Analiza MES w stanie przejściowym

From FreeCAD Documentation
Revision as of 13:39, 17 November 2023 by Kaktus (talk | contribs) (Created page with "===Przypisywanie warunków brzegowych===")

Ta dokumentacja nie jest ukończona. Prosimy o pomoc w tworzeniu dokumentacji.

Strona Model polecenia GUI wyjaśnia jak powinny być dokumentowane polecenia. Przejrzyj stronę Category:UnfinishedDocu, aby zobaczyć więcej niekompletnych stron, takich jak ta. Zobacz stronę Category:Command Reference aby poznać wszystkie komendy.

Zobacz stronę wytycznych Wikidla FreeCAD aby dowiedzieć się, jak edytować strony Wiki, i przejdź do strony Pomóż w rozwoju FreeCAD, aby dowiedzieć się o innych sposobach, w jakie możesz wnieść swój wkład.

Ćwiczenie
Temat
Przejściowa analiza MES
Poziom trudności
Czas wykonania
Autorzy
Wersja FreeCAD
Pliki z przykładami
Zobacz również
-

Kontekst

Tworzenie modelu

  1. Zaczynając od pustego projektu FreeCAD, budujemy naszą listwę bimetaliczną w środowisku pracy Część
  2. Narysuj Sześcian i zmień jego nazwę na aluminium.
  3. Nadaj temu elementowi wymiary 100 x 10 x 2 mm (długość x szerokość x wysokość).
  4. Utwórz drugą bryłę sześcianu stal o takich samych wymiarach
  5. Przesuń tę część o 2 mm wzdłuż osi Z (za pomocą Edycja ... → Umiejscowienie → Pozycja → Z).
  6. Zaznacz obie bryły (używając klawisza Shift + kliknięcie myszą) i utwórz z nich obiekt funkcją Fragmentacja.
  7. Zmień nazwę obiektu Boolean Fragments na listwa bimetaliczna.
  8. W Edytorze właściwości zmieniamy tryb z WIDOKStandard na WIDOKCompSolid. (Powinno też zadziałać użycie polecenia Utwórz kształt złożony zamiast Fragmentacji funkcją logiczną, jednak w przypadku bardziej złożonych przecinających się kształtów mogą wystąpić problemy z późniejszą analizą MES. Lepiej więc przyzwyczaić się do używania w pierwszej kolejności Fragmentacji funkcją logiczną). Wynik powinien wyglądać następująco:

Przygotowanie i uruchomienie analizy MES

Przydzielanie materiałów

W środowisku pracy MES tworzymy nową analizę i dodajemy do niej nowy materiał . W następnym oknie zadania wybieramy jeden z predefiniowanych stopów aluminium. W sekcji "Wybór odniesienia dla geometrii" przypisujemy materiał do niższej części naszego modelu, ustawiając tryb wyboru na Bryła. W środowisku pracy MES tworzymy nową analizę i dodajemy do niej nowy materiał . W następnym oknie zadania wybieramy jeden z predefiniowanych stopów aluminium. W sekcji "Wybór odniesienia dla geometrii" przypisujemy materiał do niższej części naszego modelu, ustawiając tryb wyboru na Bryła, klikając Dodaj i wybierając powierzchnię lub krawędź dolnego paska. W widoku listy powinna pojawić się pozycja "BooleanFragments:Solid1".

Zamykamy okno zadań i powtarzamy kroki, aby utworzyć drugi materiał "Stal" (karta materiału "CalculiX-Steel") i przypisać go do górnego paska ("BooleanFragments:Solid2").

Tworzenie siatki

Ponieważ analiza elementów skończonych wymaga oczywiście elementów do pracy, musimy podzielić nasz model na tak zwaną siatkę. Środowisko pracy MES oferuje dwa narzędzia do tworzenia siatek: Netgen i GMSH. W tym przypadku wybierzemy Netgen: Po wybraniu obiektów Boolean Fragments "listwa bimetaliczna", klikamy na ikonę . Netgen w oknie roboczym MES. W następnym oknie zadań musimy dokonać różnych wyborów, zaczynając od góry:

  • Maksymalny rozmiar to maksymalny rozmiar (w milimetrach) elementu. Im mniejszy maksymalny rozmiar elementu, tym więcej elementów otrzymamy - zwykle wynik będzie bardziej precyzyjny, ale z dramatycznym wzrostem czasu obliczeń. Ustawiliśmy go na 10.
  • Drugi rząd oznacza, że w każdym elemencie zostaną utworzone dodatkowe węzły. Zwiększa to czas obliczeń, ale zwykle jest dobrym wyborem, jeśli chodzi o zginanie, jak w naszej analizie. Pozostawiamy to pole zaznaczone.
  • Stopień rozdrobnienia: Wybierz, jak drobno model powinien zostać pocięty na elementy. W przypadku bardziej złożonych modeli z krzywiznami i przecięciami możemy zwiększyć liczbę elementów w tych regionach, aby uzyskać lepsze wyniki (oczywiście kosztem dłuższego czasu obliczeń). Eksperci mogą również ustawić opcję Zdefiniowane przez użytkownika i ustawić następujące parametry. W przypadku naszego prostego modelu prostokątnego wybór stopnia rozdrobnienia nie ma większego wpływu, dlatego utrzymujemy go na umiarkowanym poziomie.
  • Optymalizuj: Jakiś rodzaj przetwarzania końcowego po generowaniu siatki. Pozostawiamy to pole zaznaczone.

Kliknięcie Zastosuj uruchamia generator siatki i - w czasie zależnym od komputera - na naszym modelu pojawia się szkielet siatki. Siatka powinna utworzyć około 4000 węzłów.

Przypisywanie warunków brzegowych

An FEM analysis now would result in nothing, because nothing is happening to our model yet. So let’s add some temperature: Use the initial temperature from the FEM workbench and set the temperature to 300 K. Here, no parts of the model can be selected, since this setting applies to the complete model.

Next, we use temperature acting on a face. We select the two faces at one end of the strip (Ctrl + Left mouse key) and click 'add' in the task window. Two faces of the Boolean Fragments object should appear in the list and little temperature icons on the model. We set the temperature to 400 K and close the task window. At the beginning of the analysis, the selected faces will get an instantaneous temperature rise from 300 to 400 K. The heat will be conducted along the metal strips and cause the bending of the strip.

Before we can run the analysis, an additional boundary condition has to be set: The analysis can only run, if our model is fixed somewhere in space. With we select the same two faces as for the 400 K above, and add them to the list. Red bars will appear on the model, visualising that those faces are fixed in space and not able to move around during the analysis.

Running the analysis

The analysis should already contain a solver object 'CalculiXccx Tools'. If not, we add one by using the solver icon from the toolbar. (There are two identical icons, the experimental solver should also work.) The solver object has a list of properties below in the left section of the window. Here we select the following options (leave the ones unmentioned unchanged):

  • Analysis Type: We want to run a thermomechanical analysis. Other options would be only static (no temperature effects), frequency (oscillations), or only to check the model validity.
  • Thermo Mech Steady State: Steady state means, the solver will return one single result with the physics reaching equilibrium. We do NOT want to do that, we would like to get multiple, time-resolved results (transient analysis). So set it to false.
  • Time end: We would like our analysis to stop after 60 seconds (i.e., simulation time, not real time).

After double-clicking the solver object, we check that 'thermomechanical' is selected and run 'write .inp file'. This usually takes some seconds (or a lot more for bigger models) and returns a message 'write completed' in the box below. Now we start the calculation with 'run CalculiX'. After some time, the last messages 'CalculiX done without error!' and 'Loading result sets...' should appear. When the timer at the bottom has stopped, we close the task window. (With larger models and/or slower computers, FreeCAD may freeze and we won’t see the timer running. But be patient, in most of the cases, CalculiX is still running in the background and will eventually produce results.)

We should now have multiple FEM result objects listed. By double-clicking, we can open each one of it and visualise the calculated temperatures, displacements, and stresses. We can visualise the bending by selecting 'Show' in the 'Displacement' section. Since the absolute displacements are small, we use the 'Factor' to exaggerate the values.

Within FreeCAD, we can use pipelines to do some post-processing of the results. Alternatively, we can export the results in the VTK format and import them into dedicated post-processors like ParaView. For the export of multiple results (as for this analysis), there is a macro available.

Pobieranie

Inny przykład

  • Analityczny przykład bimetalu. Przykład analityczny przedstawiony na forum jest zawarty w przykładach FreeCAD FEM. Można go uruchomić w Pythonie za pomocą:
from femexamples.thermomech_bimetall import setup
setup()