FEM CalculiX/de

Einleitung

Diese Seite sammelt Informationen über den CalculiX Finite-Elemente-Solver, den Standard-Solver im Arbeitsbereich FEM für strukturelle und thermo-mechanische Analysen. Abhängig vom Betriebssystem, mit dem Sie arbeiten, müssen Sie CalculiX installieren, bevor Sie Ihre erste Simulation durchführen. Siehe dazu FEM Install.

Der Solver ist in der Lage, lineare und nicht-lineare Berechnungen für statische, dynamische und thermische Probleme durchzuführen. Der Solver arbeitet mit einer Abaqus-ähnlichen Eingabedatei (.inp), was bedeutet, dass er mit verschiedenen Präprozessoren verwendet werden kann, die dieses Format unterstützen. Das Programm enthält einen eigenen grafischen Präprozessor, der jedoch nicht von FreeCAD verwendet wird, sondern nur vom Solver selbst.

CalculiX ist so konzipiert, dass es auf Unix-Plattformen wie Linux und Irix-Computern, aber auch auf Windows läuft. CalculiX wurde von Ingenieuren der MTU Aero Engines, München, Deutschland, entwickelt, um sie bei der Konstruktion von Maschinen wie Düsenturbinen zu unterstützen. Die Software wird derzeit unter den Bedingungen der GPL Version 2 der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

Integration in FreeCAD

Die Interaktion zwischen dem Arbeitsbereich FEM und CalculiX erfolgt durch das Schreiben und Lesen von Textdateien. Die Reihenfolge der Operationen ist wie folgt:

1. Es wird eine CalculiX-Eingabedatei mit den für die Simulation erforderlichen Details erstellt.
2. Der CalculiX-Solver wird mit dieser Eingabedatei gestartet.
3. Die Ausgabe des Solvers wird protokolliert.
4. Die Ausgabedateien des Solvers werden gelesen, wenn sie verfügbar sind.

Das Werkzeug FEM Control Solver verwaltet den gesamten Prozess. Benutzerinteraktion im Prozess ist möglich.

Preprocessing-Schnittstelle

Die CalculiX-Schnittstelle unterstützt die folgenden Objekte:

Finite Elemente

• 3D-Festkörper:
  • tetraedrisch: C3D4, C3D10
  • hexaedrisch: C3D8(R), C3D20(R)
• 3D-Schalen- und Membranstrukturen:
  • dreieckig: S3, S6, M3D3, M3D6
  • viereckig: S4(R), S8(R), M3D4(R), M3D8(R)
• 2D-Ebenenbeanspruchung, Ebenenverformung und achsensymmetrisch:
  • dreieckig: CPS3, CPS6, CPE3, CPE6, CAX3, CAX6
  • viereckig: CPS4(R), CPS8(R), CPE4(R), CPE8(R), CAX4(R), CAX8(R)
• 3D-Balken und Fachwerk: B31(R), B32(R), T3D2, T3D3

Weitere Informationen zu den unterstützten CalculiX-Elementen sind auf der Seite FEM Netz CalculiX zu finden.

Untersuchung

Materialien

• Linear elastische isotrope Materialien (gleichförmige Eigenschaften in allen Richtungen)
• Plastizität mit isotroper oder kinematischer Verfestigung

Preprocessing-Schnittstelle

These objects show color maps without legend, but minimum and maximum values can be read from the task panel. Units shown there are adjusted based on the values (e.g. GPa for large stresses, mm for small displacements and so on). FreeCAD reads the results from the *.frd file which was created by CalculiX. If these results contain multiple time steps, each time step is imported to FreeCAD as a new result object. The same behavior applies for Frequency or Buckling analysis with multiple eigenvalues. Each result object contains the mode number or buckling factor value in its name and the Eigenmode Frequency shows the corresponding natural frequency.

The legacy CalculiX implementation also creates a multi-frame "Pipeline_CCX_Results" results pipeline object. The units there are currently inconsistent - the input SI(mm) system is used for most outputs apart from displacements (meters) and stresses (Pascals). So, for example, heat flux units are mW/mm^2.

Results available in the legacy CalculiX solver's pipeline object are:

• Displacement
• Displacement magnitude
• Tresca stress
• Strain xx, xy, xz, yy, yz and zz components
• Stress xx, xy, xz, yy, yz and zz components
• Major, intermediate and minor principal stress
• Von Mises stress
• Critical strain ratio - for analyses with nonlinear (plastic) materials
• Equivalent plastic strain - for analyses with nonlinear (plastic) materials
• Major, intermediate and minor principal stress vector - for analyses with reinforced materials
• MohrCoulomb - for analyses with reinforced materials
• Reinforcement ratio x,y,z - for analyses with reinforced materials
• Mass flow rate - for 1D fluid networks
• Network pressure - for 1D fluid networks
• Heat flux - for thermomechanical analyses
• Temperature - for thermomechanical analyses

The refactored CalculiX implementation (SolverCalculiX object created if the Result object preference is enabled) creates only a multi-frame "SolverCalculiXResult" results pipeline object. The units there are consistent with input SI(mm) units so displacements are in mm, stresses in MPa, heat flux in mW/mm^2 and so on.

Results available in the refactored CalculiX solver's pipeline object are:

• Displacement components and magnitude
• Stress components and magnitude
• Strain components and magnitude
• Error
• Major, intermediate and minor principal stress
• Major, intermediate and minor principal stress direction
• Von Mises stress
• Tresca stress
• Maximum absolute principal stress
• Heat flux components and magnitude - for thermomechanical analyses
• Temperature - for thermomechanical analyses
• Equivalent plastic strain - for analyses with nonlinear (plastic) materials
• Mass flow rate (MF) - for 1D fluid networks
• Network pressure (PS) - for 1D fluid networks
• Potential - for electrostatic analyses [mV]
• Electric flux density - for electrostatic analyses [C/mm^2]

The same file contains eigenvalue output for frequency analyses and buckling factor for buckling analyses.

Verwandtes

• FEM Mesh CalculiX
• Die Seite CalculiX in den Einstellungen des Arbeitsbereichs FEM