FEM SolverElmer/fr

FEM Solveur Elmer
Emplacement du menu
Résolution → Solveurs → Solveur Elmer
Ateliers
FEM
Raccourci par défaut
S E
Introduit dans la version
-
Voir aussi
FEM Paramètres du solveur Elmer, FEM Solveur CalculiX, FEM Solveur Z88, FEM Tutoriel

Description

Elmer est un logiciel de simulation multiphysique open source principalement développé par le CSC - IT Center for Science (CSC). Le développement d'Elmer a commencé en 1995 en collaboration avec des universités finlandaises, des instituts de recherche et l'industrie. Après sa publication open source en 2005, l'utilisation et le développement d'Elmer sont devenus internationaux.

Elmer comprend des modèles physiques de dynamique des fluides, de mécanique des structures, d'électromagnétisme, de transfert de chaleur et d'acoustique, par exemple. Ceux-ci sont décrits par des équations différentielles partielles qu'Elmer résout par la méthode des éléments finis (FEM).

La création de l'objet SolverElmer dans le conteneur Analysis de FreeCAD donne accès aux équations Elmer pour une analyse simple ou multiphysique.

Dans la mesure où FreeCAD dispose déjà d'une intégration poussée de Calculix et Z88 comme solveurs pour l'analyse mécanique et thermomécanique, Elmer sera privilégié pour la dynamique des fluides numérique (CFD), la chaleur, l'électrostatique et l'électrodynamique. Il peut également être utilisé pour l'analyse par éléments finis mécanique à travers l'équation d'élasticité ou toute combinaison des équations susmentionnées. Cette combinaison fait d'Elmer le choix privilégié pour les analyses multi-physiques.

Installation

Elmer nécessite que deux composants soient interfacés avec FreeCAD :

• ElmerSolver gère les calculs.
• ElmerGrid est l'interface qui gère les maillages.

Il existe des programmes autonomes pour ces deux applications mais leur installation et leur utilisation dépassent le cadre de l'intégration de FreeCAD.

1. Téléchargez et installez la version la mieux adaptée à votre système d'exploitation (Windows ou Linux). Il est recommandé d'installer la version mpi pour bénéficier d'un support multi-cœur du CPU. (introduit dans la version 0.21).
2. Dans FreeCAD, basculez à l'atelier FEM et l'allez dans Édition → Préférences → FEM → Elmer.
3. Dans les préférences de FEM, définissez le bon chemin d'accès pour ElmerSolver et ElmerGrid ou version 0.21 et suivantes : définissez le chemin d'accès pour ElmerSolver_mpi au lieu de ElmerSolver pour qu'Elmer utilise tous les cœurs de processeur disponibles.

   

   Menu de dialogue des préférences Elmer montrant les champs pour localiser les binaires Elmer importants sur le système d'exploitation Windows

   .

Vous êtes prêt à utiliser Elmer dans FreeCAD.

version 0.19 et précédentes : lancez maintenant FreeCAD et changez le système des unités en MKS dans les préférences. Voir Remarques.

Utilisation

1. Basculez vers l'atelier FEM.
2. Créez un conteneur d'analyse.
3. Il existe plusieurs façons de lancer la commande :
   • Appuyez sur le bouton Solveur Elmer.
   • Sélectionnez l'option Résoudre → Solveurs → Solveur Elmer du menu.
   • Utilisez le raccourci clavier : S puis E.
4. Vous pouvez modifier les paramètres du solveur dans l'onglet Données de l'éditeur de propriétés de l'objet SolverElmer dans l'arborescence du modèle.
5. Ajoutez la ou les équations définissant le problème physique et les grandeurs à calculer.
6. Double-cliquez sur l'objet SolverElmer pour préparer une analyse.

   

   Boîte de dialogue pour lancer une analyse Elmer

7. Vous pouvez cocher la case Répertoire de travail, cliquer sur Écrire et Modifier pour modifier le fichier d'entrée case.sif avant de lancer l'analyse.
8. Vous pouvez sélectionner le Type de simulation (Balayage, État stationnaire ou transitoire).
9. Cliquez sur Lancer pour lancer l'analyse.

Remarque : une analyse réussie nécessitera au moins un modèle (2D ou 3D), un matériau (fluide ou solide), un maillage, des équations et des conditions aux limites.

Équations

• Pour effectuer l'analyse d'un comportement physique particulier, une équation doit être utilisée (écoulement, chaleur, électrostatique...).
• Clarification : le terme Équation est utilisé dans FreeCAD pour décrire les différents mécanismes physiques, le terme Solveur est utilisé dans tous les documents Elmer. Ainsi, lorsqu'on utilise dans FreeCAD l'"Équation d'écoulement", en réalité Elmer utilise le "Solveur d'écoulement" pour trouver une solution à l'équation de Navier-Stokes.
• Une ou plusieurs équations peuvent être utilisées en même temps avec Elmer en ajoutant simplement l'objet équation sous l'objet SolverElmer, réalisant ainsi des analyses multi-physiques :

1. Cliquez sur l'objet SolverElmer dans le modèle de l'arborescence
2. Sélectionnez une ou plusieurs des équations disponibles :
   • Équation de déformation
   • Équation d'élasticité
   • Équation force électrique
   • Équation électrostatique
   • Équation d'écoulement
   • Équation de flux
   • Équation de chaleur
   • Équation magnétodynamique
   • Équation magnétodynamique 2D
   • Densité de charge électrique introduit dans la version 1.1

Paramètres du solveur

• En fonction des équations utilisées, vous devez modifier les paramètres par défaut du solveur. Ils sont expliqués à la page Paramètres du solveur d'Elmer.
• Le solveur effectue par défaut une simulation en régime permanent. Pour effectuer une simulation transitoire (comment le modèle se comporte au cours du le temps), voir la section Pas de temps (analyses transitoires) dans les paramètres du solveur Elmer.

Visualisation

Les résultats du solveur Elmer sont affichés dans des objets pipeline de résultats. (Les objets résultats ne sont pas possibles).

introduit dans la version 0.21 :

Pour les analyses transitoires, vous obtenez un pipeline de résultats pour chaque pas de temps. Pour les éditer tous en même temps, sélectionnez-les dans l'arborescence et définissez les paramètres dans l'éditeur de propriétés. Pour réaliser des animations de la progression temporelle, la meilleure méthode consiste actuellement à :

• Cacher la vue du premier résultat.
• Sélectionner un objet de votre choix dans l'arborescence, mais pas un objet de pipeline.
• Passer la souris sur les pipelines.

Le résultat est une animation comme celle-ci :

Remarques

• Important : afin d'obtenir des résultats raisonnables et de pouvoir échanger les fichiers d'entrée Elmer (nommés case.sif) avec d'autres utilisateurs, toutes les valeurs dans les fichiers d'entrée doivent être en unités SI. Dans la version 0.19 de FreeCAD et les versions antérieures, ce n'est le cas que si vous utilisez le système d'unités MKS dans les préférences.
• Les paramètres du solveur et des équations sont définis indépendamment via l'onglet Données de l'éditeur de propriétés de leurs objets respectifs dans l'arborescence.
• Chaque équation aura une priorité. Par exemple, si vous essayez de voir l'effet d'un flux convectif d'air chaud, l'équation pour le débit doit être résolue avec une priorité plus élevée que la chaleur, sinon le solveur résoudra d'abord la chaleur par conduction puis le débit.
• Cas 2D vs 3D : Elmer peut être utilisé pour résoudre des cas 2D et 3D. Cependant, lors de la définition d'un cas 2D, les faces doivent être mappées dans le plan XY de FreeCAD, sinon le solveur essaiera de calculer un cas 3D sur une face, et les vecteurs normaux seront sous-définis. De plus amples informations peuvent être trouvées dans les forums FreeCAD : https://forum.freecad.org/viewtopic.php?f=18&t=48175.

Documentation

Le lien suivant donne accès à la documentation complète pour Elmer. Cela inclut les manuels ainsi que les tutoriels. Notez que la documentation et les fichiers ajoutés avec « gui » concernent généralement l'utilisation de l'interface graphique Elmer et non l'implémentation FreeCAD d'Elmer.