Arbeitsbereich FEM
Einleitung
Der FEM Arbeitsbereich bietet einen modernen Finite Element Analyse (FEA) Arbeitsablauf 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 Element Analyse sind:
- Vorverarbeitung: Einrichten des Analyseproblems.
- Modellierung der Geometrie: Erstellung der Geometrie mit FreeCAD oder Import aus einer anderen Anwendung.
- Erstellen einer Analyse.
- Hinzufügen von Simulationsbeschränkungen wie Lasten und festen Stützpunkten zum geometrischen Modell.
- Hinzufügen von Materialien zu den Teilen aus dem geometrischen Modell.
- Erstellen eines Finite-Elemente-Netzes für das geometrische Modell oder Importieren aus einer anderen Anwendung.
- Lösen: Ausführen eines externen Lösers aus FreeCAD heraus.
- 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 Einrichtung für Anweisungen zum Einrichten der externen Werkzeuge.
Arbeitsablauf des FEM Arbeitsbereichs; der Arbeitsbereich ruft zwei externe Programme auf, um die Vernetzung eines festen Objekts und die eigentliche Lösung des Finite Element Problems durchzuführen.
Menü: Modell
- Analyse Container: Erstellt einen neuen Behälter für eine mechanische Analyse. Wenn in der Baumansicht vor dem Anklicken ein Volumenkörper ausgewählt wird, wird als nächstes der Vernetzungsdialog geöffnet.
Werkstoffe
- Material für Volumenkörper: Ermöglicht Dir, einen Werkstoff aus der Datenbank auszuwählen.
- Material für Fluid: Ermöglicht Dir, einen Werkstoff aus der Datenbank auszuwählen.
- Nichtlinearer mechanischer wWerkstoff: Ermöglicht Dir, einen Werkstoff aus der Datenbank auszuwählen.
- image is missing Verstärkte Werkstoffe: Ermöglicht es dir, verstärkte Werkstoffe auszuwählen, die aus einer Matrix und einer Verstärkung aus der Datenbank bestehen.
- Material editor:Ermöglicht Dir, den Materialeditor zu öffnen, um Materialien zu bearbeiten.
Elementgeometrie
Elektrostatische Beschränkungen
Fluidbeschränkungen
Mechanische Beschränkungen
- Constraint fixed: Wird verwendet, um eine feste Beschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.
- Constraint displacement: Wird verwendet, um eine Verschiebungsbeschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.
- Constraint plane rotation: Wird verwendet, um eine Einschränkung der Ebenendrehung auf einer ebenen Fläche zu definieren.
- Constraint contact: Wird verwendet, um eine Kontaktbeschränkung zwischen zwei Flächen zu definieren.
- Constraint force: Wird verwendet, um eine Kraft in [N] zu definieren, die gleichmäßig auf eine wählbare Fläche in einer definierbaren Richtung wirkt.
- Constraint pressure: Wird verwendet, um eine Druckbeschränkung zu definieren.
- Constraint self weight: Wird verwendet, um eine Schwerkraftbeschleunigung zu definieren, die auf ein Modell wirkt.
- Constraint bearing: Wird verwendet, um eine Lagerbeschränkung zu definieren.
- Constraint gear: Wird verwendet, um eine Zahnradbeschränkung zu definieren.
- Constraint pulley: Wird verwendet, um eine Rollenbeschränkung zu definieren.
Thermische Beschränkungen
- Constraint initial temperature: Wird verwendet, um die Anfangstemperatur eines Körpers zu definieren.
- Constraint heatflux: Wird verwendet, um eine Wärmestrombeschränkung auf einer Fläche(n) zu definieren.
- Constraint temperature: Wird verwendet, um eine Temperaturbeschränkung für einen Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.
Menü: Netz
- Nodes set: Creates/defines a node set from FEM mesh.
- FEM mesh to mesh: Convert the surface of a FEM mesh to a mesh.
Menü: Lösen
- Löser Kalculix CCX Werkzeuge: Erstellt einen neuen Löser für diese Analyse. In den meisten Fällen wird der Löser zusammen mit der Analyse erstellt.
- Solver job control: Öffnet das Menü zum Einstellen und Starten des ausgewählten Lösers.
- Solver run calculation: Führt den ausgewählten Solver der aktiven Analyse aus.
Menü: Ergebnisse
- Results purge: Löscht die Ergebnisse der aktiven Analyse.
- Result show: Wird verwendet, um das Ergebnis einer Analyse anzuzeigen.
Menü: Hilfsmittel
Kontextmenü
Einstellungen
- 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
Tutorium 6: Nachbearbeitung_von_FEM-Ergebnissen_mit_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[1] besuchen.
In den folgenden Artikeln wird erläutert, wie die Arbeitsbereich erweitert werden kann, z.B. durch Hinzufügen neuer Arten von Randbedingungen (Beschränkungen) oder Gleichungen.
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)
- Materials: Solid, Fluid, Nonlinear mechanical, Reinforced (concrete); Material editor
- Element geometry: Beam (1D), Beam rotation (1D), Shell (2D), Fluid flow (1D)
Constraints
- Electromagnetic: Electrostatic potential, Current density, Magnetization
- Geometrical: Plane rotation, Section print, Transform
- Mechanical: Fixed, Displacement, Contact, Tie, Spring, Force, Pressure, Centrif, Self weight
- Thermal: Initial temperature, Heat flux, Temperature, Body heat source
- Overwrite Constants: Constant vacuum permittivity
- Solve: CalculiX Standard, Elmer, Mystran, Z88; Equations: Deformation, Elasticity, Electrostatic, Electricforce, Magnetodynamic, Magnetodynamic 2D, Flow, Flux, Heat; Solver: Solver control, Solver run
- Results: Purge, Show; Postprocessing: Apply changes, Pipeline from result, Warp filter, Scalar clip filter, Function cut filter, Region clip filter, Contours filter, Line clip filter, Stress linearization plot, Data at point clip filter, Filter function plane, Filter function sphere, Filter function cylinder, Filter function box
- Additional: Preferences; FEM Install, FEM Mesh, FEM Solver, FEM CalculiX, FEM Concrete; FEM Element Types
- Erste Schritte
- Installation: Herunterladen, Windows, Linux, Mac, Zusätzlicher Komponenten, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
- Grundlagen: Über FreeCAD, Graphische Oberfläche, Mausbedienung, Auswahlmethoden, Objektname, Programmeinstellungen, Arbeitsbereiche, Dokumentstruktur, Objekteigenschaften, Hilf FreeCAD, Spende
- Hilfe: Tutorien, Video Tutorien
- Arbeitsbereiche: Std Base, Arch, Assembly, CAM, Draft, FEM, Inspection, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Points, Reverse Engineering, Robot, Sketcher, Spreadsheet, Surface, TechDraw, Test Framework