Material/fr

Présentation

Cette page vous renseigne sur le système de données des matériaux dans FreeCAD.

Il est actuellement en cours de révision afin de refléter les modifications apportées au système de matériaux actuellement en cours de développement.

Résumé

Contrairement aux versions précédentes, les matériaux ne sont plus implémentés sous la forme d'un simple dictionnaire. Le système précédent présentait l'avantage d'être simple, mais avait pour inconvénient d'offrir une gamme limitée pour décrire les propriétés des matériaux.

Outils

Il existe plusieurs ressources utiles pour faciliter la gestion des matériaux :

• Calculateur d'unités pour obtenir les informations sur vos matériaux dans les unités requises par FreeCAD
• http://www.matweb.com/ gratuit Base de données de matériaux contenant des milliers de valeurs
• Générateur d'UUID pour créer des UUID uniques pour les nouveaux modèles. Un UUID de version 4 est recommandé.

Propriétés

Contrairement à la norme précédente, les propriétés des matériaux sont clairement définies. Elles ont été conçues pour être granulaires et extensibles. Les propriétés peuvent hériter de plusieurs propriétés, en ajoutant uniquement ce qui est différent. Cela améliorera la recherche et simplifiera la mise en œuvre.

Actuellement, il n'existe pas d'éditeur dédié aux propriétés. Elles peuvent être modifiées à l'aide de n'importe quel outil YAML ou d'un éditeur simple tel que nano ou Notepad.

Les fichiers de définition des propriétés sont appelés modèles.

Exemple de fichier modèle des propriétés YAML

Model:
  Name: 'Linear Elastic'
  UUID: '7b561d1d-fb9b-44f6-9da9-56a4f74d7536'
  URL: 'https://en.wikipedia.org/wiki/Linear_elasticity'
  Description: >
    Materials that are linearly elastic obey Hooke's law i.e. the stress and
    strain relationship is linear
  DOI: "10.1016/j.ijplas.2004.06.004"
  Inherits:
    - Density:
      UUID: '454661e5-265b-4320-8e6f-fcf6223ac3af'
    - IsotropicLinearElastic:
      UUID: 'f6f9e48c-b116-4e82-ad7f-3659a9219c50'
  AngleOfFriction:
    Type: 'Quantity'
    Units: 'deg'
    URL: 'https://en.wikipedia.org/wiki/Friction#Angle_of_friction'
    Description: >
      Further information can be found at
      https://en.wikipedia.org/wiki/Mohr%E2%80%93Coulomb_theory
  CompressiveStrength:
    Type: 'Quantity'
    Units: 'kPa'
    URL: 'https://en.wikipedia.org/wiki/Compressive_strength'
    Description: "Compressive strength in [FreeCAD Pressure unit]"

Plutôt que d'un grand fichier de définition monolithique, les propriétés sont granulaires, généralement axées sur une tâche spécifique. Les modèles se divisent en deux catégories de base :

• Modèles physiques : identifiés par le mot-clé « Model » comme indiqué ici, ils définissent les propriétés physiques du matériau
• Modèles d'apparence : identifiés par le mot-clé « AppearanceModel », ils définissent la manière dont le matériau sera affiché.

Chaque modèle possède un identifiant unique, ou UUID, qui est utilisé pour le référencer en interne. La cohérence de cet UUID est importante, car le modifier pour un document peut également affecter d'autres documents. En règle générale, les ajouts à la définition ne nécessitent pas de changement d'identifiant, car ils peuvent toujours être utilisés dans d'autres documents, mais les changements de valeur nécessiteraient un nouvel UUID.

Une URL facultative peut renvoyer vers une description détaillée de la propriété du matériau décrite. Étant donné qu'il s'agit d'une description de la propriété et non du matériau lui-même, elle doit être assez générique à ce stade. Une description plus courte, généralement d'une ou deux lignes, peut également être incluse dans la description du modèle.

Chaque document peut également inclure un DOI (Digital Object Identifier) qui renvoie, via https://www.doi.org/, à une publication scientifique ou à un élément similaire présentant un intérêt.

Héritage

L'héritage est une nouvelle fonction. Il existe deux principaux cas d'utilisation.

Un cas d'utilisation consiste à offrir la possibilité de modifier des modèles sans endommager d'autres documents. Par exemple, dans les cas où un type de propriété est différent, vous pouvez définir un modèle de propriété dérivé qui ne modifie que cette propriété spécifique sans endommager les documents existants qui y font référence.

Un deuxième cas d'utilisation consiste à regrouper les propriétés de manière à pouvoir les rechercher. Par exemple, tous les objets physiques ont une densité, et dans de nombreux cas, ce sera la seule information disponible pour ce matériau. Dans les cas où les propriétés d'élasticité linéaire sont disponibles, nous souhaiterions également les inclure. Dans un autre exemple où l'élasticité est différente selon les directions, comme le bois, nous pouvons définir un autre modèle dérivé de la densité. Les informations ne sont pas dupliquées dans les trois modèles de propriétés. De plus, nous pouvons effectuer une recherche sur les matériaux qui ont la propriété de densité et renvoyer les trois modèles.

L'exemple ci-dessus hérite de deux autres définitions de propriétés. Pour ce faire, il spécifie le mot-clé « Inherits » suivi d'une liste des noms et identifiants des modèles. S'il n'y a pas d'héritage, cette section peut être omise.

Propriétés

Les propriétés sont définies en fournissant le nom de la propriété, suivi d'une série de descripteurs. Le descripteur « Type » est toujours obligatoire. Les autres descripteurs ne sont obligatoires que pour compléter les informations relatives au type. L'URL et la description sont facultatives, mais recommandées dans la mesure du possible.

Types de propriétés

Listes

Il existe trois types de listes : « List », « FileList » et « ImageList ». En réalité, les trois sont identiques, à l'exception du fait qu'elles utilisent des éditeurs différents. Pour « FileList », chaque entrée dispose d'un sélecteur de fichiers. De même, « ImageList » ouvre l'éditeur d'images. « ImageList » se distingue par le fait qu'il s'agit d'une représentation sous forme de chaîne très longue d'une image et qu'elle peut générer des fichiers de cartes de matériel extrêmement volumineux. À utiliser avec précaution.

Tableaux 2D

Les tableaux ont certaines propriétés uniques par rapport aux autres types de propriétés. Chaque colonne du tableau doit être décrite, ce qui nécessite l'ajout de la propriété « Columns ». La propriété « Columns » est alors une liste de propriétés décrivant chaque colonne.

Les tableaux 2D ont au minimum 2 colonnes et ne prennent en charge que le type de propriété « Quantity ». Cela pourrait être étendu à d'autres types de propriétés à l'avenir.

Les valeurs dans le tableau sont spécifiées en fournissant une valeur à partir de la première colonne.

TestArray2D3Column:
  Type: '2DArray'
  Columns:
    Temperature:
      Type: 'Quantity'
      Units: 'C'
      URL: ''
      Description: "Temperature"
    Density:
      Type: 'Quantity'
      Units: 'kg/m^3'
      URL: 'https://en.wikipedia.org/wiki/Density'
      Description: "Density in [FreeCAD Density unit]"
    InitialYieldStress:
      Type: 'Quantity'
      Units: 'kPa'
      URL: ''
      Description: >
        Saturation stress for Voce isotropic hardening [FreeCAD Pressure unit]
  URL: ''
  Description: >
    2 Dimensional array showing density and initial yield stress with temperature

Tableaux 3D

Les tableaux 3D sont similaires dans leur implémentation aux tableaux 2D décrits dans les sections précédentes. Il existe un mot-clé « Columns » suivi d'une liste de propriétés pour décrire les colonnes. La première colonne décrit la profondeur ou la troisième dimension du tableau, les colonnes restantes décrivant les colonnes restantes. Cela peut être considéré comme une liste indexée de tableaux à deux dimensions.

Étant donné qu'un tableau à deux dimensions nécessite au minimum deux dimensions, cela nécessitera au minimum trois colonnes.

Pour accéder aux valeurs du tableau, il faut d'abord spécifier la profondeur, puis la valeur de la première colonne du tableau 2D (ici, la deuxième colonne).

TestArray3D:
  Type: '3DArray'
  Columns:
    Temperature:
      Type: 'Quantity'
      Units: 'C'
      URL: ''
      Description: "Temperature"
    Stress:
      Type: 'Quantity'
      Units: 'MPa'
      URL: ''
      Description: "Stress"
    Strain:
      Type: 'Quantity'
      Units: 'MPa'
      URL: ''
      Description: "Strain"
  URL: ''
  Description: >
    3 Dimensional array showing stress and strain as
    a function of temperature

Remarque concernant les tableaux

Il s'agit d'une nouvelle fonction qui n'était pas disponible auparavant. De nombreuses fonctions qui ne sont pas encore implémentées pourraient être ajoutées à l'avenir. Par exemple, les tableaux contenant des colonnes de chaînes de caractères pourraient s'avérer utiles, mais ils ne sont pas encore implémentés.

L'interpolation est une fonction importante qui n'est actuellement pas implémentée. Par exemple, un tableau dont les valeurs d'entrée des lignes sont 1 et 2 ne renverra que des correspondances exactes. Ainsi, une recherche de 1.5 renverra une erreur. À l'avenir, les tableaux détermineront une valeur approximative en interpolant à partir des données disponibles.

Base de données des matériaux

Étant donné que la norme ci-dessus est mise en œuvre, il ne serait pas logique de stocker toutes les propriétés à plusieurs reprises dans les objets. En gros, nous pouvons créer une base de données de matériaux avec le nom comme clé primaire. Ainsi, si vous n'avez pas d'exigences particulières pour votre matériau, il vous suffit de définir par exemple Name=Steel, et FreeCAD peut récupérer toutes les propriétés à partir de cette base de données. Chaque propriété supplémentaire que vous définissez dans la carte remplace celle de la base de données.

À l'avenir, nous pourrons héberger cette base de données quelque part sur le web et constituer une base de données générale open source sur les matériaux.

Pour l'instant, j'envisage une base de données compilée dans un mini-ensemble de données contenant un ensemble de matériaux « de base » et leurs propriétés fondamentales, ainsi qu'une version complète basée sur SQLite.

Material.py

Étant donné que la gestion des propriétés des matériaux est un travail fastidieux, nous devrions implémenter un module frontal Python appelé Material.py [source]. Ce sera l'endroit où implémenter toutes sortes de méthodes d'aide pour la gestion des matériaux.

• Calcul de la masse à partir du volume et de la densité
• Conversion dans différents systèmes d'unités
• Calculs nécessaires dans une application spéciale (telle que FEM)
• Et tout autre élément que nous ne connaissons pas encore

Le module doit être implémenté de manière à pouvoir fonctionner dans FreeCAD ou de manière autonome en ligne de commande (la carte des propriétés des matériaux doit être fournie sous forme de carte Python).

Format de fichier de jeu de matériau de FreeCAD

Travailler avec des matériaux implique souvent d'importer/exporter des définitions de matériaux. Un format de fichier est donc nécessaire. Comme nous n'avons qu'un format clé/valeur, nous pouvons utiliser un format de fichier simple et facile à lire et à analyser. C'est pourquoi le format INI a été choisi. Il est normalisé et il existe déjà des analyseurs disponibles. Par exemple, le module d'analyseur de configuration en Python.

Chaque définition de matière réside dans un fichier avec extension .FCMat. Certains de ces fichiers font partie du source de FreeCAD et sont compilés dans le fichier binaire. Il s'agit de sauver des dépenses dans la distribution et l'accès. Mais les fichiers peuvent aussi être placés et répartis à différents endroits pour accepter les autres définitions de matériaux non standards.

Exemple de fichier .FCMat

; last modified 1 April 2001 by John Doe

Name=Steel_Cast
Father=Steel
Source=Some material book everyone knows (or not); Some comment

[EN10027]
; steel standard EN 10027-1
Name=S235JR+AR

[Graphic]
EmissiveColor = 255,255,255

Propriétés des matériaux

Voici la description des propriétés convenues pour les matériaux. N'hésitez pas à ajouter une sous-section pour les propriétés des matériaux relevant de votre domaine d'expertise.

Général

À faire : ajouter certaines propriétés avec un système de commandes de matériaux (métal, alliage, minéral, bois...)

Mécanique

À faire : ajouter encore des propriétés requises pour la conception mécanique.

Apparence

Cette section définit les propriétés des matériaux liées à leur apparence visuelle.

Thermique

Architecture et BIM

À faire

• Ajouter durabilité et propriétés LEED

BIM

• Ébauche 2D : Esquisse, Ligne, Polyligne, Cercle, Arc, Arc par 3 points, Congé, Ellipse, Polygone, Rectangle, B-Spline, Courbe de Bézier, Courbe de Bézier cubique, Point

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• 3D/BIM : Projet, Site, Bâtiment, Niveau, Espace, Mur, Mur-rideau, Colonne, Poutre, Dall, Porte, Fenêtre, Conduite, Raccord, Escaliers, Toit, Panneau, Ossature, Clôture, Treillis, Equipment
  • Outils de renforcement : Armature personnalisée, Armature droite, Armature en U, Armature en L, Armature en étrier, Armature cintrée, Armature hélicoïdale, Armature pour colonne, Armature pour poutre, Armature de dalle, Armature de semelle
  • Outils 3D génériques : Profilé, Boîte, Générateur de formes, Surface liée, Bibliothèque d'objets, Composant, Référence externe

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• Annotation : Texte, Forme à partir d'un texte, Dimension alignée, Dimension horizontale, Dimension verticale, Ligne de référence, Étiquette, hachure, Axes, Système d'axes, Grille, Plan de coupe, Feuille TechDraw, Nouvelle vue
  • Créer des vues 2D : Dessin 2D, Projection 2D, Coupe 2D

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• Aimantation : Verrouiller l'aimantation, Aimantation Extrémité, Aimantation Milieu, Aimantation Centre, Aimantation Angle, Aimantation Intersection, Aimantation Perpendiculaire, Aimantation Extension, Aimantation Parallèle, Aimantation Spécial, Aimantation Au plus proche, Aimantation Orthogonal, Aimantation Grille, Aimantation Au plan de travail, Aimantation Dimensions, Basculer la grille, Plan de travail de devant, Plan de travail en haut, Plan de travail de côté, Plan de travail

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• Modifier : Déplacer, Copier, Pivoter, Cloner, Copie simple, Créer un composé, Décalé, Décalé en 2D, Ajuster, Joindre, Scinder, Échelle, Étirer, Draft vers Esquisse, Agréger, Désagréger, Ajouter un composant, Supprimer un composant, Réseau orthogonal, Réseau selon une courbe, Réseau polaire, Réseau de points, Couper selon un plan coupe, Miroir, Extrusion, Soustraction, Union, Intersection

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• Manage: BIM Setup, Views Manager, Setup Project, Manage Doors and Windows, Manage IFC Elements, Manage IFC Quantities, Manage IFC Properties, Manage Classification, Manage Layers, Material, Schedule, Preflight Checks, Annotation Styles

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• Utils: Toggle Bottom Panels, Move to Trash, Working Plane View, Select Group, Set Slope, Working Plane Proxy, Add to Construction Group, Split Mesh, Mesh to Shape, Select Non-Manifold Meshes, Remove Shape From BIM, Close Holes, Merge Walls, Check, Toggle IFC B-Rep Flag, Toggle Subcomponents, Survey, IFC Diff, IFC Explorer, New IFC Spreadsheet, Image Plane, Unclone, Rewire, Glue, Re-Extrude
  • Panel Tools: Panel, Panel Cut, Panel Sheet, Nest
  • Structure Tools: Structure, Structural System, Multiple Structures
  • IFC Tools: IFC Diff, IFC Expand, Create IFC Project, IfcOpenShell Update
  • Nudge: Nudge Switch, Nudge Up, Nudge Down, Nudge Left, Nudge Right, Nudge Rotate Left, Nudge Rotate Right, Nudge Extend, Nudge Shrink

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• Additional: Preferences, Fine tuning, Import Export Preferences, IFC, DAE, OBJ, JSON, 3DS, SHP

FEM

• FEM Conteneur d'analyse

• Matériaux : Solide, Fluide, Mécanique non linéaire, Renforcé (type béton) ; Éditeur de matériaux

• Géométrie de l'élement : Poutre (1D), Rotation de poutre (1D), Coque (2D), Section fluide (1D)

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Contraintes

• Électromagnétique : Potentiel électrostatique, Densité de courant, Magnétisation

• Fluide : Vitesse initiale d'écoulement, Pression initiale, Vitesse d'écoulement

• Géometrique : Rotation plane, Empreinte de section, Transformation

• Mécanique : Immobilisation, Déplacement, Contact, Liaison, Ressort, Force, Pression, Centrifuge, Poids propre

• Thermique : Température initiale, Flux de chaleur, Température, Source thermique

• Remplacer les Constantes : Permittivité du vide

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• Maillage : Maillage Netgen, Maillage GMSH, Couche limite de maillage, Région de maillage, Groupe de maillage, Ensemble de nœuds, Maillage à maillage

• Solveur : CalculiX Standard, Elmer, Mystran, Z88 ; Équations : Déformation, Élasticité, Électrostatique, Force électrique, Magnétodynamique, Magnétodynamique 2D, Écoulement, Flux, Chaleur ; Solveur : Réglage du solveur, Calcul du solveur

• Résultats : Purger, Afficher ; Postprocessing : Appliquer les modifications, Pipeline du résultat, Filtre des déformations, Filtre d'écrêtage scalaire, Filtre de fonction de découpe, Filtre d'écrêtage selon une région, Filtre par contours, Filtre d'écrêtage selon une ligne, Graphique de linéarisation des critères, Données du filtre d'écrêtage du point, Filtre fonction plan, Filtre fonction sphère, Filtre fonction cylindre, Filtre fonction boîte

• Utilitaires : Plan de coupe, Supprimer les plans de coupe, Exemples ; Supprimer le maillage, Affichage des informations du maillage

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• Additionnel : Préférences ; Installation, FEM Maillage, Solveur, CalculiX, FEM Béton ; FEM Types d'élements

Hub utilisateurs

• Démarrer avec FreeCAD
• Installation : Téléchargements, Windows, Linux, Mac, Logiciels supplémentaires, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
• Bases : À propos de FreeCAD, Interface, Navigation par la souris, Méthodes de sélection, Objet name, Préférences, Ateliers, Structure du document, Propriétés, Contribuer à FreeCAD, Faire un don

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• Aide : Tutoriels, Tutoriels vidéo
• Ateliers : Std Base, Arch, Assembly, CAM, Draft, FEM, Inspection, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Points, Reverse Engineering, Robot, Sketcher, Spreadsheet, Surface, TechDraw, Test

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• Addons : Gestionnaire d'Addons, Ateliers externes, Scripts et macros

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• Hubs : Hub utilisateurs, Hub utilisateurs expérimentés, Hub Développeurs