Beschreibung
Elmer is an open source multiphysical simulation software mainly developed by CSC - IT Center for Science (CSC). Elmer development was started 1995 in collaboration with Finnish Universities, research institutes and industry. After it's open source publication in 2005, the use and development of Elmer has become international.
Elmer includes physical models of fluid dynamics, structural mechanics, electromagnetics, heat transfer and acoustics, for example. These are described by partial differential equations which Elmer solves by the Finite Element Method (FEM).
Creating the SolverElmer object in the Analysis container in FreeCAD, gives access to the Elmer Equations for simple or multiphysical analysis.
Since FreeCAD already has an extensive integration of
Calculix and
Z88 as solvers for mechanical and thermo-mechanical analysis, Elmer will be preferred for computational fluid dynamics (CFD), heat, electrostatics and electrodynamics. It can also be used for mechanical FEA through the Elasticity equation or any combination of the aforementioned equations. This combination makes Elmer the preferred choice for multi-physics analyses.
Installation
Elmer requires two components to be interfaced with FreeCAD:
- ElmerGrid is the interface handling meshes
- ElmerSolver is handling the computation.
There are standalone programs for both of these applications but their installation and usage are beyond the scope of the FreeCAD integration.
- Download and install the version best suited to your Operating System (Windows or Linux). It is recommended to install the
mpi
version to get multi-core support (introduced in 0.21).
- In FreeCAD go to Edit → Preferences → FEM → Elmer
- In the FEM preferences set the correct path for both
ElmerGrid
and ElmerSolver
, or 0.21 and above: set the path for ElmerSolver_mpi
instead of ElmerSolver
to make Elmer use all available CPU cores.

Elmer preferences dialog menu showing fields to locate important Elmer binaries on Windows OS
Jetzt kann Elmer in FreeCAD genutzt werden.
0.19 und davor: FreeCAD starten und das Einheitensystem zu MKS in den Einstellungen ändern. See Hinweise.
Anwendung
Hinweis: Für eine erfolgreiche Analyse sind mindestens ein Modell (2D oder 3D), ein Material (MaterialFluide oder MaterialFeststoff), ein NetzGmshAusForm, Gleichungen und Randbedingungen erforderlich.
Beispiel einer Baumansicht, wenn der Löser für Elmer aktiviert ist
Gleichungen
- Um die Analyse eines bestimmten physikalischen Verhaltens durchzuführen, muss eine Gleichung verwendet werden (Strömung, Wärme, Elektrostatik…).
- Begriffsklärung: Der Begriff Gleichung wird in FreeCAD verwendet, um die verschiedenen physikalischen Mechanismen zu beschreiben, der Begriff Solver wird in allen Elmer-Dokumenten verwendet. Wenn also in FreeCAD die „Strömungsgleichung” verwendet wird, nutzt Elmer in Wirklichkeit den „Strömungslöser”, um eine Lösung für die Navier-Stokes-Gleichung zu finden.
- Mit Elmer können eine oder mehrere Gleichungen gleichzeitig verwendet werden, indem einfach das Gleichungsobjekt unter dem SolverElmer-Objekt hinzugefügt wird, wodurch multiphysikalische Analysen durchgeführt werden können:
- Click on the
SolverElmer object in the model Tree View
- Select one or several of the available equations:
Löser-Einstellungen
- Depending on the used equations, you must change the default solver settings. They are explained in the Elmer solver settings.
- The solver will by default perform a steady-state simulation. To perform a transient simulation (how the model behaves/develops over time) see the section Timestepping (transient analyses) in the Elmer solver settings.
Visualisierung
Die Ergebnisse des Elmer-Lösers werden in Ergebnis-Pipeline-Objekten ausgegeben. (Ergebnisobjekte sind nicht möglich.)
eingeführt in 0.21
Bei transienten Analysen erhält man für jeden Ausgabeschritt eine Ergebnis-Pipeline. Um alle gleichzeitig zu bearbeiten, wählt man sie in der Baumansicht aus und legt die Parameter in der [[Property_View/de]|Eigenschaftenansicht] fest.
Um Animationen des zeitlichen Verlaufs zu erstellen, empfiehlt sich derzeit folgende Vorgehensweise:
- Die Ansicht des ersten Zeit-Ergebnisses ausblenden.
- Ein Objekt der Wahl in der Baumansicht auswählen, jedoch kein Pipeline-Objekt.
- Den Mauszeiger über die Pipelines bewegen.
Das Ergebnis ist eine Animation ähnlich dieser:
Hinweise
- Important: in order to get sensible results and to be able to exchange the Elmer input files (named case.sif) with others, all values in the input files must be in SI units. In FreeCAD version 0.19 and earlier this is only the case if you use the unit scheme MKS in the preferences.
- Parameters for the Solver and for the Equations are independently set through the Property View Data tab of their respective objects in the Tree View.
- Each equation will have a priority, for example, if trying see the effect of a convective flow of hot air, the equation for Flow should be solved with higher priority than Heat, otherwise the solver will first solve Heat through conduction and then Flow.
- 2D vs 3D cases: Elmer can be used to solve both 2D and 3D cases. However, when defining a 2D case, the faces need to be mapped in the XY-plane of FreeCAD, otherwise the solver will try to compute a 3D case on a face, and normal vectors will be under-defined. Further information can be found in the FreeCAD forums: https://forum.freecad.org/viewtopic.php?f=18&t=48175
Dokumentation
Über den folgenden Link gelangt man zur vollständigen Dokumentation für Elmer. Diese umfasst sowohl Handbücher als auch Tutorien. Es muss beachtet werden, dass die mit „gui” gekennzeichneten Dokumente und Dateien sich in der Regel auf die Verwendung der grafischen Benutzeroberfläche von Elmer beziehen und nicht auf die FreeCAD-Implementierung von Elmer.
FEM
- Solve: Solver CalculiX, Solver Elmer, Solver Mystran, Solver Z88; Mechanical Equations: Elasticity Equation, Deformation Equation; Electromagnetic Equations: Electrostatic Equation, Electricforce Equation, Magnetodynamic Equation, Magnetodynamic 2D Equation, Static Current Equation; Flow Equation, Flux Equation, Heat Equation, Solver Job Control, Run Solver
- Results: Purge Results, Show Result, Apply Changes to Pipeline, Post Pipeline From Result, Pipeline Branch, Warp Filter, Scalar Clip Filter, Function Cut Filter, Region Clip Filter, Contours Filter, Glyph Filter, Line Clip Filter, Stress Linearization Plot, Data at Point Clip Filter, Calculator Filter; Filter Functions: Plane, Sphere, Cylinder, Box; Data Visualizations: Create Lineplot, Create Histogram, Create Table
Anwenderdokumentation
- Erste Schritte
- Installation: Herunterladen, Windows, Linux, Mac, Zusätzliche Komponenten, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
- Grundlagen: Über FreeCAD, Graphische Oberfläche, Mausbedienung, Auswahlmethoden, Objektname, Voreinstellungseditor, Arbeitsbereiche, Dokumentstruktur, Objekteigenschaften, FreeCAD unterstützen, Spenden
- Hilfe: Anleitungen, Videoanleitungen
- Arbeitsbereiche: Std Base, Arch, Assembly, BIM, CAM, Draft, FEM, Inspection, Material, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Points, Reverse Engineering, Robot, Sketcher, Spreadsheet, Surface, TechDraw, Test Framework