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-material.svg|32px]] Material for solid: Выберите материал из базы данных.


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


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


 * image is missing Reinforced material: Lets you select reinforced materials consist of a matrix and a reinforcement from the database.


 * [[Image:Arch_Material_Group.svg|32px]] Material editor:: Lets you open the material editor to edit materials

Геометрия элемента

 * [[Image:Fem-beam-section.svg|32px]] Beam cross section:


 * [[Image:Fem-beam-rotation.svg|32px]] Beam rotation:


 * [[Image:Fem-shell-thickness.svg|32px]] Shell plate thickness:


 * [[Image:Fem-fluid-section.svg|32px]] Fluid section for 1D flow: Creates a FEM fluid section element for pneumatic and hydraulic networks.

Электростатические ограничения

 * [[Image:fem-constraint-electrostatic-potential.svg|32px]] Constraint electrostatic potential:

Жидкостные ограничения

 * [[Image:Fem-constraint-initial-flow-velocity.svg|32px]] Constraint initial flow velocity: Used to define an initial flow velocity for the domain.


 * [[Image:Fem-constraint-fluid-boundary.svg|32px]] Constraint fluid boundary:


 * [[Image:Fem-constraint-flow-velocity.svg|32px]] Constraint flow velocity: Used to define a flow velocity as a boundary condition at an edge (2D) or face (3D).

Механические ограничения

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


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


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


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


 * [[Image:Fem-constraint-transform.svg|32px]] Constraint transform: Used to define a transform constraint on a face.


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


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


 * [[Image:Fem-constraint-selfweight.svg|32px]] Constraint self weight: Used to define a gravity acceleration acting on a model.


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


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


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

Температурные ограничения

 * [[Image:Fem-constraint-InitialTemperature.svg|32px]] Constraint initial temperature: Используется для определения начальной температуры тела.


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


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


 * [[Image:Fem-constraint-heatflux.svg|32px]] Constraint body heat source:

Меню: Сетка

 * [[Image:Fem-femmesh-netgen-from-shape.svg|32px]] FEM mesh from shape by Netgen:


 * [[Image:Fem-femmesh-gmsh-from-shape.svg|32px]] FEM mesh from shape by GMSH:


 * [[Image:Fem-femmesh-boundary-layer.svg|32px]] FEM mesh boundary layer:


 * [[Image:Fem-femmesh-region.svg|32px]] FEM mesh region:


 * [[Image:Fem-femmesh-from-shape.svg|32px]] FEM mesh group:


 * [[Image:Fem-femmesh-create-node-by-poly.svg|32px]] Nodes set: Создаёт/определяет набор нодов. Пока не работает.


 * [[Image:Fem-femmesh-to-mesh.svg|32px]] FEM mesh to mesh: Convert the surface of a FEM mesh to a mesh.

Меню: Решение

 * [[Image:Fem_Solver.svg|32px]] Solver Calculix CCX tools: Creates a new solver for this analysis. In most cases the solver is created together with the analysis.


 * [[Image:Fem_Solver.svg|32px]] Solver CalculiX:


 * [[Image:Fem-elmer.svg|32px]] Solver Elmer: Creates the solver controller for Elmer. It is independent from other solver objects.


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


 * [[Image:Fem-equation-heat.svg|32px]] Equation heat:


 * [[Image:Fem-equation-elasticity.svg|32px]] Equation elasticity:


 * [[Image:Fem-equation-electrostatic.svg|32px]] Equation electrostatic:


 * [[Image:Fem-equation-fluxsolver.svg|32px]] Equation fluxsolver:


 * [[Image:Fem-equation-flow.svg|32px]] Equation flow:


 * [[Image:Fem-control-solver.svg|32px]] Solver job control: Opens the menu to adjust and start the selected solver.


 * [[Image:Fem-run-solver.svg|32px]] Solver run calculation: Runs the selected solver of the active analysis.

Меню: Результаты

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


 * [[Image:Fem-result.svg|24px]] Result show: Используется для показа результатов исследования (Von Mises Stress или Displacement).


 * [[Image:FEM_PostApplyChanges.png|32px]] Post Apply changes:


 * [[Image:Fem-data.svg|32px]] Post Pipeline from result:


 * [[Image:Fem-warp.svg|32px]] Post Create warp vector filter:


 * [[Image:Fem-clip-scalar.svg|32px]] Post Create scalar clip filter:


 * [[Image:Fem-cut.svg|32px]] Post Create cut filter:


 * [[Image:Fem-clip.svg|32px]] Post Create clip filter:


 * [[Image:Fem-DataAlongLine.svg|32px]] Post Create data along line filter:


 * [[Image:Fem-linearizedstresses.svg|32px]] Post Create linearized stresses:


 * [[Image:fem-post-filter-data-at-point.png|32px]] Post Create data at point filter:


 * [[Image:Fem CompPostCreateFunctions.png|48px]] Post Create functions:
 * [[Image:Fem-sphere.svg|32px]] :
 * [[Image:Fem-plane.svg|32px]] :

Меню: Утилиты

 * [[Image:fem-clipping-plane-add.svg|32px]] Clipping plane on face:


 * [[Image:fem-clipping-plane-remove-all.svg|32px]] Remove all clipping planes:


 * [[Image:Preferences-fem.svg|32px]] FEM Examples: Открыть графический интерфейс для доступа к примерам МКЭ.

Контекстное меню

 * [[Image:Fem-femmesh-clear-mesh.svg|32px]] FEM mesh clear:


 * [[Image:Fem-femmesh-print-info.svg|32px]] FEM mesh print info:

Настройки

 * [[Image:Std_DlgParameter.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
 * Add FEM Constraint Tutorial
 * Add FEM Equation Tutorial

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)