Manual:Creating FEM analyses/fr

FEM signifie Méthode des éléments finis (Finite Element Method). Il s'agit d'un vaste sujet mathématique, mais dans FreeCAD, nous pouvons résumer cela comme moyen de calculer les propagations à l'intérieur d'un objet 3D, en le coupant en petits morceaux et en analysant l'impact de chaque petit morceau sur ses voisins. Cela a plusieurs utilisations dans les domaines de l'ingénierie et de l'électromagnétisme, mais nous examinerons plus en profondeur une seule utilisation déjà développée dans FreeCAD, qui simule des déformations dans des objets soumis à des forces et à des poids.

L'obtention de cette simulation se fait dans FreeCAD avec l’atelier FEM (FEM Workbench). Cela implique différentes étapes : Préparer la géométrie, définir son matériau, effectuer le maillage, diviser en parties plus petites, comme nous l'avons fait dans le chapitre Préparer les objets pour l’impression 3D (Preparing objects for 3D printing), et finalement calculer la simulation.



Préparation de FreeCAD
La simulation elle-même est réalisée par un autre logiciel, utilisé par FreeCAD pour obtenir les résultats. Comme il existe plusieurs applications de simulation FEM intéressantes disponibles, l’atelier FEM (FEM Workbench) a été conçu pour pouvoir en utiliser plus d'une. Cependant, actuellement, seul CalculiX est entièrement implémenté. Un autre logiciel, appelé NetGen, qui est responsable de la génération du maillage de subdivision, est également nécessaire. Des instructions détaillées pour installer ces deux composants sont fournies dans la documentation FreeCAD (FreeCAD documentation).

Préparation de la géométrie
Nous allons commencer avec la maison que nous avons modélisée dans le chapitre de modélisation BIM (BIM modeling). Cependant, certains changements doivent être apportés pour rendre le modèle adapté aux calculs FEM. Cela implique essentiellement de rejeter les objets que nous ne voulons pas inclure dans le calcul, comme la porte et la fenêtre, et de joindre tous les objets restants en un seul.


 * Chargez le modèle de maison que nous avons modélisé précédemment (house model).
 * Supprimez ou masquez l'objet de la page, les plans de section et les dimensions, de sorte qu’il ne nous reste que notre modèle.
 * Cachez la fenêtre, la porte et la dalle de sol.
 * Masquez également les poutres métalliques du toit. Comme ce sont des objets très différents du reste de la maison, nous simplifierons notre calcul en ne l'incluant pas. Au lieu de cela, nous considérons que la dalle du toit est directement placée sur le dessus du mur.
 * Maintenant, déplacez la dalle du toit vers le bas, de sorte qu'elle repose sur le mur : éditez l'objet Rectangle que nous avons utilisé comme base de la dalle du toit et changez son Positionnement-> Position-> Valeur X de 3,18 m à 3,00 m.
 * Notre modèle est maintenant propre :




 * L’atelier FEM peut actuellement calculer des déformations sur un seul objet. Par conséquent, nous devons joindre nos deux objets (le mur et la dalle). Passez à l’atelier Part (Part Workbench), sélectionnez les deux objets et appuyez sur Union ([[Image:Part_Union.png|16px]] Union). Nous avons maintenant obtenu un objet fusionné :



Création de l'analyse

 * Nous sommes maintenant prêts à commencer une analyse FEM. Passons à l’atelier FEM (FEM Workbench).
 * Sélectionnez l'objet résultat de la fusion.
 * Appuyez sur le bouton Nouvelle analyse ([[Image:Fem_Analysis.png|16px]] New Analysis).
 * Une nouvelle analyse sera créée et des panneaux de configuration seront ouverts. Ici, vous pouvez définir les paramètres de maillage à utiliser pour produire le maillage FEM. Le paramètre principal à éditer est la taille maximale qui définit la taille maximale (en millimètres) de chaque pièce du maillage. Pour l'instant, nous pouvons laisser la valeur par défaut de 1000 :



Après avoir appuyé sur OK et quelques secondes de calcul, notre maillage FEM est maintenant prêt :




 * Nous pouvons maintenant définir le matériau à appliquer à notre maillage. Ceci est important car, en fonction de la force matérielle, notre objet réagira différemment aux forces qui lui sont appliquées. Sélectionnez l'objet d'analyse et appuyez sur le bouton Nouveau matériau ([[Image:FEM_MaterialSolid.png|16px]] New Material).
 * Un panneau de tâches s'ouvrira pour nous permettre de choisir un matériau. Dans la liste déroulante Matériaux, choisissez le matériau en béton générique (Concrete-generic) et appuyez sur OK.




 * Nous sommes maintenant prêts à appliquer des forces. Commençons par préciser quelles faces sont fixées dans le sol et ne peuvent donc pas bouger. Appuyez sur le bouton Contrainte Fixe ([[Image:FEM_ConstraintFixed.png|16px]] Constraint fixed).
 * Cliquez sur la face inférieure de notre bâtiment et appuyez sur OK. La face inférieure est maintenant indiquée comme inébranlable :




 * Nous allons maintenant ajouter une charge sur la face supérieure, qui pourrait représenter, par exemple, un poids massif sur le toit. Pour cela, nous utiliserons une contrainte de pression. Appuyez sur le bouton Contrainte de pression ([[Image:FEM_ConstraintPressure.png|16px]] Constraint pressure).
 * Cliquez sur la face supérieure du toit, mettez la pression sur 10 MPa (la pression est appliquée par millimètre carré) et cliquez sur le bouton OK. Notre force est maintenant appliquée :




 * Nous sommes maintenant prêts à commencer le calcul. Sélectionnez l'objet CalculiX dans l'arborescence et appuyez sur le bouton Démarrer Calcul ([[Image:FEM_ControlSolver.png|32px]] Start Calculation).
 * Dans le panneau de tâches qui s'ouvrira, cliquez d'abord sur le bouton Écrire le fichier .inp pour créer le fichier d'entrée pour CalculiX, puis le bouton Exécuter CalculiX. Quelques instants après, le calcul sera effectué :




 * Nous pouvons maintenant regarder les résultats. Fermez le panneau des tâches et voyez qu'un nouvel objet Résultats a été ajouté à notre analyse.
 * Double-cliquez sur l'objet Résultats.
 * Définissez le type de résultat que vous souhaitez voir sur le maillage, par exemple "déplacement absolu", cochez la case à cocher affichage sous Déplacement et déplacez le curseur à côté de celui-ci. Vous pourrez voir la déformation augmenter lorsque vous appliquez plus de 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 bear the more stress.

Downloads


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

Read more


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