAD версия |
| 0.16.6700 и выше |
| Примеры файлов |
| Смотрите также |
| None |
Введение
Данное руководство знакомит пользователя с основными принципами работы верстака FEM, а также с большинством доступных инструментов, предназначенных для выполнения статического анализа.
Требования
- Версия FreeCAD должна быть 0.17 и старше.
- Наличие Netgen и/или GMSH в системе (устанавливаются вместе с FreeCAD).
- Наличие Calculix в системе (устанавливается вместе с FreeCAD).
- Пользователь изучающий данный пример должен обладать базовыми понятиями о том, как использовать верстаки Part и PartDesign.
Последовательность действий
Моделирование
В этом примере в качестве объекта исследования используется Куб, но также вместо него могут быть использованы любые другие модели созданные в Верстаках Part или PartDesign.
- Создайте новый документ (нажатием на кнопку
).
- Активировать
верстак Part.
- Создайте Куб.
- Измените его Размеры на следующие:
- Length: 8.000 м.
- Width: 1.000 м.
- Height: 1.000 м.
Теперь у нас есть модель с которой можно работать.
Проведение анализа
- Activate the
FEM Workbench.
- Select the Model →
Analysis container option from the menu.
Установка ограничений и приложение силы
- Скройте сетку внутри древа проекта.
- Откройте оригинальную модель
- Выберите
Создать МКЭ с фиксированными ограничениями
- Выберите заднюю поверхность Куба (поверхность осей YZ) и кликните OK
- Выберите
Создать МКЭ с ограничениями силы
- Выберите фронтальную поверхность Куба (грань, параллельная задней поверхности) и установите значение Area load в 9000000,00
- Установите Direction в -Z выбором одной из граней параллельно этому направлеию.
- Кликните OK
Теперь мы установили ограничения и силы для нашего статического анализа.
Выбор материала
Последние приготовления
- Нажмите
Mechanical material... и выберете Calculix-Steel в качестве материала. - Нажмите OK
Создание Mesh
Рекомендуется создавать mesh в качестве последнего шага при подготовке к анализу из-за привязки к геометрии в FreeCAD. В зависимости от установки FreeCAD, mesh может быть с Netgen или GMSH, вы можете использовать любую из них.
Netgen
- Выбрать модель
- Кликнуть в меню
New mechanical analysis, чтобы создать анализ из выбранного объекта - В диалоге создания сетки кликнуть OK
Вы также можете перетащить сетку в Mechanical Analysis, у которого нет сетки, внутри древа проекта.
GMSH
- Select the model
FEM mesh from shape by Gmsh: Generates a finite element mesh for a model using Gmsh.
- In the meshing dialog, click Apply and OK.
Мы создали сетку для нашего объекта и готовы добавить к нему ограничения и действующие силы.
Запуск решателя
Стандартный способ
- Выберите объект решателя
, находящийся в контейнере Analysis.
- Выберите в меню
Solver job control
- Выберите Write .inp File.
- Выберите Run Calculix.
- Click OK.
Быстрый способ
Быстрая процедура
- Выберите объект решателя
, находящийся в Mechanical Analysis
- Кликните на
Run CalculiX ccx.
Анализ Результатов
Анализ результатов
- Выберите объект Results из Object Tree
- Выберите
Show result
- Выберите для просмотра из различных типов результата нужные
- Движок внизу может использоваться для изменения визуализации сетки. Это позволяет визуализировать деформацию, испытываемую объектом, учитывая, что это приближение.
- Для удаления результатов выберите
Purge results
Если Вы тип результата выбрали Z displacement, Вы увидите, что полученное значение почти идентично тестовому примеру, предоставляемому FreeCAD. Различия могут быть из-за качества сетки и числа обрабатываемых узлов.
Теперь мы закончили с основными принципами работы FEM Module.
Notes
- For a video tutorial based on this written tutorial watch: FEM MaterialReinforced tutorial.
- Materials: Solid Material, Fluid Material, Non-Linear Mechanical Material, Reinforced Material (Concrete); Material Editor
- Element Geometry: Beam Cross Section, Beam Rotation, Shell Plate Thickness, Fluid Section for 1D Flow
- Electromagnetic Boundary Conditions: Electrostatic Potential Boundary Condition, Current Density Boundary Condition, Magnetization Boundary Condition, Electric Charge Density
- Fluid Boundary Conditions: Initial Flow Velocity Condition, Initial Pressure Condition, Flow Velocity Boundary Condition
- Geometrical Analysis Features: Plane Multi-Point Constraint, Section Print Feature, Local Coordinate System
- Mechanical Boundary Conditions and Loads: Fixed Boundary Condition, Rigid Body Constraint, Displacement Boundary Condition, Contact Constraint, Tie Constraint, Spring Boundary Condition, Force Load, Pressure Load, Centrifugal Load, Gravity Load
- Thermal Boundary Conditions and Loads: Initial Temperature, Heat Flux Load, Temperature Boundary Condition, Body Heat Source
- Overwrite Constants: Constant Vacuum Permittivity
- Mesh: Mesh From Shape by Netgen, Mesh From Shape by Gmsh, Mesh Boundary Layer, Mesh Refinement, Mesh Group, Erase Elements, FEM Mesh to Mesh
- Solve: Solver CalculiX, Solver Elmer, Solver Mystran, Solver Z88; Mechanical Equations: Elasticity Equation, Deformation Equation; Electromagnetic Equations: Electrostatic Equation, Electricforce Equation, Magnetodynamic Equation, Magnetodynamic 2D Equation, Static Current Equation; Flow Equation, Flux Equation, Heat Equation, Solver Job Control, Run Solver
- Results: Purge Results, Show Result, Apply Changes to Pipeline, Post Pipeline From Result, Pipeline Branch, Warp Filter, Scalar Clip Filter, Function Cut Filter, Region Clip Filter, Contours Filter, Glyph Filter, Line Clip Filter, Stress Linearization Plot, Data at Point Clip Filter, Calculator Filter; Filter Functions: Plane, Sphere, Cylinder, Box; Data Visualizations: Create Lineplot, Create Histogram, Create Table
- Utilities: Clipping Plane on Face, Remove All Clipping Planes, FEM Examples; Clear FEM Mesh, Display Mesh Info
- Additional: Preferences; FEM Install, FEM Mesh, FEM Solver, FEM CalculiX, FEM Concrete; FEM Element Types
- Начинающим
- Установка: Загрузка, Windows, Linux, Mac, Дополнительных компонентов, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
- Базовая: О FreeCAD, Интерфейс, Навигация мыши, Методы выделения, Имя объекта, Настройки, Верстаки, Структура документа, Свойства, Помоги FreeCAD, Пожертвования
- Помощь: Учебники, Видео учебники
- Верстаки: Std Base, Arch, Assembly, CAM, Draft, FEM, Inspection, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Points, Reverse Engineering, Robot, Sketcher, Spreadsheet, Surface, TechDraw, Test Framework