FEM Workbench/de

Einleitung
Das FEM-Workbench bietet einen modernen Finite-Elemente-Analyse-(FEA)-Workflow für FreeCAD. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass alle Werkzeuge zur Durchführung einer Analyse in einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) zusammengefasst sind.



Arbeitsablauf
Die Schritte zur Durchführung einer Finite-Elemente-Analyse sind:
 * 1) Vorverarbeitung: Einrichten des Analyseproblems.
 * 2) Modellierung der Geometrie: Erstellung der Geometrie mit FreeCAD oder Import aus einer anderen Anwendung.
 * 3) Erstellen einer Analyse.
 * 4) Hinzufügen von Simulationsbeschränkungen wie Lasten und festen Stützpunkten zum geometrischen Modell.
 * 5) Hinzufügen von Materialien zu den Teilen aus dem geometrischen Modell.
 * 6) Erstellen eines Finite-Elemente-Netzes für das geometrische Modell oder Importieren aus einer anderen Anwendung.
 * 7) Lösen: Ausführen eines externen Lösers aus FreeCAD heraus.
 * 8) Nachbearbeitung: Visualisierung der Analyseergebnisse aus FreeCAD heraus oder Export der Ergebnisse, damit sie mit einer anderen Anwendung nachbearbeitet werden können.

Ab FreeCAD 0.15 kann die FEM Arbeitsbereich unter Linux, Windows und Mac OSX eingesetzt werden. Da der Arbeitsbereich mit externen Lösern arbeitet, hängt der Umfang der manuellen Einrichtung von dem Betriebssystem ab, das Sie verwenden. Siehe FEM Install für Anweisungen zum Einrichten der externen Werkzeuge.



Menü: Modell

 * [[Image:Fem-analysis.svg|32px]] Analysis container: Erstellt einen neuen Behälter für eine mechanische Analyse. Wenn in der Baumansicht vor dem Anklicken ein Solid ausgewählt wird, wird als nächstes der Vernetzungsdialog geöffnet.

Werkstoffe

 * [[Image:Fem-material.svg|32px]] Material for solid: Ermöglicht Dir, einen Werkstoff aus der Datenbank auszuwählen.


 * [[Image:Fem-material-fluid.svg|32px]] Material for fluid: Ermöglicht Dir, einen Werkstoff aus der Datenbank auszuwählen.


 * [[Image:Fem-material-nonlinear.svg|32px]] Nonlinear mechanical material: Ermöglicht Dir, ein Material aus der Datenbank auszuwählen.


 * image is missing Reinforced material: Ermöglicht es dir, verstärkte Werkstoffe auszuwählen, die aus einer Matrix und einer Verstärkung aus der Datenbank bestehen.


 * [[Image:Arch_Material_Group.svg|32px]] Material editor:Ermöglicht Dir, den Materialeditor zu öffnen, um Materialien zu bearbeiten.

Elementgeometrie

 * [[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:

Elektrostatische Beschränkungen

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

Fluidbeschränkungen

 * [[Image:Fem-constraint-initial-flow-velocity.svg|32px]] Constraint initial flow velocity:


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


 * [[Image:Fem-constraint-flow-velocity.svg|32px]] Constraint flow velocity:

Mechanische Beschränkungen

 * [[Image:Fem-constraint-fixed.svg|32px]] Constraint fixed: Wird verwendet, um eine feste Beschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-displacement.svg|32px]] Constraint displacement: Wird verwendet, um eine Verschiebungsbeschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-planerotation.svg|32px]] Constraint plane rotation: Wird verwendet, um eine Einschränkung der Ebenendrehung auf einer ebenen Fläche zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-contact.svg|32px]] Constraint contact: Wird verwendet, um eine Kontaktbeschränkung zwischen zwei Flächen zu definieren.


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


 * [[Image:Fem-constraint-force.svg|32px]] Constraint force: Wird verwendet, um eine Kraft in [N] zu definieren, die gleichmäßig auf eine wählbare Fläche in einer definierbaren Richtung wirkt.


 * [[Image:Fem-constraint-pressure.svg|32px]] Constraint pressure: Wird verwendet, um eine Druckbeschränkung zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-selfweight.svg|32px]] Constraint self weight: Wird verwendet, um eine Schwerkraftbeschleunigung zu definieren, die auf ein Modell wirkt.


 * [[Image:Fem-constraint-bearing.svg|32px]] Constraint bearing: Wird verwendet, um eine Lagerbeschränkung zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-gear.svg|32px]] Constraint gear: Wird verwendet, um eine Zahnradbeschränkung zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-pulley.svg|32px]] Constraint pulley: Wird verwendet, um eine Rollenbeschränkung zu definieren.

Thermische Beschränkungen

 * [[Image:Fem-constraint-InitialTemperature.svg|32px]] Constraint initial temperature: Wird verwendet, um die Anfangstemperatur eines Körpers zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-heatflux.svg|32px]] Constraint heatflux: Wird verwendet, um eine Wärmestrombeschränkung auf einer Fläche(n) zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-temperature.svg|32px]] Constraint temperature: Wird verwendet, um eine Temperaturbeschränkung für einen Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.


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

Menü: Netz

 * [[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: Creates/defines a node set from FEM mesh.


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

Menü: Lösen
Solver Calculix CCX tools: Erstellt einen neuen Solver für diese Analyse. In den meisten Fällen wird der Solver zusammen mit der Analyse erstellt.


 * [[Image:Fem-solver.svg|32px]] Solver CalculiX:


 * [[Image:Fem-elmer.svg|32px]] Solver Elmer:


 * [[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: Öffnet das Menü zum Einstellen und Starten des ausgewählten Lösers.


 * [[Image:Fem-run-solver.svg|32px]] Solver run calculation: Führt den ausgewählten Solver der aktiven Analyse aus.

Menü: Ergebnisse

 * [[Image:Fem-purge-results.svg|32px]] Results purge: Löscht die Ergebnisse der aktiven Analyse.


 * [[Image:Fem-result.svg|24px]] Result show: Wird verwendet, um das Ergebnis einer Analyse anzuzeigen.


 * [[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]] :

Menü: Hilfsmittel

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


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

Kontextmenü

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


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

Einstellungen

 * [[Image:Std_DlgParameter.svg|32px]] Preferences...: Einstellungen, die in den FEM-Werkzeugen verfügbar sind.

Information
Auf den folgenden Seiten werden verschiedene Themen der FEM-Workbench erläutert.

FEM Install: eine detaillierte Beschreibung, wie Sie die in der Workbench verwendeten externen Programme einrichten.

FEM Mesh: weitere Informationen zur Beschaffung eines Netzes für die Finite-Elemente-Analyse.

FEM Solver: weitere Informationen über die verschiedenen im Arbeitsbereich verfügbaren und zukünftig einsetzbaren Solver.

FEM CalculiX: weitere Informationen zu CalculiX, dem in der Arbeitsbereich der Workbench für die Strukturanalyse verwendeten Standardlöser.

FEM Concrete: interessante Informationen zum Thema Simulation von Betonbauwerken.

FEM Project: weitere Informationen über das Einheitssystem, die Beschränkungen sowie die Entwicklungsideen und die Roadmap des Arbeitsbereichs.

Tutorien
Tutorial 1: FEM CalculiX Cantilever 3D; grundlegende, einfach unterstützte Strahlanalyse.

Tutorial 2: FEM Tutorial; einfache Spannungsanalyse einer Struktur.

Tutorial 3: FEM Tutorial Python; das Cantilever-Beispiel vollständig durch Skripting in Python einzurichten, einschließlich des Netz.

Tutorial 4: FEM Shear of a Composite Block; die Verformung eines Blocks sehen, der aus zwei Materialien besteht.

Tutorial 5: Transient FEM analysis

Tutorial 6: Post-Processing_of_FEM_Results_with_Paraview

Gekoppelte Tutorials zur thermomechanischen Analyse von openSIM.

Video tutorial 1: FEM-Video für Anfänger (inklusive YouTube-Link)

Video tutorial 2: FEM-Video für Anfänger (inklusive YouTube-Link)

Viele Video-Tutorials: anisim Open Source Engineering Software (in Deutsch)

Erweiterung der FEM-Workbench
Der FEM-Arbeitsbereich wird ständig weiterentwickelt. Ein Ziel des Projekts ist es, Wege zu finden, wie man einfach mit verschiedenen FEM-Lösern interagieren kann, so dass der Endanwender den Prozess der Erstellung, Vernetzung, Simulation und Optimierung eines Konstruktionsproblems in FreeCAD rationalisieren kann.

Die folgenden Informationen richten sich an fortgeschrittene Anwender und Entwickler, die die FEM-Workbench auf unterschiedliche Weise erweitern möchten. Kenntnisse in C++ und Python werden vorausgesetzt, ebenso wie Kenntnisse des in FreeCAD verwendeten "document object"-Systems; diese Informationen sind im Power Users Hub und im Developer Hub verfügbar. Bitte beachten Sie, dass einige Artikel zu alt und damit veraltet sein können, da sich FreeCAD in der aktiven Entwicklung befindet. Die aktuellsten Informationen werden in denFreeCAD-Foren, im Bereich Entwicklung, diskutiert. Für FEM-Gespräche, Ratschläge oder Hilfe bei der Erweiterung der Werkbank sollte der Leser das FEM-Unterforum besuchen.

In den folgenden Artikeln wird erläutert, wie die Arbeitsbereich erweitert werden kann, z.B. durch Hinzufügen neuer Arten von Randbedingungen (Beschränkungen) oder Gleichungen.
 * Extend FEM Module
 * Add FEM Constraint Tutorial
 * Add FEM Equation Tutorial

Ein Entwicklerhandbuch wurde geschrieben, um Power-Usern zu helfen, die komplexe FreeCAD-Codebasis und die Interaktionen zwischen den Kernelementen und den einzelnen Workbenches zu verstehen. Das Buch wird bei github gehostet, so dass mehrere Benutzer dazu beitragen und es auf dem neuesten Stand halten können.
 * Frühe Vorschau des ebook: Anleitung für Modulentwickler zur FreeCAD-Quelle (Forum-Thread)
 * FreeCAD Mod Dev Guide (github repository)