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: Open the GUI to access FEM examples.

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.

Tutorial 5: Transient FEM analysis

Tutorial 6: Post-Processing_of_FEM_Results_with_Paraview

Учебник 7: FEM Example Capacitance Two Balls/ru, 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)

Extending the FEM Workbench
The FEM Workbench is under constant development. An objective of the project is to find ways to easily interact with various FEM solvers, so that the end user can streamline the process of creating, meshing, simulating, and optimizing an engineering design problem, all within FreeCAD.

The following information is aimed at power users and developers who want to extend the FEM Workbench in different ways. Familiarity with C++ and Python is expected, and also some knowledge of the "document object" system used in FreeCAD is necessary; this information is available in the Power users hub and the Developer hub. Please notice that since FreeCAD is under active development, some articles may be too old, and thus obsolete. The most up to date information is discussed in the FreeCAD forums, in the Development section. For FEM discussions, advice or assistance in extending the workbench, the reader should refer to the FEM subforum.

The following articles explain how the workbench can be extended, for example, by adding new types of boundary conditions (constraints), or equations.
 * Extend FEM Module
 * Add FEM Constraint Tutorial
 * Add FEM Equation Tutorial

A developer's guide has been written to help power users in understanding the complex FreeCAD codebase and the interactions between the core elements and the individual workbenches. The book is hosted at github so multiple users can contribute to it and keep it updated.
 * Early preview of ebook: Module developer' guide to FreeCAD source (forum thread)
 * FreeCAD Mod Dev Guide (github repository)