FEM Workbench/fr

Introduction

L'atelier FEM offre un flux de travail d'analyse par éléments finis pour FreeCAD. Cela signifie que tous les outils permettant d'effectuer une analyse sont réunis dans une seule interface utilisateur graphique.

Déroulement des tâches

Les étapes pour effectuer une analyse d’éléments finis sont les suivantes :

1. Prétraitement : configuration du problème d'analyse.
   1. Modélisation de la géométrie : création de la géométrie avec FreeCAD, ou importation depuis une autre application.
   2. Créer une analyse.
      1. Ajout de contraintes de simulation telles que des charges et des supports fixes au modèle géométrique.
      2. Ajout de matériaux aux parties du modèle géométrique.
      3. Créer un maillage d'éléments finis pour le modèle géométrique, ou l'importer d'une autre application.
2. Résolution : exécution d'un solveur externe à partir de FreeCAD.
3. Post-traitement : visualiser les résultats de l'analyse depuis FreeCAD, ou exporter les résultats pour qu'ils puissent être post-traités avec une autre application.

L'atelier FEM peut être utilisé sur Windows, MacOSX et Linux. Étant donné que l'atelier utilise des solveurs externes, la quantité d’installation manuelle dépend du système d’exploitation utilisé. Voir FEM Installation des composants requis pour des instructions sur la configuration des outils externes.

Déroulement des tâches de l'atelier FEM : l'atelier fait appel à deux programmes externes pour effectuer le maillage d'un objet solide et la solution proprement dite du problème des éléments finis.

Menu : Modèle

• Conteneur d'analyse : crée un nouveau conteneur pour une analyse mécanique.

Matériaux

• Matériau pour solide : permet de sélectionner un matériau solide de la base de données.

• Matériau pour fluide : permet de sélectionner un matériau fluide dans la base de données.

• Matériau mécanique non linéaire : permet d'ajouter un modèle de matériau mécanique non linéaire.

• Matériau renforcé : permet de sélectionner dans la base de données des matériaux renforcés composés d'une matrice et d'un renfort.

• Éditeur de matériaux : permet d'ouvrir l'éditeur de matériaux pour éditer des matériaux.

Géométrie de l'élément

• Coupe transversale d'un élément 1D : utilisé pour définir les sections transversales d'éléments de type poutre.

• Rotation d'un élément 1D : utilisé pour faire pivoter les coupes transversales d'éléments de type poutre.

• Épaisseur d'un élément 2D : utilisé pour définir l'épaisseur d'un élément de type coque.

• Section fluide 1D : utilisé pour créer un élément de section fluide pour les réseaux pneumatiques et hydrauliques.

Conditions limites électromagnétiques

• Potentiel électrostatique : utilisé pour définir les conditions limites de potentiel électrostatique.

• Densité de courant : utilisé pour définir les conditions limites de densité de courant. introduit dans la version 0.21

• Magnétisation : utilisé pour définir les conditions limites de magnétisation. introduit dans la version 0.21

Conditions limites des fluides

• Vitesse initiale d'écoulement : utilisé pour définir une vitesse d'écoulement initiale pour un corps (volume).

• Pression initiale : utilisé pour définir une pression initiale pour un corps (volume). introduit dans la version 0.21

• Vitesse d'écoulement comme condition limite : utilisé pour définir une vitesse d'écoulement comme condition aux limites sur une arête (2D) ou une face (3D).

Fonctions d'analyse géométrique

• Contrainte multi-points selon un plan : permet de définir une contrainte pour que les nœuds d'une surface plane restent dans le même plan.

• Affichage des variables de sortie : affiche les variables de sortie prédéfinies du modèle (forces et moments) dans un fichier de données.

• Système de coordonnées locales : utilisé pour définir une contrainte de transformation sur une face.

Conditions limites et charges mécaniques

• Condition de limite fixe : utilisé pour définir une contrainte d'immobilisation sur le point/bord/face(s).

• Contrainte de corps rigide : utilisé pour appliquer la contrainte de corps rigide de CalculiX. Elle contraint le mouvement des nœuds d'une entité géométrique sélectionnée au mouvement d'un point de référence positionné par l'utilisateur. introduit dans la version 1.0

• Condition limite de déplacement : utilisé pour définir une contrainte de déplacement sur le point/bord/face(s).

• Contrainte de contact : utilisé pour définir une contrainte de contact entre deux faces.

• Contrainte de liaison : utilisé pour définir une contrainte de liaison ("contact lié") entre deux faces ou, introduit dans la version 1.0, la symétrie cyclique.

• Ressort : utilisé pour définir un ressort. introduit dans la version 0.20

• Charge d'effort : utilisé pour définir une force en [N] appliquée uniformément à une face sélectionnable dans une direction définissable.

• Charge de pression : permet de définir une contrainte de pression.

• Charge centrifuge : utilisé pour définir une contrainte de charge de corps centrifuge. introduit dans la version 0.20

• Charge de gravité : permet de définir une accélération gravitationnelle agissant sur un modèle.

Conditions limites et charges thermiques

• Température initiale : permet de définir la température initiale d'un corps.

• Charge de flux de chaleur : permet de définir une contrainte de flux de chaleur sur une ou plusieurs face(s)

• Condition limite de température : permet de définir une contrainte de température sur un point/bord/face(s).

• Source de chaleur du corps : utilisé pour définir une source de chaleur interne d'un objet.

Écraser des constantes

• Constante de permittivité du vide : permet de remplacer la permittivité du vide par une valeur personnalisée.

Menu : Maillage

• Mailler avec Netgen : génère un maillage d'éléments finis pour un modèle en utilisant Netgen.

• Mailler avec Gmsh : génère un maillage d'éléments finis pour un modèle en utilisant Gmsh.

• Couche limite de maillage : crée des maillages anisotropes pour des calculs précis près des frontières.

• Mailler plus finement : crée une ou plusieurs zones localisées à mailler, ce qui optimise considérablement le temps d'analyse.

• Collecter un maillage : regroupe et étiquette les éléments d'un maillage (sommet, arête, surface) ensemble, ce qui est utile pour exporter le maillage vers des solveurs externes.

• Effacer des éléments : masque les éléments sélectionnés par un polygone du maillage. introduit dans la version 1.0

• Maillage FEM en maillage surfacique : convertit des surfaces d'éléments 3D ou des éléments 2D entiers d'un maillage sélectionné FEM en maillage surfacique.

Menu : Résolution

• Solveur CalculiX standard : crée un nouveau solveur pour cette analyse.

• Solveur Elmer : crée le contrôleur de solveur pour Elmer.

• Solveur Mystran : crée le contrôleur de solveur pour le solveur MYSTRAN. introduit dans la version 0.20

• Solveur Z88 : crée le contrôleur de solveur pour Z88.

Équations mécaniques

• Équation d'élasticité : équation pour le solveur Elmer pour effectuer des analyses linéaires mécaniques.

• Équation de déformation : équation pour le solveur Elmer permettant de réaliser des analyses mécaniques non linéaires (déformations). introduit dans la version 0.21

Équations électromagnétiques

• Équation électrostatique : équation pour le solveur Elmer pour effectuer des analyses électrostatiques.

• Équation force électrique : équation pour le solveur Elmer pour calculer la force électrique sur les surfaces.

• Équation magnétodynamique : équation pour le solveur Elmer pour calculer la magnétodynamique. introduit dans la version 0.21

• Équation magnétodynamique 2D : équation pour le solveur Elmer pour calculer la magnétodynamique en 2D. introduit dans la version 0.21

• Équation d'écoulement : équation pour le solveur Elmer pour effectuer des analyses d'écoulement.

• Équation de flux : équation pour le solveur Elmer pour effectuer des analyses de flux.

• Équation de chaleur : équation pour le solveur Elmer pour effectuer des analyses de transfert de chaleur.

• Contrôle du solveur : ouvre le menu pour ajuster et lancer le solveur sélectionné.

• Résolution : lance le solveur sélectionné de l'analyse active.

Menu : Résultats

• Purger les résultats : supprime les résultats de l'analyse active.

• Afficher les résultats : utilisé pour afficher le résultat d'une analyse. Cette boîte de dialogue n'est pas disponible pour le solveur Elmer car ce solveur visualise en utilisant uniquement l'objet Pipeline de résultats.

• Appliquer les modifications au pipeline : active l'application immédiate des modifications apportées aux pipelines et aux filtres.

• Pipeline de résultats : permet d'ajouter une nouvelle représentation graphique des résultats d'analyse FEM (échelle de couleurs et plus d'options d'affichage).

• Filtre des déformations : utilisé pour visualiser la forme déformée à l'échelle du modèle.

• Filtre d'écrêtage scalaire : utilisé pour écrêter un champ avec une valeur scalaire spécifiée.

• Filtre de découpe selon une fonction : permet d'afficher les résultats sur une sphère ou un plan traversant le modèle.

• Filtre d'écrêtage selon une région : utilisé pour écrêter un champ avec une sphère ou un plan traversant le modèle.

• Filtre par contours : permet d'afficher des iso-lignes (pour des analyses en 2D) ou des iso-contours. introduit dans la version 0.21

• Filtre d'écrêtage selon une ligne : utilisé pour tracer les valeurs d'un champ le long d'une ligne spécifiée.

• Graphique de linéarisation des critères : crée un graphique de linéarisation des critères.

• Données au point : permet d'afficher la valeur d'un champ sélectionné à un point donné.

Fonctions de filtrage

• Plan : coupe le maillage résultant selon un plan.

• Sphère : coupe le maillage résultant selon une sphère.

• Cylindre : coupe le maillage résultant selon un cylindre. introduit dans la version 0.21

• Boîte : coupe le maillage résultant selon une boîte. introduit dans la version 0.21

Menu : Utilitaires

• Plan de coupe : ajoute un plan de découpe pour l'ensemble de la vue du modèle.

• Supprimer les plans de coupe : supprime tous les plans de coupe existants.

• Exemples : ouvre l'interface graphique pour accéder aux exemples de FEM.

Menu contextuel

• Effacer le maillage FEM : supprime le fichier de maillage du fichier FreeCAD. Utile pour alléger un fichier FreeCAD.

• Informations du maillage FEM : affiche les statistiques de base du maillage existant, le nombre de nœuds et d'éléments de chaque type.

Outils obsolètes

• Condition de limite du fluide : utilisé pour définir une condition limite de fluide. N'avait pas de solveur. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.

• Contrainte de roulement : utilisé pour définir une contrainte de roulement. N'avait pas de solveur. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.

• Contrainte d'engrenage : utilisé pour définir une contrainte d'engrenage. N'avait pas de solveur. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.

• Contrainte de poulie : utilisé pour définir une contrainte de poulie. N'avait pas de solveur. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.

• Solveur CalculiX (nouveau modèle) : identique au modèle original Solveur CalculiX standard avec des vérifications supplémentaires. L'outil était inachevé. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.

• Ensemble de nœuds : crée/définit un ensemble de nœuds à partir d'un maillage FEM. L'outil était inachevé et ne pouvait pas être utilisé. Non disponible dans version 1.0 et suivantes.

Préférences

• Préférences... : préférences disponibles dans les outils FEM.

Informations

Les pages suivantes décrivent différents sujets de l'atelier FEM.

FEM Installation des composants requis : une description détaillée de la configuration des programmes externes utilisés dans l'atelier.

FEM Préparation de la géométrie et maillage : conseils concernant la préparation de la géométrie pour une analyse aux éléments finis et le maillage.

FEM Maillage : détails sur les maillages dans l'atelier FEM.

FEM Solveur : informations supplémentaires sur les différents solveurs disponibles dans l’atelier et sur ceux qui pourraient être utilisés à l’avenir.

FEM CalculiX : plus d’informations sur CalculiX, le solveur par défaut utilisé dans l'atelier pour l'analyse des structures.

FEM Béton : informations intéressantes sur le thème de la simulation des structures en béton.

Tutoriels

Tutoriel 1 : FEM CalculiX Cantilever 3D ; analyse de base sur une poutre.

Tutoriel 2 : FEM Tutoriel ; analyse de la tension dans une structure.

Tutoriel 3 : FEM Tutoriel Python ; exemple de configuration en porte-à-faux entièrement fait par scripts Python, y compris le maillage.

Tutoriel 4 : FEM Cisaillement d'un bloc composite ; voir la déformation d'un bloc composé de deux matériaux.

Tutoriel 5 : Analyse FEM transitoire

Tutoriel 6 : Post-traitement des résultats FEM avec Paraview

Tutoriel 7 : Exemple calcul capacité de deux sphères ; Tutoriel 6 Interface graphique d'Elmer "Exemple calcul capacité de deux sphères" utilisant des exemples FEM.

Tutoriels d'analyse thermomécanique couplée par openSIM

Tutoriel vidéo 1 : Vidéo FEM pour les débutants (avec lien sur YouTube)

Tutoriel vidéo 2 : Vidéo FEM pour les débutants (avec lien sur YouTube)

Nombreux tutoriels vidéo : anisim Logiciels d'ingénierie à code source ouvert (en allemand)

Extension de l'atelier FEM

L'atelier FEM est en constante évolution. Un des objectifs du projet est de trouver des moyens d’interagir facilement avec divers solveurs FEM, afin que l’utilisateur final puisse rationaliser le processus de création, de maillage, de simulation et d’optimisation d’un problème de conception technique, le tout avec FreeCAD.

Les informations suivantes sont destinées aux utilisateurs expérimentés et aux développeurs qui souhaitent étendre l'atelier FEM de différentes manières. Une connaissance des langages C ++ et Python est préconisée. Une certaine connaissance du système "document objet" utilisé dans FreeCAD est également nécessaire. Ces informations sont disponibles dans la Documentation pour utilisateurs expérimentés et la Documentation pour développeurs. Veuillez noter que FreeCAD étant toujours en cours de développement, certains articles peuvent être anciens et donc obsolètes. Les informations les plus récentes sont traitées dans les forums FreeCAD, dans la section Développement. Pour les discussions sur l'atelier FEM, les conseils ou l’aide pour l’extension de l’atelier reférez vous dans le sous forum FEM.

Les articles suivants expliquent comment étendre l'atelier, par exemple en ajoutant de nouveaux types de conditions aux limites (contraintes) ou équations.

• Extension module FEM
• Embarquer les développeurs FEM tente d'orienter les nouveaux développeurs sur la façon de contribuer à l'atelier FEM.
• Tutoriel FEM Ajouter une équation
• Tutoriel FEM Ajouter une contrainte

Un guide du développeur a été rédigé pour aider les utilisateurs expérimentés à comprendre les bases complexes du code de FreeCAD et les interactions entre les éléments centraux et les ateliers individuels. Le livre est hébergé sur github afin que plusieurs utilisateurs puissent y contribuer et le mettre à jour.

• Aperçu préliminaire du ebook : Guide du développeur de modules pour FreeCAD (Discussion sur le forum).
• FreeCAD Mod Dev Guide (dépôt github)

Extension de la documentation de l'atelier FEM

• Plus d'informations concernant l'extension ou l'absence de documentation FEM peuvent être trouvées dans le forum : documentation FEM manquante sur le Wiki