FEM tutorial/de: Difference between revisions

From FreeCAD Documentation
(Updating to match new version of source page)
(Created page with "* Eine Video-Anleitung, die auf dieser Anleitung basiert: [https://www.youtube.com/watch?v=SZTIqhfCSVc FEM MaterialReinforced tutorial].")
 
(85 intermediate revisions by 5 users not shown)
Line 1: Line 1:
<languages/>


{{TutorialInfo/de
{{TutorialInfo/de
|Topic= Finite Element Analysis
|Topic= Finite-Elemente-Analyse
|Level= Beginner
|Level= Anfänger
|Time= 10 minutes + Solver time
|Time= 10 Minuten + Löserzeit
|Author=[http://freecadweb.org/wiki/index.php?title=User:Drei Drei]
|Author=[http://freecadweb.org/wiki/index.php?title=User:Drei Drei]
|FCVersion=0.16 or above
|FCVersion=0.17 oder höher
|Files=
}}
}}


=== Introduction ===
<span id="Introduction"></span>
==Einleitung==
This tutorial is meant to introduce the reader to the basic workflow of the FEM Workbench, as well as most of the tools that are available to perform a static analysis.


Dieses Tutorium soll dem Leser den grundlegenden Arbeitsablauf des Arbeitsbereichs FEM sowie die meisten Werkzeuge vorstellen, die zur Durchführung einer statischen Analyse zur Verfügung stehen.
[[Image:FEM_tutorial_result.png|480px]]


[[Image:FEM_tutorial_result.png|600px]]
=== Requirements ===
* FreeCAD version 0.16 or above
* [http://sourceforge.net/projects/netgen-mesher/ Netgen] and/or [http://geuz.org/gmsh/ GMSH] is installed on the system
* In the case of GMSH, installation of [https://github.com/psicofil/Macros_FreeCAD psicofil's macro] is recommended
* [http://www.calculix.de/ Calculix] is installed on the system
* The reader has the basic knowledge to use the Part and PartDesign Workbenches


<span id="Requirements"></span>
=== Procedure ===
==Voraussetzungen==


* FreeCAD Version 0.17 oder höher.
==== Modeling ====
* [http://sourceforge.net/projects/netgen-mesher/ Netgen] und/oder [http://geuz.org/gmsh/ GMSH] ist auf dem System installiert (in der FreeCAD-Installation enthalten).
In this example a Cube is used as the study object, but models created in the Part or PartDesign Workbenches can be used instead.
* [http://www.calculix.de/ Calculix] ist auf dem System installiert (in der FreeCAD-Installation enthalten).
* Der Leser verfügt über Grundkenntnisse in der Anwendung der Arbeitsbereiche [[Part_Workbench/de|Part]] und [[PartDesign_Workbench/de|PartDesign]].


<span id="Procedure"></span>
# Create a new document
==Ablauf==
# Activate the Part Workbench
# Create a Cube
# Change its '''Dimensions''' to the following:
## Height: 1.000 mm
## Length: 8.000 mm
## Width: 1.000 mm


<span id="Modeling"></span>
Now we have a model with which to work with.
===Modellieren ===


In diesem Beispiel wird ein Würfel als Studienobjekt verwendet, aber stattdessen kann auch jedes andere Modell verwendet werden, das in den Arbeitsbereichen Part oder PartDesign erstellt wurde.
==== Creating the Analysis ====
===== Netgen =====
# Select the model
# Click [[Image:FEM_Analysis.png|32px]] [[Fem Analysis|New mechanical analysis]] from the menu to create an analysis from the object that was selected
# In the meshing dialog, click '''OK'''


# Die Schaltfläche {{Button|[[Image:Std_New.svg|16px|link=Std_New/de]] [[Std_New/de|Std Neu]]}} drücken, um ein neues Dokument zu erstellen.
You can also drag and drop a mesh to a Mechanical Analysis that does not have a mesh within the Tree View.
# Den Arbeitsbereich [[Image:Workbench_Part.svg|24px|link=Part_Workbench/de]] [[Part_Workbench|Part]] aktivieren.
# Einen Würfel erstellen.
# Seine '''Abmessungen''' wie folgt ändern:
## Länge: 8.000 m.
## Breite: 1.000 m.
## Höhe: 1.000 m.


Wir haben nun ein Modell, mit dem wir arbeiten können.
===== GMSH =====
The usage of psicofil's macro is recommended, and is used for this example.
# Activate the macro
# Select the object you wish to use, in this case our Cube
# Check the box '''Create Mechanical Analysis from mesh'''
# Click '''OK'''


<span id="Creating_the_Analysis"></span>
We have now meshed our object and are ready to add constraints and forces.
===Analyse erstellen===


# Den Arbeitsbereich [[Image:Workbench_FEM.svg|24px|link=FEM_Workbench/de]] [[FEM_Workbench|FEM]] aktivieren.
==== Constraints and Forces ====
# Den Menüeintrag {{MenuCommand|Modell → [[Image:FEM_Analysis.svg|16px]] Analyse-Container‏‎}} auswählen.
# Hide the mesh from the Tree View.
# Show the original model
# Select [[Image:FEM_FixedConstraint.png|32px]] [[Fem_ConstraintFixed|Create FEM fixed constraint]]
# Select the back face of the Cube (face on the '''YZ''' axis) and click OK
# Select [[Image:FEM_ForceConstraint.png|32px]] [[Fem_ConstraintForce|Create FEM force constraint]]
# Select the front face of the Cube (the face parallel to the back face) and set the '''Area load''' value to 9000000.00
# Set the '''Direction''' to '''-Z''' by selecting one of the face edges parallel to that direction.
# Click OK


<span id="Constraints_and_Forces"></span>
We now have established the restrictions and forces for our static study.
===Randbedingungen und Kräfte===


# Das Netz in der Baumansicht ausblenden.
==== Final preparations ====
# Das Originalmodell anzeigen.
# Select [[Image:FEM_Material.png|32px]] [[Fem_MechanicalMaterial|Mechanical material...]] and choose Calculix as the material
# [[Image:FEM_ConstraintFixed.svg|24px|link=FEM_ConstraintFixed/de]] [[FEM_ConstraintFixed/de|Randbedingung Festsetzen]] auswählen.
# Click '''OK'''
# Auf die Schaltfläche {{Button|Hinzufügen}} klicken, die Rückseite des Würfelobjekts (die Fläche auf der YZ-Ebene) auswählen und {{Button|OK}} drücken.
# [[Image:FEM_ConstraintForce.svg|24px|link=FEM_ConstraintForce/de]] [[FEM_ConstraintForce/de|Randbedingung Krafteinwirkung]] auswählen.
# Auf die Schaltfläche {{Button|Hinzufügen}} klicken, die Vorderseite des Würfelobjekts (die zur Rückseite parallel liegende Fläche) und den Wert für '''Force [N]''' (Flächenlast in N) auf 9000000 setzen.
# '''Direction''' (Richtung) auf '''-Z''' setzen durch Auswahl einer der Flächenkanten, die parallel zu dieser Richtung liegen.
# Auf {{Button|OK}} klicken.


Wir haben jetzt die Lagerstellen und Kräfte für unsere statische Studie festgelegt.
==== Running the Solver ====
===== Standard Procedure =====
# Select the solver object [[Image:FEM_Solver.png|32px]] contained in the '''Mechanical Analysis'''
# Select [[Image:FEM_Calculation.png|32px]] [[Fem_ControlSolver|Start calculation]] from the menu
# Select '''Write Calculix Input File'''
# Select '''Run Calculix'''
# Click '''Close'''


<span id="Material"></span>
===== Quick Procedure =====
===Material===
# Select the solver object [[Image:FEM_Solver.png|32px]] contained in the '''Mechanical Analysis'''
# Click on [[Image:FEM_RunCalculiXccx.png|32px]] [[Fem_RunSolver|Quick Analysis]].


# [[Image:FEM_MaterialSolid.svg|24px]] [[FEM_MaterialSolid/de|Material für Feststoffe]] auswählen und Calculix-Steel als Material auswählen.
==== Analyzing Results ====
# Auf {{Button|OK}} klicken.
# From the '''Object Tree''', select the '''Results''' object
# Select [[Image:FEM_ShowResult.png|32px]] [[Fem_ShowResult|Show result]]
# Choose among the different Result types to view the results
# The slider at the bottom can be used to alter the mesh visualization. This allows us to visualize the deformation experienced by the object, keep in mind that this is an approximation.
# To remove the results select [[Image:FEM_PurgeResults.png|32px]] [[Fem_PurgeResults|Purge results]]


<span id="Meshing"></span>
{{Note|Comparison to previous example file|If you select the '''Z diplacement''' result type, you can see that the obtained value is almos identical to the test example provided by FreeCAD. Differences may occur due to the quality of the mesh and the number of nodes it possesses.}}
===Netzerstellung===


Es wird empfohlen, das Erstellen eines Netzes als letzten Schritt der Analysevorbereitung auszuführen, da dies im Zusammenhang mit einer Geometrie in FreeCAD steht.
We are now finished with the basic workflow for the [[FEM Module]].
Abhängig von der FreeCAD-Installation, können Die Vernetzugswerkzeuge Netgen oder GMSH vorhanden sein; beide können verwendet werden.


<span id="Netgen"></span>
====Netgen====


# Model auswählen.
# [[Image:FEM_MeshNetgenFromShape.svg|24px]] [[FEM_MeshNetgenFromShape/de|FEM mesh from shape by Netgen]]: Erstellt mit Hlfe von Netge ein Finite-Elemente-Netz eines Modells.
# Im Vernetzungsdialog klickt man auf {{Button|Anwenden}} und anschließend auf {{Button|OK}}.


Man kann auch ein Netz auf eine mechanische Anylyse ziehen und ablegen, die noch kein Netz in der [[Tree_view/de|Baumansicht]] enthält.


<span id="GMSH"></span>
====GMSH====


# Model auswählen.
{{clear}}
# [[Image:FEM_MeshGmshFromShape.svg|24px]] [[FEM_MeshGmshFromShape/de|FEMGmsh from shape by Gmsh]]: Erstellt mit Hlfe von Gmsh ein Finite-Elemente-Netz eines Modells.
<languages/>
# Im Vernetzungsdialog klickt man auf {{Button|Anwenden}} und anschließend auf {{Button|OK}}.

Wir haben unser Objekt nun vernetzt und sind bereit, Randbedingungen und Kräfte hinzuzufügen.

<span id="Running_the_Solver"></span>
===Berechnung===

<span id="Standard_Procedure"></span>
====Standardablauf====

# Das imAnalyse-Container enthaltene Löser-Objekt [[Image:FEM_SolverCalculixCxxtools.svg|24px]] auswählen.
# Den Menüeintrag [[Image:FEM_SolverControl.svg|24px]] [[FEM_SolverControl/de|Solver job control]] auswählen.
# '''.inp Datei schreiben''' auswählen.
# '''CalculiX ausführen''' auswählen.
# Die Schaltfläche {{Button|Schließen}} drücken.

<span id="Quick_Procedure"></span>
====Schneller Ablauf====

# Das Löserobjekt [[Image:FEM_SolverCalculixCxxtools.svg|24px]] auswählen, das sich im '''Analysis'''-Container befindet.
# Auf [[Image:FEM_SolverRun.svg|24px]] [[FEM_SolverRun/de|Run solver calculations]] klicken.

<span id="Analyzing_Results"></span>
===Ergebnisse analysieren===

# Das '''CCX_Results'''-Objekt im '''Objektbaum''' auswählen.
# [[Image:FEM_ResultShow.svg|24px|link=FEM_ResultShow/de]] [[FEM_ResultShow/de|Ergebnis anzeigen]] auswählen.
# Einen der verschiedenen Ergebnistypen auswählen, um die Ergebnisse anzuzeigen.
# Der Schieberegler am unteren Rand kann verwendet werden, um die Darstellung des Netzes zu ändern. Auf diese Weise können wir die Verformung, die das Objekt erfährt, visualisieren, wobei zu beachten ist, dass es sich hierbei um eine Annäherung handelt.
# Um die Ergebnisse zu entfernen, wähle [[Image:FEM_ResultsPurge.svg|24px|link=FEM_ResultsPurge]] [[FEM_ResultsPurge/de|Purge results]]

{{Note|Vergleich zur vorherigen Beispieldatei|Wird der Ergebnistyp '''Verschiebung Z''' gewählt, kann man sehen, dass der erhaltene Wert fast identisch mit dem von FreeCAD gelieferten Testbeispiel ist. Unterschiede können aufgrund der Qualität des Netzes und der Anzahl der Knoten, die es besitzt, auftreten.}}

Wir sind nun mit dem grundlegenden Arbeitsablauf für den Arbeitsbereich [[FEM_Workbench/de|FEM]] fertig.

<span id="Notes"></span>
==Hinweise==

* Eine Video-Anleitung, die auf dieser Anleitung basiert: [https://www.youtube.com/watch?v=SZTIqhfCSVc FEM MaterialReinforced tutorial].


{{FEM Tools navi{{#translation:}}}}
{{Userdocnavi{{#translation:}}}}

Latest revision as of 14:13, 4 April 2024

Tutorium
Thema
Finite-Elemente-Analyse
Niveau
Anfänger
Zeit zum Abschluss
10 Minuten + Löserzeit
Autoren
Drei
FreeCAD-Version
0.17 oder höher
Beispieldateien
None
Siehe auch
None

Einleitung

Dieses Tutorium soll dem Leser den grundlegenden Arbeitsablauf des Arbeitsbereichs FEM sowie die meisten Werkzeuge vorstellen, die zur Durchführung einer statischen Analyse zur Verfügung stehen.

Voraussetzungen

  • FreeCAD Version 0.17 oder höher.
  • Netgen und/oder GMSH ist auf dem System installiert (in der FreeCAD-Installation enthalten).
  • Calculix ist auf dem System installiert (in der FreeCAD-Installation enthalten).
  • Der Leser verfügt über Grundkenntnisse in der Anwendung der Arbeitsbereiche Part und PartDesign.

Ablauf

Modellieren

In diesem Beispiel wird ein Würfel als Studienobjekt verwendet, aber stattdessen kann auch jedes andere Modell verwendet werden, das in den Arbeitsbereichen Part oder PartDesign erstellt wurde.

  1. Die Schaltfläche Std Neu drücken, um ein neues Dokument zu erstellen.
  2. Den Arbeitsbereich Part aktivieren.
  3. Einen Würfel erstellen.
  4. Seine Abmessungen wie folgt ändern:
    1. Länge: 8.000 m.
    2. Breite: 1.000 m.
    3. Höhe: 1.000 m.

Wir haben nun ein Modell, mit dem wir arbeiten können.

Analyse erstellen

  1. Den Arbeitsbereich FEM aktivieren.
  2. Den Menüeintrag Modell → Analyse-Container‏‎ auswählen.

Randbedingungen und Kräfte

  1. Das Netz in der Baumansicht ausblenden.
  2. Das Originalmodell anzeigen.
  3. Randbedingung Festsetzen auswählen.
  4. Auf die Schaltfläche Hinzufügen klicken, die Rückseite des Würfelobjekts (die Fläche auf der YZ-Ebene) auswählen und OK drücken.
  5. Randbedingung Krafteinwirkung auswählen.
  6. Auf die Schaltfläche Hinzufügen klicken, die Vorderseite des Würfelobjekts (die zur Rückseite parallel liegende Fläche) und den Wert für Force [N] (Flächenlast in N) auf 9000000 setzen.
  7. Direction (Richtung) auf -Z setzen durch Auswahl einer der Flächenkanten, die parallel zu dieser Richtung liegen.
  8. Auf OK klicken.

Wir haben jetzt die Lagerstellen und Kräfte für unsere statische Studie festgelegt.

Material

  1. Material für Feststoffe auswählen und Calculix-Steel als Material auswählen.
  2. Auf OK klicken.

Netzerstellung

Es wird empfohlen, das Erstellen eines Netzes als letzten Schritt der Analysevorbereitung auszuführen, da dies im Zusammenhang mit einer Geometrie in FreeCAD steht. Abhängig von der FreeCAD-Installation, können Die Vernetzugswerkzeuge Netgen oder GMSH vorhanden sein; beide können verwendet werden.

Netgen

  1. Model auswählen.
  2. FEM mesh from shape by Netgen: Erstellt mit Hlfe von Netge ein Finite-Elemente-Netz eines Modells.
  3. Im Vernetzungsdialog klickt man auf Anwenden und anschließend auf OK.

Man kann auch ein Netz auf eine mechanische Anylyse ziehen und ablegen, die noch kein Netz in der Baumansicht enthält.

GMSH

  1. Model auswählen.
  2. FEMGmsh from shape by Gmsh: Erstellt mit Hlfe von Gmsh ein Finite-Elemente-Netz eines Modells.
  3. Im Vernetzungsdialog klickt man auf Anwenden und anschließend auf OK.

Wir haben unser Objekt nun vernetzt und sind bereit, Randbedingungen und Kräfte hinzuzufügen.

Berechnung

Standardablauf

  1. Das imAnalyse-Container enthaltene Löser-Objekt auswählen.
  2. Den Menüeintrag Solver job control auswählen.
  3. .inp Datei schreiben auswählen.
  4. CalculiX ausführen auswählen.
  5. Die Schaltfläche Schließen drücken.

Schneller Ablauf

  1. Das Löserobjekt auswählen, das sich im Analysis-Container befindet.
  2. Auf Run solver calculations klicken.

Ergebnisse analysieren

  1. Das CCX_Results-Objekt im Objektbaum auswählen.
  2. Ergebnis anzeigen auswählen.
  3. Einen der verschiedenen Ergebnistypen auswählen, um die Ergebnisse anzuzeigen.
  4. Der Schieberegler am unteren Rand kann verwendet werden, um die Darstellung des Netzes zu ändern. Auf diese Weise können wir die Verformung, die das Objekt erfährt, visualisieren, wobei zu beachten ist, dass es sich hierbei um eine Annäherung handelt.
  5. Um die Ergebnisse zu entfernen, wähle Purge results
Vergleich zur vorherigen Beispieldatei

Wird der Ergebnistyp Verschiebung Z gewählt, kann man sehen, dass der erhaltene Wert fast identisch mit dem von FreeCAD gelieferten Testbeispiel ist. Unterschiede können aufgrund der Qualität des Netzes und der Anzahl der Knoten, die es besitzt, auftreten.


Wir sind nun mit dem grundlegenden Arbeitsablauf für den Arbeitsbereich FEM fertig.

Hinweise