FEM Example Capacitance Two Balls/fr

Introduction
Cet exemple est destiné à montrer comment simuler le 6ème exemple de Elmer GUI Tutorials, Équation électrostatique - Capacité de deux sphères, en utilisant les nouveaux FEM Exemples. Il illustre comment configurer l'exemple, étudier ses différentes parties, le résoudre en utilisant le FEM Solveur Elmer et visualiser les résultats en utilisant FEM Filtre rattaché à une région.



Conditions

 * Une version compatible de FreeCAD mentionnée dans l'aperçu du tutoriel.
 * Utilisez pour voir la version de FreeCAD installée.
 * Aucun logiciel externe n'est nécessaire pour charger l'exemple, visualiser le maillage et la géométrie ainsi que pour visualiser les résultats.
 * Pour résoudre le FEA, le logiciel de résolution Elmer doit être installé sur votre ordinateur. Voir FEM Solveur Elmer pour savoir comment installer Elmer.

Charger l'atelier FEM

 * Démarrez FreeCAD, l'atelier Start doit être chargé.
 * Basculez vers l'[[Image:Workbench_FEM.svg|32px]] Atelier FEM.

Charger l'exemple

 * Allez dans.
 * Lorsque l'interface graphique s'ouvre, recherchez et ouvrez "Electrostatics Capacitance Two Balls". Vous pouvez facilement trouver l'exemple dans ou dans . Pour ouvrir l'exemple, double-cliquez dessus ou sélectionnez-le et cliquez sur.



Comprendre le cas de simulation
Ce cas présente la solution de la capacité de sphères parfaitement conductrices en espace libre. Une différence de tension entre les sphères entraîne l'introduction d'une charge électrique dans le système. Les sphères ont également une capacité propre qui provient de la différence de tension avec le champ lointain. Par conséquent, une matrice de capacité symétrique de taille 2 × 2 doit être résolue. Les capacités peuvent être calculées à partir de deux configurations de tension différentes.

Comprendre le modèle

 * Le modèle contient trois sphères.
 * 1) Les deux plus petites sont des sphères parfaitement conductrices.
 * 2) La plus grande simule l'air ambiant.
 * Les deux sphères plus petites sont fusionnées ensemble puis cette fusion est coupée de la plus grande sphère.



Analysis container and its objects

 * There are at least the 7 objects needed to make this electrostatic analysis.
 * [[Image:FEM_Analysis.png|32px]] analysis container
 * 1) [[Image:Fem-elmer.svg|32px]] Elmer solver
 * 2) [[Image:Fem-equation-electrostatic.svg|32px]] Electrostatic equation
 * 3) [[Image:Fem-material-fluid.svg|32px]] a fluid material (to represent the surrounding air)
 * 4) [[Image:Fem-constraint-electrostatic-potential.svg|32px]] electrostatic constraint (3 of them)
 * 5) [[Image:Fem-thermomechanical-analysis.svg|32px]]Constant Vaccum Permittivity
 * 6) [[Image:Fem-femmesh-gmsh-from-shape.svg|32px]] a Gmsh FEM mesh
 * 7) [[Image:Fem-femmesh-region.svg|32px]] Mesh region (for the smaller spheres)



Running the FEA

 * In Tree view double click on the solver object [[Image:Fem-elmer.svg|32px]].
 * Click on file in the same task window. Watch the log window until it prints "write completed."
 * Click on . Since this is a small analysis it should take a few seconds to run so wait till you see "ELMER SOLVER FINISHED AT" in the output.
 * Click on in the task window after the run is finished.
 * Two new result objects should be created, [[Image:Fem-data.svg|32px]] SolverElmerResult and [[Image:TextDocument.svg|32px]] SolverElmerOutput.
 * If you get an error message no solver binary or similar when triggering the analysis check Elmer Solver to see Elmer installation.

Visualizing Results

 * Be sure the analysis is activated.
 * Be sure the analysis still contains the result object, if not just re-run the solver.
 * Make sure the mesh is invisible. If not, select the mesh object press to toggle the visibility.
 * Double click on the [[Image:Fem-data.svg|32px]] SolverElmerResult to load in the task panel.
 * Change the "Mode" to "Surface" and the "Field" to "potential". Press.
 * You will notice that the colour of the sphere has changed to blue and that the gradient on the right is showing values from 0 to +1. It should look something like this:



Post Processing the Result

 * While we have successfully visualised the potential result, currently we are only seeing the zero potential in the air surrounding the two balls. To view the potential on the balls we need to apply a clip filter.
 * In the tree view select the [[Image:Fem-data.svg|32px]] SolverElmerResult and then from the tool bar click on the [[Image:Fem-clip.svg|32px]] Post Create Clip Filter.
 * This will open the task panel with the clip filter configurations. Select "Plane" in the "Create" menu and check the "Cut Cells" box. After that click.




 * Then choose the same configurations (Surface and potential) as you have while visualising the results. Click . Toggle the visibility of [[Image:Fem-data.svg|32px]] SolverElmerResult using and you should see something like this:




 * Now we can clearly see that potential distribution in and around the balls.

Finding the Capacitance

 * Our actual focus is to find the capacitance which is contained in the [[Image:TextDocument.svg|32px]] SolverElmerOutput.
 * Double click on [[Image:TextDocument.svg|32px]] SolverElmerOutput to open it. Scroll down till you find:

StatElecSolve: Capacitance matrix computation performed (i,j,C_ij) StatElecSolve:  1  1    5.08013E+00 StatElecSolve:  1  2    1.70071E+00 StatElecSolve:  2  2    5.07960E+00


 * Here, our desired result is . This value is close to the given in the |Elmer GUI Tutorials. We can get an even closer value by making a finer Mesh Region but this activity is left for the user. Also, the user is advised to play with the Clip Filter to get a visual result similar to the first picture of this tutorial.