FEM Workbench/ru

Введение
Верстак FEM предоставляет современный набор инструментов для анализа Методом Конечных Элементов (finite element analysis, FEA) в FreeCAD. В основном это означает, что все инструменты для проведения анализа объединены в один графический интерфейс пользователя (GUI).



Рабочий процесс
Шаги которые необходимо сделать для выполнению анализа методом конечных элементов:
 * 1) Предварительная обработка: постановка задачи анализа.
 * 2) Моделирование геометрии: создание геометрии с помощью FreeCAD или ее импорт из другого приложения.
 * 3) Создание анализа.
 * 4) Добавление ограничений моделирования, таких как нагрузки и фиксированные опоры, к геометрической модели.
 * 5) Добавление материалов к деталям геометрической модели.
 * 6) Создание сетки конечных элементов для геометрической модели или ее импорт из другого приложения.
 * 7) Решение: запуск внешнего решателя из FreeCAD.
 * 8) Постобработка: визуализация результатов анализа из FreeCAD или экспорт результатов для их последующей обработки в другом приложении.

В версиях 0.15 и 0,16 FreeCAD верстак FEM может использоваться на Linux, Windows и Mac OSX. Поскольку в рабочей среде используются внешние решатели, объем ручной настройки будет зависеть от используемой вами операционной системы. См. Установка FEM для получения инструкций по настройке внешних инструментов.



Меню: Модель

 * [[Image:FEM_Analysis.svg|32px]] Analysis container: Создаёт новый контейнер для механического анализа. Если перед кликом на нём было выделено твёрдое тело, будет запущен диалог создания сетки МКЭ.

Материалы

 * [[Image:FEM_MaterialSolid.svg|32px]] Material for solid: Выберите материал из базы данных.


 * [[Image:FEM_MaterialFluid.svg|32px]] Material for fluid: Выберите материал из базы данных.


 * [[Image:FEM_MaterialMechanicalNonlinear.svg|32px]] Nonlinear mechanical material: Выберите материал из базы данных.


 * [[Image:FEM_MaterialReinforced.svg|32px]] Армированный материал (бетон): Позволяет выбрать из базы данных армированные материалы, состоящие из матрицы и армирования.


 * [[Image:Arch_Material_Group.svg|32px]] Material editor: Позволяет открыть редактор для редактирования материалов.

Геометрия элемента

 * [[Image:FEM_ElementGeometry1D.svg|32px]] Beam cross section:


 * [[Image:FEM_ElementRotation1D.svg|32px]] Beam rotation:


 * [[Image:FEM_ElementGeometry2D.svg|32px]] Shell plate thickness:


 * [[Image:FEM_ElementFluid1D.svg|32px]] Fluid section for 1D flow: Создает элемент жидкостной секции МКЭ для пневматических и гидравлических сетей.

Электростатические ограничения

 * [[Image:FEM_ConstraintElectrostaticPotential.svg|32px]] Constraint electrostatic potential:

Жидкостные ограничения

 * [[Image:FEM_ConstraintInitialFlowVelocity.svg|32px]] Constraint initial flow velocity: Используется для определения начальной скорости потока в области.


 * [[Image:FEM_ConstraintFlowVelocity.svg|32px]] Constraint flow velocity: Используется для задания скорости потока как граничного условия на кромке (2D) или грани (3D).

Geometrical Constraints

 * [[Image:FEM_ConstraintPlaneRotation.svg|32px]] Constraint plane rotation: Используется для определения ограничения плоского вращения на плоской поверхности.


 * [[Image:FEM_ConstraintSectionPrint.svg|32px]] Constraint section print:


 * [[Image:FEM_ConstraintTransform.svg|32px]] Constraint transform: Используется для назначения ограничения трансформации на грани.

Механические ограничения

 * [[Image:FEM_ConstraintFixed.svg|32px]] Constraint fixed: Используется для определения ограничения с фиксацией точки/грани/поверхности.


 * [[Image:FEM_ConstraintDisplacement.svg|32px]] Constraint displacement: Используется для определения ограничений смещения для точки/грани/поверхности.


 * [[Image:FEM_ConstraintContact.svg|32px]] Constraint contact: Используется для определения контактного ограничения между двумя поверхностями.


 * [[Image:FEM_ConstraintTie.svg|32px]] Constraint tie:


 * [[Image:FEM_ConstraintForce.svg|32px]] Constraint force: Используется для определения силы в [N], приложенной равномерно к выбираемой поверхности в определяемом направлении.


 * [[Image:FEM_ConstraintPressure.svg|32px]] Constraint pressure: Используется для определения ограничения давления.


 * [[Image:FEM_ConstraintSelfWeight.svg|32px]] Constraint self weight: используется для определения ускорения свободного падения, действующего на модель.

Температурные ограничения

 * [[Image:FEM_ConstraintInitialTemperature.svg|32px]] Constraint initial temperature: Используется для определения начальной температуры тела.


 * [[Image:FEM_ConstraintHeatflux.svg|32px]] Constraint heatflux: Используется для определения ограничений тепловых потоков на поверхностях.


 * [[Image:FEM_ConstraintTemperature.svg|32px]] Constraint temperature: Используется для определения температурных ограничений для точки/грани/поверхности.


 * [[Image:FEM_ConstraintBodyHeatSource.svg|32px]] Constraint body heat source:

Constraints without solver

 * [[Image:FEM_ConstraintFluidBoundary.svg|32px]] Fluid boundary condition:


 * [[Image:FEM_ConstraintBearing.svg|32px]] Constraint bearing: Используется для определения подшипниковых ограничений.


 * [[Image:FEM_ConstraintGear.svg|32px]] Constraint gear: Используется для определения редукторных ограничений.


 * [[Image:FEM_ConstraintPulley.svg|32px]] Constraint pulley: Используется для определения ограничений шкива.

Overwrite Constants

 * [[Image:FEM_ConstantVacuumPermittivity.svg|32px]] Constant vacuum permittivity:

Меню: Сетка

 * [[Image:FEM_MeshNetgenFromShape.svg|32px]] FEM mesh from shape by Netgen:


 * [[Image:FEM_MeshGmshFromShape.svg|32px]] Сетка МКЭ из формы с помощью Gmsh:


 * [[Image:FEM_MeshBoundaryLayer.svg|32px]] FEM mesh boundary layer:


 * [[Image:FEM_MeshRegion.svg|32px]] FEM mesh region:


 * [[Image:FEM_MeshGroup.svg|32px]] FEM mesh group:


 * [[Image:FEM_CreateNodesSet.svg|32px]] Nodes set: Создаёт/определяет набор нодов для сетки метода конечных элементов.


 * [[Image:FEM_FemMesh2Mesh.svg|32px]] FEM mesh to mesh: Преобразуйте поверхность сетки МКЭ в сетку.

Меню: Решение

 * [[Image:FEM_SolverCalculixCxxtools.svg|32px]] Solver CalculiX Standard: Создает новый решатель для этого анализа. В большинстве случаев решатель создается вместе с анализом.


 * [[Image:FEM_SolverCalculiX.svg|32px]] Решатель CalculiX (экспериментальный):


 * [[Image:FEM_SolverElmer.svg|32px]] Solver Elmer: Создает контроллер решателя для Элмера. Он не зависит от других объектов решателя.


 * [[Image:FEM_SolverZ88.svg|32px]] Solver Z88:


 * [[Image:FEM_EquationElasticity.svg|32px]] Elasticity equation:


 * [[Image:FEM_EquationElectricforce.svg|32px]] Electricforce equation:


 * [[Image:FEM_EquationElectrostatic.svg|32px]] Электростатические уравнения:


 * [[Image:FEM_EquationFlow.svg|32px]] Гидродинамические уравнения:


 * [[Image:FEM_EquationFlux.svg|32px]] Flux equation:


 * [[Image:FEM_EquationHeat.svg|32px]] Heat equation:


 * [[Image:FEM_SolverControl.svg|32px]] Solver job control: Открывает меню для настройки и запуска выбранного решателя.


 * [[Image:FEM_SolverRun.svg|32px]] Run solver calculations: Запускает выбранный решатель текущего анализа.

Меню: Результаты

 * [[Image:FEM_ResultsPurge.svg|32px]] Purge results: Очищает текущие результаты расчёта (Results в древе проекта).


 * [[Image:FEM_ResultShow.svg|24px]] Show result: Используется для показа результатов исследования (Von Mises Stress или Displacement).


 * [[Image:FEM_PostApplyChanges.svg|32px]] Apply changes to pipeline:


 * [[Image:FEM_PostPipelineFromResult.svg|32px]] Post pipeline from result:


 * [[Image:FEM_PostFilterWarp.svg|32px]] Warp filter:


 * [[Image:FEM_PostFilterClipScalar.svg|32px]] Scalar clip filter:


 * [[Image:FEM_PostFilterCutFunction.svg|32px]] Function cut filter:


 * [[Image:FEM_PostFilterClipRegion.svg|32px]] Region clip filter:


 * [[Image:FEM_PostFilterDataAlongLine.svg|32px]] Line clip filter:


 * [[Image:FEM_PostFilterLinearizedStresses.svg|32px]] Stress linearization plot:


 * [[Image:FEM_PostFilterDataAtPoint.svg|32px]] Data at point clip filter:


 * Filter functions:
 * [[Image:Fem-post-geo-plane.svg|32px]]
 * [[Image:Fem-post-geo-sphere.svg|32px]]

Меню: Утилиты

 * [[Image:FEM_ClippingPlaneAdd.svg|32px]] Clipping plane on face:


 * [[Image:FEM_ClippingPlaneRemoveAll.svg|32px]] Remove all clipping planes:


 * [[Image:FEM_Examples.svg|32px]] Open FEM examples: Открыть графический интерфейс для доступа к примерам МКЭ.

Контекстное меню

 * [[Image:FEM_MeshClear.svg|32px]] Clear FEM mesh:


 * [[Image:FEM_MeshDisplayInfo.svg|32px]] Display FEM mesh info:

Настройки

 * [[Image:Std_DlgPreferences.svg|32px]] Preferences...: Доступные настройки инструментов FEM.

Информация
На следующих страницах объясняются различные темы верстака FEM.

Установка FEM: детальное определение настройки внешних программ для работы верстака.

FEM Mesh: дополнительная информация о получении сетки для анализа методом конечных элементов.

FEM Solver: дополнительная информация о различных решателях метода конечных элементов, доступных в верстаке, и о тех, которые могут быть использованы в будущем.

FEM CalculiX дополнительная информация о CalculiX, решателе по умолчанию, используемом в инструментальных средствах для расчета конструкций.

FEM Concrete: интересная информация по теме моделирования бетонных конструкций.

FEM Project дополнительная информация о системе единиц измерения, ограничениях, а также об идеях развития и дорожной карте верстака.

Учебники
Учебник 1: FEM CalculiX Cantilever 3D, базовый анализ балки с простой опорой.

Учебник 2: Учебник по МКЭ, простой анализ натяжения конструкции.

Учебник 3: FEM Tutorial Python, настроить пример консоли только с помощью скриптов на Python, включая сетку.

Учебник 4: FEM Shear of a Composite Block; увидеть деформацию блока, состоящего из двух материалов.

Учебник 5: Переходный анализ методом конечных элементов

Учебник 6: Постобработка результатов МКЭ с помощью Paraview

Учебник 7: FEM Example Capacitance Two Balls, Учебное пособие по графическому интерфейсу Элмера 6 «Электростатическая емкость двух шариков» с использованием примеров МКЭ.

Набор учебников по термомеханическому анализу от openSIM

Video tutorial 1: FEM video for beginner (including YouTube link)

Video tutorial 2: FEM video for beginner (including YouTube link)

Many video tutorials: anisim Open Source Engineering Software (in German)

Расширение верстака FEM
Верстак FEM находится в постоянном развитии. Цель проекта - найти способы простого взаимодействия с различными решателями МКЭ, чтобы конечный пользователь мог упростить процесс создания, построения сетки, моделирования и оптимизации задачи инженерного проектирования, и все это внутри FreeCAD.

Дальнейшая информация предназначена для опытных пользователей и разработчиков, которые хотят расширить верстак FEM. Ожидается знакомство с C ++ и Python, а также необходимы некоторые знания о системе «объект документа», используемой в FreeCAD; эта информация доступна в Центре опытных пользователей и Центре разработчиков. Обратите внимание: поскольку FreeCAD находится в активной разработке, некоторые статьи могут быть слишком старыми и, следовательно, устаревшими. Самая последняя информация обсуждается на форумах FreeCAD в разделе «Разработка». Для обсуждения FEM, советов или помощи в расширении верстака читателю следует обратиться к подфоруму FEM.

В следующих статьях объясняется, как можно расширить рабочую среду, например, путем добавления новых типов граничных условий (ограничений) или уравнений.
 * Extend FEM Module
 * Добавление ограничений в верстак FEM
 * Учебник по добавлению уравнений в верстак FEM

Руководство разработчика было написано, чтобы помочь опытным пользователям разобраться в сложной кодовой базе FreeCAD и взаимодействиях между основными элементами и отдельными рабочими средами. Книга размещена на github, поэтому несколько пользователей могут вносить в нее свой вклад и постоянно обновлять.
 * Early preview of ebook: Module developer' guide to FreeCAD source (тема форума)
 * FreeCAD Mod Dev Guide (хранилище github)

Extending the FEM Workbench documentation

 * More information regarding extending or missing FEM documentation can be found in the forum: FEM documentation missing on the Wiki