Środowisko pracy MES
Wprowadzenie
Środowisko pracy MES zapewnia nowoczesną analizę metodą elementów skończonych (FEA) dla FreeCAD. Głównie oznacza to, że wszystkie narzędzia do wykonania analizy są połączone w jeden graficzny interfejs użytkownika (GUI).
Przepływ pracy
Kroki przeprowadzania analizy metodą elementów skończonych:
- Preprocessing: ustawienie zagadnienia analizy.
- Modelowanie geometrii: tworzenie geometrii za pomocą programu FreeCAD lub importowanie jej z innej aplikacji.
- Tworzenie analizy.
- Dodawanie do modelu geometrycznego uwarunkowań symulacyjnych, takich jak obciążenia i podpory stałe.
- Dodawanie materiałów do części poza modelem geometrycznym.
- Tworzenie siatki elementów skończonych dla modelu geometrycznego lub importowanie jej z innej aplikacji.
- Rozwiązywanie: uruchamianie zewnętrznego solwera z poziomu FreeCAD.
- Postprocessing: wizualizacja wyników analizy z poziomu FreeCAD lub eksportowanie wyników, aby można je było przetworzyć w innej aplikacji.
Środowisko pracy MES może być używane w systemach Linux, Windows i Mac OSX. Ponieważ korzysta z zewnętrznych solverów, zakres ręcznej konfiguracji zależy od systemu operacyjnego, z którego korzystasz. Instrukcje dotyczące konfiguracji zewnętrznych narzędzi znajdują się na stronie Instalacja środowiska MES.
Przepływ pracy w środowisku MES. Środowisko to wywołuje dwa zewnętrzne środowiska w celu wykonania siatkowania obiektu bryłowego oraz rozwiązania problemu metodą elementów skończonych.
Menu: Model
- Analiza MES: Tworzy nowy kontener dla analizy mechanicznej. Jeśli przed kliknięciem w oknie Widoku drzewa zostanie wybrana bryła, to następnie zostanie otwarte okno dialogowe generatora siatek.
Materiał
- Materiał dla bryły: Pozwala wybrać materiał dla bryły z bazy danych.
- Material for fluid: Lets you select a fluid material from the database.
- Nonlinear mechanical material: Lets you add a nonlinear mechanical material model.
- Reinforced material (concrete): Lets you select reinforced materials consisting of a matrix and a reinforcement from the database.
- Material editor: Lets you open the material editor to edit materials.
Geometria elementu
- Beam cross section: Used to define cross sections for beam elements.
- Beam rotation: Used to rotate cross sections of beam elements.
- Shell plate thickness: Used to define shell element thickness.
- Fluid section for 1D flow: Used to create fluid section element for pneumatic and hydraulic networks.
Electromagnetic Constraints
- Electromagnetic constraints: This is an icon menu in the FEM Constraints toolbar that holds the following constraints:
- Constraint electrostatic potential: Used to define electrostatic potential.
- Constraint current density: Used to define a current density. introduced in version 1.0
- Constraint magnetization: Used to define a magnetization. introduced in version 1.0
Fluid Constraints
- Constraint initial flow velocity: Used to define an initial flow velocity for a body (volume).
- Constraint initial pressure: Used to define an initial pressure for a body (volume). introduced in version 1.0
- Constraint flow velocity: Used to define a flow velocity as a boundary condition at an edge (2D) or face (3D).
Geometrical Constraints
- Constraint plane rotation: Used to define a plane rotation constraint on a planar face.
- Constraint section print: Used to print the predefined facial output variables (forces and moments) to the dat file. introduced in version 0.19
- Constraint transform: Used to define a transform constraint on a face.
Mechanical Constraints
- Constraint fixed: Used to define a fixed constraint on point/edge/face(s).
- Constraint displacement: Used to define a displacement constraint on point/edge/face(s).
- Constraint contact: Used to define a contact constraint between two faces.
- Constraint tie: Used to define a tie constraint ("bonded contact") between two faces. introduced in version 0.19
- Constraint spring: Used to define a spring. introduced in version 0.20
- Constraint force: Used to define a force in [N] applied uniformly to a selectable face in a definable direction.
- Constraint pressure: Used to define a pressure constraint.
- Constraint centrif: Used to define a centrifugal body load constraint. introduced in version 0.20
- Constraint self weight: Used to define a gravity acceleration acting on a model.
Thermal Constraints
- Constraint initial temperature: Used to define the initial temperature of a body.
- Constraint heatflux: Used to define a heat flux constraint on a face(s).
- Constraint temperature: Used to define a temperature constraint on a point/edge/face(s).
- Constraint body heat source: Used to define an internally generated body heat.
Constraints without solver
- Fluid boundary condition: Used to define a fluid boundary condition.
- Constraint bearing: Used to define a bearing constraint.
- Constraint gear: Used to define a gear constraint.
- Constraint pulley: Used to define a pulley constraint.
Overwrite Constants
- Constant vacuum permittivity: Used to overwrite the permittivity of vacuum with a custom value. introduced in version 0.19
Menu: Siatka
- FEM mesh from shape by Netgen: Generates a finite element mesh for a model using Netgen.
- FEM mesh from shape by Gmsh: Generates a finite element mesh for a model using Gmsh.
- FEM mesh boundary layer: Creates anisotropic meshes for accurate calculations near boundaries.
- FEM mesh region: Creates a localized area(s) to mesh which highly optimizes analysis time.
- FEM mesh group: Groups and labels elements of a mesh (vertex, edge, surface) together, useful for exporting the mesh to external solvers.
- Nodes set: Creates/defines a node set from FEM mesh.
- FEM mesh to mesh: Convert the surface of a FEM mesh to a mesh.
Menu: Rozwiąż
- Solver CalculiX Standard: Creates a new solver for this analysis. In most cases the solver is created together with the analysis.
- Solver Elmer: Creates the solver controller for Elmer. It is independent from other solver objects.
- Solver Z88: Creates the solver controller for Z88. It is independent from other solver objects.
- Elasticity equation: Equation for the Solver Elmer to perform mechanical analyses.
- Electromagnetic equations: This is an icon menu in the FEM Equations toolbar that holds the following equations:
- Electrostatic equation: Equation for the Solver Elmer to perform electrostatic analyses.
- Electricforce equation: Equation for the Solver Elmer to calculate the electric force on surfaces. introduced in version 0.19
- Magnetodynamic equation: Equation for the Solver Elmer to calculate magnetodynamics. introduced in version 1.0
- Magnetodynamic 2D equation: Equation for the Solver Elmer to calculate magnetodynamics in 2D. introduced in version 1.0
- Flow equation: Equation for the Solver Elmer to perform flow analyses.
- Flux equation: Equation for the Solver Elmer to perform flux analyses.
- Heat equation: Equation for the Solver Elmer to perform heat transfer analyses.
- Solver job control: Opens the menu to adjust and start the selected solver.
- Run solver calculations: Runs the selected solver of the active analysis.
Menu: Wyniki
- Purge results: Deletes the results of the active analysis.
- Show result: Used to display the result of an analysis.
- Apply changes to pipeline: Toggles if changes to pipelines and filters are applied immediately.
- Post pipeline from result: Used to add a new graphical representation of FEM analysis results (color scale and more display options).
- Warp filter: Used to visualize the scaled deformed shape of the model.
- Scalar clip filter: Used to clip a field with a specified scalar value.
- Function cut filter: Used to display the results on a sphere or a plane cutting through the model.
- Region clip filter: Used to clip a field with a sphere or a plane cutting through the model.
- Contours filter: Used to display iso-lines (for analyses in 2D) or iso-contours. introduced in version 1.0
- Line clip filter: Used to plot the values of a field along a specified line.
- Stress linearization plot: Creates a stress linearization plot.
- Data at point clip filter: Used to display value of a selected field at a given point.
- Filter functions: This is an icon menu in the FEM Results toolbar that holds the following commands:
- Filter function plane: Defines that the result mesh is cut with a plane.
- Filter function sphere: Defines that the result mesh is cut with a sphere.
Menu: Narzędzia
- Płaszczyzna cięcia na ścianie: Dodaje płaszczyznę przycinania dla całego widoku modelu.
- Usuń wszystkie płaszczyzny cięcia: Usuwa wszystkie istniejące płaszczyzny cięcia.
- Otwórz przykłady: Otwórz GUI, aby uzyskać dostęp do przykładów MES.
Menu podręczne
- Wyczyść dane siatki MES: Usuwa plik siatki z pliku FreeCAD. Przydatne, aby uczynić plik FreeCAD lżejszym.
- Wyświetl informacje o siatce MES: Wyświetla podstawowe statystyki istniejącej siatki - ilość węzłów i elementów każdego typu.
Ustawienia
- Preferencje ...: Ustawienia dostępne dla narzędzi środowiska MES w menu Edycja.
Informacje dodatkowe
Na kolejnych stronach znajdują się objaśnienia poszczególnych tematów związanych z środowiskiem pracy MES.
Instalacja środowiska MES: szczegółowy opis jak skonfigurować zewnętrzne programy używane w środowisku pracy.
MES: Siatka: dalsze informacje na temat uzyskiwania siatki do analizy metodą elementów skończonych.
MES: Solver: dalsze informacje na temat różnych solverów dostępnych w środowisku pracy oraz tych, które mogą być używane w przyszłości.
MES: CalculiX: dalsze informacje na temat CalculiX, domyślnego solvera używanego w środowisku pracy do analizy strukturalnej.
MES: Beton: ciekawe informacje na temat symulacji konstrukcji betonowych.
Poradniki
Poradnik 1: MES CalculiX wspornik 3D, podstawowa analiza belki swobodnie podpartej.
Poradnik 2: Poradnik dla środowiska pracy MES, prosta analiza naprężenia konstrukcji.
Poradnik 3: Skrypty w środowisku MES, skonfiguruj przykład wspornika całkowicie poprzez skrypty w środowisku Python, w tym siatkę.
Poradnik 4: Ścinanie bloku kompozytowego, obserwuj deformację bloku, który składa się z dwóch materiałów.
Poradnik 5: Analiza MES w stanie przejściowym.
Poradnik 6: Post-Processing wyników MES za pomocą Paraview.
Poradnik 7: Przykład pojemność dwóch kul, Elmer's GUI poradnik 6 "Elektrostatyka Pojemność Dwóch Kul" z wykorzystaniem przykładów FEM.
Sprzężona analiza termiczno-mechaniczna poradnik openSIM.
Wideo poradnik 1: FEM wideo dla początkujących (w tym link do YouTube).
Wideo poradnik 2: FEM wideo dla początkujących (w tym link do YouTube).
Wiele poradników w formie wideo: anisim Open Source Engineering Software, (w języku niemieckim).
Rozszerzenie środowiska pracy MES
Środowisko pracy MES jest w ciągłym rozwoju. Celem projektu jest znalezienie sposobu na łatwą interakcję z różnymi solverami MES, tak aby użytkownik końcowy mógł usprawnić proces tworzenia, siatkowania, symulacji i optymalizacji problemu projektowego, wszystko w ramach programu FreeCAD.
Poniższe informacje są skierowane do użytkowników i programistów, którzy chcą rozszerzyć środowisko MES na różne sposoby. Oczekiwana jest znajomość C++ i Pythona, a także pewna znajomość systemu "document object" używanego w FreeCAD. Informacje te są dostępne na stronach Centrum Power użytkowników i Centrum programisty. Proszę zauważyć, że ponieważ FreeCAD jest w trakcie aktywnego rozwoju, niektóre artykuły mogą być zbyt stare, a więc przestarzałe. Najbardziej aktualne informacje są omawiane na forum FreeCAD, w sekcji Development. W przypadku dyskusji na temat MES, porad lub pomocy w rozszerzeniu środowiska pracy, czytelnik powinien odnieść się do forum FEM.
Poniższe artykuły wyjaśniają, jak można rozszerzyć środowisko pracy, np. poprzez dodanie nowych typów warunków brzegowych (wiązań), czy równań.
- Rozszerzenie modułu FEM
- Wprowadzenie do MES dla programistów próbuje zorientować nowych twórców, w jaki sposób mogą przyczynić się do rozwoju środowiska pracy MES.
- Dodawanie wiązań w środowisku MES
- Dodawanie równań w środowisku MES
Przewodnik programisty został napisany, aby pomóc użytkownikom w zrozumieniu złożonej bazy kodowej FreeCAD i interakcji między podstawowymi elementami i poszczególnymi środowiskami pracy. Książka jest umieszczona w serwisie Github, więc wielu użytkowników może ją współtworzyć i aktualizować.
- Wczesny podgląd ebooka: Przewodnik programisty modułów po źródłach FreeCAD wątek na forum.
- FreeCAD Mod Dev Guide repozytorium Github.
Rozszerzenie dokumentacji środowiska pracy MES
- Więcej informacji dotyczących rozszerzenia lub braku dokumentacji dla MES można znaleźć na forum, w temacie: Brak dokumentacji MES na Wiki
- Materiał: Bryła, Ciecz, Nieliniowy materiał mechaniczny, Materiał zbrojony (beton), Edytor materiału
- Geometria elementu: Geometria elementu, Obrót w okół osi, Geometria elementu 2D, Element przepływu
Wiązania
- Elektromagnetyczne: Potencjał elektryczny, Gęstość prądu, Magnetyzacja
- Geometryczne: Obrót w płaszczyźnie, Zapis wyników z przekroju, Zdefiniuj odkształcenie
- Mechaniczne: Zdefiniuj przytwierdzenie, Zdefiniuj przemieszczenie, Zdefiniuj kontakt, Zdefiniuj powiązanie, Wiązanie sprężyny, Zdefiniuj siłę, Zdefiniuj obciążenie ciśnieniem, Zdefiniuj siłę odśrodkową, Zdefiniuj obciążenie ciężarem własnym
- Termiczne: Warunek początkowy temperatury, Zdefiniuj strumień ciepła, Zdefiniuj temperaturę, Zdefiniuj objętościowe źródło ciepła
- Zmieniające wiązania: Zdefiniuj przenikalność elektryczną próżni
- Siatki: Siatka Netgen, Siatka GMSH, Warstwa graniczna siatki, Obszar siatki, Grupa siatki, Utwórz zestaw węzłów, Siatka MES na obiekt środowiska Siatka
- Solver: Narzędzia CalculiX, Elmer, Mystran, Z88; Równania: Elastyczności, Elektrostatyczne, Siły elektrostatycznej, Magnetodynamiczne, RMagnetodynamiczne 2D, Przepływu, Strumienia, Ciepła; Solver: Kontrola pracy solvera, Uruchom solver
- Wyniki: Oczyszczanie z wyników, Prezentacja wyników; Postprocessing: Zastosuj zmiany, Prezentacja graficzna, Filtr rozpraszający, Skalarny filtr obcinający, Filtr odcięcia funkcji, Filtr odcięcia obszaru, Filtr konturów, Filtr danych wzdłuż linii, Wykres liniowości naprężeń, Filtr obcinania danych w punkcie, Utwórz funkcję, Filtr funkcji płaszczyzny, Filtr funkcji sfery, Filtr funkcji walca, Filtr funkcji prostopadłościanu
- Dodatkowe: Konfiguracja, Instalacja środowiska MES, Siatka, FEM Solver, CalculiX, Beton, Rodzaje elementów
- Jak zacząć
- Instalacja: Pobieranie programu, Windows, Linux, Mac, Dodatkowych komponentów, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
- Podstawy: Informacje na temat FreeCAD, Interfejs użytkownika, Profil nawigacji myszką, Metody wyboru, Nazwa obiektu, Edytor ustawień, Środowiska pracy, Struktura dokumentu, Właściwości, Pomóż w rozwoju FreeCAD, Dotacje
- Pomoc: Poradniki, Wideo poradniki
- Środowiska pracy: Strona Startowa, Złożenie, BIM, CAM, Rysunek Roboczy, MES, Inspekcja, Siatka, OpenSCAD, Część, Projekt Części, Punkty, Inżynieria Wsteczna, Robot, Szkicownik, Arkusz Kalkulacyjny, Powierzchnia 3D, Rysunek Techniczny, Test Framework