Manual:Creating FEM analyses/pl

MES to skrót od Metoda Elementów Skończonych. Jest to rozległy temat matematyczny, ale w FreeCAD możemy myśleć o nim jako o sposobie obliczania rozchodzenia się energii wewnątrz obiektu 3D, poprzez pocięcie go na małe kawałki i przeanalizowanie wpływu każdego małego kawałka na jego sąsiadów. Ma to wiele zastosowań w inżynierii i elektromagnetyzmie, ale my skupimy się na jednym z zastosowań, które jest już dobrze rozwinięte w programie FreeCAD, a mianowicie na symulacji deformacji obiektów poddawanych działaniu sił i ciężarów.

Uzyskanie takiej symulacji odbywa się w programie FreeCAD za pomocą środowiska MES. Składa się na to kilka kroków: Przygotowanie geometrii, ustawienie jej materiału, wykonanie siatki, podział na mniejsze części, tak jak to robiliśmy w rozdziale Przygotowanie obiektów do druku 3D, a na koniec obliczenie symulacji.



Przygotowanie programu FreeCAD
Sama symulacja jest wykonywana przez inny program, który jest wykorzystywany przez FreeCAD do uzyskania wyników. Ponieważ jest dostępnych kilka interesujących aplikacji do symulacji MES o otwartym kodzie źródłowym, środowisko pracy MES pozwala na wybór pomiędzy nimi. Jednak obecnie tylko CalculiX jest w pełni zaimplementowany. Wymagany jest również inny program, o nazwie NetGen, który odpowiada za generowanie siatki podziału. Szczegółowe instrukcje dotyczące instalacji tych dwóch komponentów znajdują się w dokumentacji FreeCAD.

Przygotowanie geometrii
Zaczniemy od domu, który wymodelowaliśmy w rozdziale Modelowanie BIM. Należy jednak dokonać pewnych zmian, aby model nadawał się do obliczeń metodą MES. Polega to w zasadzie na odrzuceniu obiektów, których nie chcemy uwzględniać w obliczeniach, takich jak drzwi i okna, oraz połączeniu wszystkich pozostałych obiektów w jeden.


 * Wczytaj model domu, który wcześniej wymodelowaliśmy
 * Usuń lub ukryj obiekt strony, płaszczyzny przekroju i wymiary, pozostawiając tylko nasz model.
 * Ukryj okno, drzwi i płytę fundamentową
 * Ukryj również metalowe belki na dachu. Są to zupełnie inne obiekty niż reszta domu, więc uprościmy nasze obliczenia nie uwzględniając ich. Zamiast tego przyjmiemy, że płyta dachowa jest umieszczona bezpośrednio na ścianie.
 * Przesuń teraz płytę dachową w dół, tak aby spoczywała na ścianie: Edytuj obiekt Prostokąt, którego użyliśmy jako podstawy płyty dachowej, i zmień jego wartość Umiejscowienie->Pozycja->X z 3.18m na 3.00m
 * Nasz model jest teraz przejrzysty:




 * Środowisko pracy MES może obecnie obliczać deformacje tylko jednego obiektu. Dlatego musimy połączyć nasze dwa obiekty (ścianę i płytę). Przejdź do środowiska pracy Część, wybierz dwa obiekty i naciśnij przycisk [[Image:Part_Fuse.svg|16px]] Scalenie. Otrzymaliśmy teraz połączony obiekt:



Tworzenie analizy

 * Jesteśmy teraz gotowi do rozpoczęcia analizy MES. Przejdźmy do środowiska pracy MES.
 * Wybierzmy obiekt o nazwie scalony.
 * Naciśnij przycisk [[Image:Fem_Analysis.png|16px]] Nowa analiza.
 * Zostanie utworzona nowa analiza i otwarty panel ustawień. Tutaj można zdefiniować parametry siatki, które będą używane do produkcji siatki MES. Główną nastawą do edycji jest wartość Maksymalny Rozmiar, która definiuje maksymalny rozmiar (w milimetrach) każdego fragmentu siatki. Na razie możemy pozostawić domyślną wartość 1000:




 * Po naciśnięciu przycisku i kilku sekundach obliczeń, nasza siatka MES jest gotowa:




 * We can now define the material to be applied to our mesh. This is important because depending on the material strength, our object will react differently to forces applied to it. Select the analysis object, and press the [[Image:FEM_MaterialSolid.png|16px]] New Material button.
 * A task panel will open to allow us to choose a material. In the Material drop-down list, choose the Concrete-generic material, and press OK.




 * We are now ready to apply forces. Let's start by specifying which faces are fixed into the ground and can therefore not move. Press the [[Image:FEM_ConstraintFixed.png|16px]] Constraint fixed button.
 * Click on the bottom face of our building and press OK. The bottom face is designated as unmovable:




 * We will now add a load on the top face, that could represent, for example, a massive weight being placed on the roof. For this we will use a pressure constraint. Press the [[Image:FEM_ConstraintPressure.png|16px]] Constraint pressure button.
 * Click the top face of the roof, set the pressure to 10MPa (the pressure is applied by square millimeter) and click the OK button. Our force is now applied:




 * We are now ready to start the calculation. Select the CalculiX object in the tree view, and press the [[Image:FEM_ControlSolver.png|32px]] Start Calculation button.
 * In the task panel that will open, click first the Write .inp file button to create the input file for CalculiX, then the Run CalculiX button. A few moments later, the calculation will be done:




 * We can now look at the results. Close the task panel, and see that a new Results object has been added to our analysis.
 * Double-click the Results object
 * Set the type of result that you want to see on the mesh, for example "absolute displacement", tick the show checkbox under Displacement, and move the slider next to it. You will be able to see the deformation growing as you apply more force:



The results displayed by the FEM workbench are of course currently not enough to perform real-life decisions about structures dimensioning and materials. However, they can already give precious information about how the forces flow through a structure, and which are the weak areas that will feel the most stress.

Do pobrania


 * The file created during this exercise: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/fem.FCStd

Więcej informacji


 * The FEM Workbench
 * Installing required FEM components
 * CalculiX
 * NetGen