FEM Solver/de

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Vorwort

Diese Seite sammelt Informationen über die vom Arbeitsbereich FEM verwendeten Finite-Elemente-Löser. Die Schnittstelle zwischen einem Löser und FreeCAD sowohl in der Vor- als auch in der Nachbereitung erfolgt über Textdateien. Das bedeutet, dass theoretisch jeder Löser, der über Textdateien konfiguriert und gesteuert werden kann, mit FreeCAD zusammenarbeiten kann; für diese Kommunikation muss ein geeigneter Parser und Schreiber von Ein- und Ausgabedateien programmiert werden. Im Forum findet sich ein Thema mit Diskussionen und Ankündigungen zu den verschiedenen Lösern:General FEM solvers discussion topic.

Wikipedia listet viele Finite Elemente Softwarepakete auf. Einen Vergleich findest du auf feacompare.com.

Verfügbare Löser in verschiedenen Linux Distributionen

Das FreeCAD-Abhängigkeiten-Repositorium verfolgt die Abhängigkeiten von FreeCAD über viele Linux-Distributionen hinweg. Die Seite FEM.md betrachtet verfügbare quelloffene FEA-Löser, die mit dem Arbeitsbereich FEM verwendet werden können. Die Seite zeigt die Version eines bestimmten Lösers im Repositorium einer bestimmten Linux-Distribution. Diese Information ist nützlich, um zu wissen, ob ein Löser aktuell oder veraltet ist und aktualisiert werden muss.

Die Informationen werden auch im Forum diskutiert: unterstützter und nicht unterstützter Löser.

Löser mit einer Schnittstelle in FreeCAD

Diese Löser sind gut in FreeCAD integriert, was bedeutet, dass es möglich ist, ein Simulationsprojekt von der grafischen Oberfläche und den Schaltflächen im FEM Arbeitsbereich aus zu erstellen und auszuführen.

CalculiX

Dies ist der erste Löser, der für die Arbeit mit dem FEM Arbeitsbereich integriert wurde. CalculiX ist vor allem für statische, thermo-mechanische und modale Analysen konzipiert. Weitere Informationen über diesen Löser findet man unter FEM CalculiX.

Elmer

Der Elmer-Multiphysics-Löser wurde als Google-Summer-of-Code-2017-Projekt in FreeCAD integriert: Hauptwebsite, Gemeinschaftsportal, Code Repositorium, Elmer Integration (GSoC) - Aktivitätsprotokoll ( Forumsthema).

Mystran

Mystran ist ein Strukturanalyseprogramm, das das Nastran-Eingabedateiformat verwendet. Es wird unter der MIT-Lizenz veröffentlicht, was bedeutet, dass es Open Source ist. Siehe Hauptwebsite, Code-Repository und Mystran-FreeCAD-Forum (Forumsbeitrag).

Z88

Der Löser Z88 ist für lineare statische Simulationen mit dem Schwerpunkt auf der Vermittlung der Finite-Elemente-Methode konzipiert. Er war der zweite Solver, der in FreeCAD integriert wurde. Danach wurde die Integration als Projekt des Google Summer of Code 2017 verbessert.

Siehe die Informationen:

Es gibt zwei Versionen, Z88OS ist die quelloffene Version, während Z88Aurora Freeware ist und eine grafische Oberfläche und zusätzliche Lösungsmethoden enthält.

Löser als externe Arbeitsbereiche implementiert

Diese Löser sind nicht in den Arbeitsbereich FEM integriert, d.h. sie benötigen eine separate Schnittstelle, um ein Simulationsprojekt zu erstellen. Dies wird durch Makros oder externe Arbeitsbereiche erreicht.

DualSPHysics

DualSPHysics ist ein Satz von C++ , CUDA und Java Bibliotheken, die die geglättete Teilchen Hydrodynamik verwenden. (SPH) Modell namens SPHysics zur Untersuchung von Phänomenen der freien Oberflächenströmung wie z.B. brechenden Wellen.

DesignSPHysics ist ein in FreeCAD integrierter externer Arbeitsbereich, der eine grafische Benutzeroberfläche für DualSPHysics bietet: Haupt-Website, Code Repositorium, Interessantes Projekt: DesignSPHysics Fluidsimulator (Forumsthema).

DesignSPHysics kann über den Addon-Manager installiert werden.

FastHenry und FasterCap

FastHenry und FasterCap sind von FastFieldSolvers entwickelte Induktivitäts-Widerstands und Kapazitäts Feldlöser: Hauptwebsite, Downloadseite (Binär- und Quellcode), Forum.

Der Arbeitsbereich EM ist ein externer Arbeitsbereich, der als Front-End für diese elektromagnetischen Löser geschaffen wurde. FastHenry, für die 3D magneto-quasistatische Impedanzanalyse, wird vollständig unterstützt, während FasterCap über einige Python-Makros zugänglich ist.

Siehe: ElectroMagnetic Workbench (Hauptforumsthema) , Electromagnetic Workbench - again.. (Forumsthema), FreeCAD for ElectroMagnetics (Forumsthema), code repository for the workbench.

Der Arbeitsbereich EM kann mit dem AddonManager installiert werden.

fcFEM

fcFEM ist ein Finite-Elemente-Löser für strukturelle und mechanische Studien, der in Python implementiert ist und direkt aus FreeCAD heraus ausgeführt werden kann, ohne externe binäre Löser aufzurufen. Daher kann er als FreeCADs eigener interner Löser betrachtet werden.

fcFEM wurde entwickelt, um bestimmte Einschränkungen anderer Löser wie CalculiX zu überwinden und verschiedene bautechnische Untersuchungen durchführen zu können.

Zu den Problemen, die mit diesem Löser gelöst werden sollen, gehören

Der Autor hält FreeCAD für eine gute Prototyping-Plattform, um verschiedene strukturelle Probleme schnell einzurichten, zu testen und zu visualisieren. Daher ist ein integrierter und dennoch flexibler Löser sehr hilfreich. Siehe fcFEM - FEA from start to finish (Hauptthema des Forums).

fcFEM ist als Python-Bibliothek und Makro verpackt und kann vom GitHub-Projektarchiv heruntergeladen werden. Es wird möglicherweise auch über den AddonManager oder als Teil von FreeCAD selbst verteilt werden.

OpenFoam

OpenFoam ist ein leistungsfähiges Framework für Numerische Strömungsmechanik (engl.: computational fluid dynamics, CFD) Simulation, verteilt als eine Reihe von C++ Bibliotheken.

OpenFoam ist in FreeCAD über zwei externe Arbeitsbereiche verfügbar:

Während Cfd als Vollausstattung für fortgeschrittene Anwender gedacht ist, konzentriert sich CfdOF auf Anwender, die gerade erst in die Welt von CFD und OpenFoam einsteigen.

Für Cfd: Aktualisierung von FreeCAD + OpenFOAM Fluiddynamik-Berechnung (Forumsthema), Fortschritte des Arbeitsbereichs allgemeinen Numerischen Strömungsmechanik (CFD): CfdWorkbench (altes Forumsthema).

Füor CfdOF: Computational Fluid Dynamics (CFD) Arbeitsbereich OpenFOAM verwendend (Forumsthema), Trainingsmaterial.

Beide Arbeitsbereiche können über den Addon-Manager installiert werden, und beide haben einen Platz für Diskussionen im CfdOF / CFD-Unterforum.

Umsetzung läuft

FEniCS

FEniCS ist ein Rechenframework zur Lösung partieller Differentialgleichungen (PDEs) mit hochentwickelten Programmierschnittstellen in Python und C++. Es kann verwendet werden, um wissenschaftliche Probleme in Finite-Elemente-Formulierungen zu formulieren, die dann numerisch gelöst werden können.

Siehe: Hauptwebsite, Fenics as Solver (Forenthema).

FenicsSolver ist eine Simulationsplattform für Probleme mit mehreren Körpern, mehreren physikalischen Phänomenen (gekoppelt) und mehreren Skalen. Es soll der FEniCS-Löser sowohl im Arbeitsbereich FEM als auch in den externe Arbeitsbereich Cfd integriert werden, sodass das resultierende System wie eine kostenlose Alternative zu Comsol oder Moose funktioniert. FenicsSolver wird vom gleichen Autor wie Cfd entwickelt.

OOFEM

OOFEM ist ein objektorientiertes FEM-Programm der Tschechischen Technischen Universität zur Lösung von Problemen der Mechanik, Transportmechanik und Strömungsmechanik.

Es wurde erwähnt, dass es gegenüber CalculiX einige Vorteile hat, wie z. B. Schnittstellenelemente (p260275 vorgespannte/nachgespannte Betonbrücke (Forumsbeitrag)), und die Bogenlängensteuerung für die elastisch-plastische Kollapsanalyse (FEM - Rohrverbindung mit Schalenelementen (Forenthema)).

Die vorläufige Integration in den Arbeitsbereich FEM ist abgeschlossen. Siehe: OOFem (Hauptthema im Forum), Testanfrage, mehrere Löser (Thema im Forum).

Bis die Integration des Lösers abgeschlossen ist und der neue Code in das Haupt-Repository von FreeCAD übernommen wurde, können die für die Verwendung des Lösers im Arbeitsbereich FEM erforderlichen Dateien von einem geforkten FreeCAD-Zweig heruntergeladen werden. Einen Überblick über die Implementierung bietet die sehr übersichtliche Commit-Historie https://github.com/berndhahnebach/FreeCAD_bhb/commits/femoofem.

MBDyn

Nicht integrierte Löser

Die folgenden Löser wurden nicht in FreeCAD integriert, haben jedoch bei der Benutzergemeinschaft auf Interesse gestoßen. Wenn ein Entwickler eine Kommunikationsbrücke für einen bestimmten Solver erstellen möchte, sollte er sich im FEM-Unterforum beraten lassen und Unterstützung einholen.

Die folgenden Artikel sind möglicherweise veraltet, aber die darin enthaltenen Informationen können dennoch hilfreich sein, um zu verstehen, wie Löser in FreeCAD integriert werden können

ADAPy

Siehe ADAPy und ADA - Assembly for Design & Analysis (Forenthema).

Agros2D und Hermes

Agros2D ist ein plattformübergreifendes Grafikprogramm zur Lösung verschiedener physikalischer Probleme. Intern verwendet es die Hermes C++-Bibliotheken zur Lösung einfacher und komplexer zeitabhängiger nichtlinearer partieller Differentialgleichungssysteme (PDE) unter Verwendung einer allgemeinen Version der Finite-Elemente-Methode (hp-FEM). Hauptcode Repository und Tutorials.

Code-Aster und Code-Saturne

Code-Aster ist ein Open-Source-Multiphysik-Löser; zusammen mit dem Vorprozessor Salomé-Meca bilden sie eine Simulationsplattform, die von EDF-GDF, Frankreichs größtem Energieunternehmen, entwickelt wurde. Es war eines der ersten Pakete, dessen Aufnahme in FreeCAD in Betracht gezogen wurde: FreeCAD and Code-Aster/Salome-Meca (Forums-Thema).

Code-Saturne ist eine kostenlose Open-Source-Software, die von der EDF entwickelt und veröffentlicht wurde, um Probleme der numerischen Strömungsmechanik (CFD) zu lösen.

FElt

FElt ist ein Finite-Elemente-Paket zur Lösung linearer statischer und dynamischer Strukturanalyseprobleme. Der Originalcode ist veraltet, daher wurde er in ein neues Repository ausgelagert, um das Projekt wiederzubeleben und es in einem modernen System kompilierbar zu machen.

In den Foren wurde vorgeschlagen, die Analyse von Stahlbetonrahmen (Balken- und Stützenkonstruktionen) mit 1D-Balkenelementen durchzuführen: Automation in Design (Forums-Thema), Felt in FEM Workbench (Forums-Thema).

Frame3DD

Frame3DD ist ein Softwarepaket für die statische und dynamische Strukturanalyse von 2D- und 3D-Rahmen und Fachwerken, Zu finden im GitHub-Hauptarchiv. Ein vorläufiger Reader für Eingabedateien wurde in den Foren angekündigt: Test read data from Frame3DD file. Allgemeines Thema im FEM-Forum: Frame3DD.

Impact FEM

libMesh

libMesh ist eine C++-Finite-Elemente-Bibliothek für die numerische Lösung partieller Differentialgleichungen, deren Hauptziel darin besteht, Unterstützung für parallele Berechnungen mit adaptiver Gitterverfeinerung (AMR) zu bieten: Code-Repository.

Es wurde vorgeschlagen, diese Bibliothek in FreeCAD zu integrieren als Teil des Google Summer of Code Project: GSOC 2019 Configuration Management Project (forum topic).

Modelica

Modelica ist eine Sprache zur Modellierung und Optimierung komplexer, miteinander verbundener physikalischer Systeme, beispielsweise mechanischer, elektrischer, thermischer, hydraulischer und anderer Systeme. Die Sprache selbst und ihre Standardbibliotheken sind Open Source. Einige auf Modelica basierende Simulationsumgebungen, wie Catia's Dymola, sind proprietär, aber es gibt auch freie Implementierungen wie OpenModelica und JModelica.

Mit FreeCAD wurde Modelica zur Erstellung von Animationen vorgeschlagen, aber im weiteren Sinne könnte es auch im Maschinenbau und in der Gebäudetechnik zur Lösung von Gleichungen und zur Optimierung eines bestimmten Entwurfs eingesetzt werden: Modelica (Forums-Thema).

Das PyFMI-Paket enthält Python-Bindings für die Arbeit mit FMU-Modellen, bei denen es sich um standardisierte Modelle im Binärformat handelt, die von kompatiblen Modelica-Umgebungen wie Dymola, OpenModelica und JModelica erzeugt werden. Es wurde vorgeschlagen, dass diese Bibliothek FreeCAD dabei helfen könnte, eine Verbindung zu einem Modelica system zu erstellen (Forums-Thema).

Mumps

Mumps ist ein generischer Löser für massive Gleichungssysteme, der sich im Allgemeinen mit der Faktorisierung und der Berechnung von spärlichen Matrizen befasst. Es wurde im Forum erwähnt: Test request, multiple solvers (Forums-Thema).

Es führt keine Finite-Elemente-Analyse direkt durch, kann jedoch intern von anderen Paketen wie Code-Aster verwendet werden.

Nastran

Nastran ist ein Strukturanalyseprogramm, das in den 1970er Jahren von der NASA entwickelt wurde. Moderne Versionen davon sind kommerzielle Produkte und Closed Source; ältere Versionen davon sind jedoch Nastran-93 and Nastran-95 als Open-Source-Software im Jahr 2015 veröffentlicht. Forumsbeitrag: Nastran (Forums-Thema).

Es gibt keine technische Unterstützung für den Open-Source-Code, und es ist wahrscheinlich schwierig, ihn in einem modernen System zu kompilieren.

OpenSees

OpenSees ist ein Software-Framework zur Entwicklung von Anwendungen zur Simulation von Bauwerks- und Geotechniksystemen, hauptsächlich im Bereich der Erdbebeningenieurwissenschaften. OpenSees, the Open System for Earthquake Engineering Simulation (Forums-Thema) und Relicensing of OpenSees (Forums-Thema).

PolyFEM

PolyFEM ist eine einfache C++- und Python-Finite-Elemente-Bibliothek. Wir bieten eine breite Palette gängiger partieller Differentialgleichungen, darunter Laplace, Helmholtz, lineare Elastizität, Saint-Venant-Elastizität, Neo-Hooke-Elastizität und Stokes. PolyFEM (Forums-Thema).

Sparselizard

Sparselizard ist eine schnelle, allgemeine, multiphysikalische, p-adaptive Open-Source-C++-Finite-Elemente-Bibliothek, die unter Linux, Mac und Windows läuft. Sie wird zur Entwicklung von Mikrogeräten der nächsten Generation (Ultraschallwandler, Mikrospiegel, Mikroventile, Kammantriebe usw.) verwendet und sorgfältig anhand von analytischen Lösungen, Software von Drittanbietern und Messungen der hergestellten Geräte validiert. Sie scheint vom Team des gmsh-Netzgenerators entwickelt worden zu sein.

SU2

SU2 ist eine Sammlung von Software-Werkzeugen, die in C++ und Python entwickelt wurden, um partielle Differentialgleichungen (PDE) und PDE-beschränkte Optimierungsprobleme auf unstrukturierten Gittern zu lösen. Sie wird insbesondere in den Bereichen Aerodynamik und numerische Strömungsmechanik (CFD) eingesetzt.

Tochnog

Tochnog Professional ist ein Closed-Source-Programm zur Durchführung geotechnischer Simulationen wie Erdrutsche, Rammarbeiten, Hangstabilität und bautechnische Berechnungen (Mauerwerk und Erdbebenreaktion), [Website von https://www.tochnogprofessional.nl/].

Tochnog wurde erfolgreich in FreeCAD als Ersatz für CalculiX eingesetzt, obwohl die Testversion in der Anzahl der Elemente, die sie verarbeiten kann, begrenzt ist: Integration of tochnog solver in FreeCAD FEM (Forums-Thema).

XC

XC ist ein FEA-Programm zur Lösung struktureller Probleme im Bauwesen, wie beispielsweise der Analyse realer Balken-Schalen-Konstruktionen. Intern nutzt es die OpenSees-Bibliotheken: Haupt-Repository, XC, Open-Source-FEM-Code für den Hochbau (Forumsbeitrag).


FEM
Anwenderdokumentation