Material/pl

Informacje ogólne

Ta strona dotyczy systemu danych materiałów w programie FreeCAD.

Obecnie jest edytowana, aby odzwierciedlić zmiany w systemie materiałów, który jest w trakcie opracowywania.

Streszczenie

W odróżnieniu od poprzednich wersji, materiały nie są już implementowane jako prosty słownik. Poprzedni system miał zaletę prostoty, ale wadą były ograniczone możliwości opisywania właściwości materiałów.

W nowym systemie, właściwości są definiowane oddzielnie jako seria plików YAML. Następnie właściwości są łączone w opis właściwości z wartościami określonymi dla wymaganych właściwości. Nowsze typy danych, takie jak tablice, oznaczają, że nie można już uzyskać do nich dostępu za pomocą prostych słowników. Zamiast tego, do uzyskania dostępu do właściwości materiału i wartości danych używane jest API. Pozwala to na większe możliwości niż było to możliwe wcześniej.

Przybory

Istnieje kilka dobrych zasobów, które ułatwiają obsługę materiałów:

• Kalkulator jednostek umożliwiający uzyskanie informacji o materiałach w jednostkach wymaganych przez program FreeCAD
• http://www.matweb.com/ bezpłatnie Baza danych materiałów zawierająca tysiące wartości materiałów
• Generator UUID do tworzenia unikalnych identyfikatorów UUID dla nowych modeli. Zalecana jest wersja 4 UUID.

Właściwości

W przeciwieństwie do poprzedniego standardu materiałów, właściwości materiałów są jasno zdefiniowane. Zostały one zaprojektowane tak, aby były szczegółowe i rozszerzalne. Właściwości mogą dziedziczyć wiele właściwości, dodając tylko te, które się różnią. Poprawi to wyszukiwanie i uprości wdrażanie.

Obecnie nie ma dedykowanego edytora właściwości. Można je edytować za pomocą dowolnego narzędzia YAML lub prostego edytora, takiego jak nano lub Notatnik.

Pliki definiujące właściwości są nazywane modelami.

Przykładowy plik YAML modelu właściwości

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]"

Właściwości nie są zawarte w jednym dużym pliku definicji, ale są szczegółowe i zazwyczaj skupiają się na konkretnym zadaniu. Modele dzielą się na dwie podstawowe kategorie:

• Modele fizyczne: oznaczone słowem kluczowym "Model", jak pokazano tutaj, definiują właściwości fizyczne materiału.
• Modele wyglądu: oznaczone słowem kluczowym "AppearanceModel", definiują sposób wyświetlania materiału.

Każdy model ma unikalny identyfikator, czyli UUID, który służy do wewnętrznego odwoływania się do niego. Spójność tego UUID jest ważna, ponieważ zmiana go dla jednego dokumentu może mieć wpływ również na inne dokumenty. Zasadniczo dodawanie elementów do definicji nie wymaga zmiany identyfikatora, ponieważ mogą one nadal być używane w innych dokumentach, ale zmiana wartości wymagałaby nowego UUID.

Opcjonalny adres URL może zawierać link do szczegółowego opisu właściwości materiału. Biorąc pod uwagę, że jest to opis właściwości, a nie samego materiału, powinien on być w tym momencie dość ogólny. Krótszy opis, zazwyczaj jedno lub dwuwierszowy, może również zostać zawarty w opisie modelu.

Każdy materiał może również zawierać identyfikator DOI (Digital Object Identifier), który poprzez stronę https://www.doi.org/ odsyła do publikacji naukowej lub podobnego interesującego obiektu.

Dziedziczenie

Dziedziczenie to nowa funkcja. Istnieją dwa główne przypadki użycia.

Jednym z przykładów zastosowania jest możliwość modyfikowania modeli bez naruszania innych dokumentów. Na przykład w przypadkach, gdy typ właściwości jest inny, można zdefiniować pochodny model właściwości, który zmienia tylko tę konkretną właściwość bez naruszania istniejących dokumentów, które się do niej odwołują.

Drugim przykładem zastosowania jest grupowanie właściwości w sposób umożliwiający wyszukiwanie. Na przykład wszystkie obiekty fizyczne mają gęstość i w wielu przypadkach będzie to jedyna dostępna informacja na temat danego materiału. W przypadkach, w których dostępne są właściwości elastyczności liniowej, chcielibyśmy również je uwzględnić. W jeszcze innym przykładzie, gdzie elastyczność jest różna w różnych kierunkach, jak w przypadku drewna, możemy zdefiniować kolejny model, który jest pochodną gęstości. Informacje nie są powielane w trzech modelach właściwości. Dodatkowo możemy wyszukać materiały, które mają właściwość gęstości i zwrócić wszystkie trzy modele.

Powyższy przykład dziedziczy po dwóch innych definicjach właściwości. Odbywa się to poprzez określenie słowa kluczowego "Inherits", po którym następuje lista nazw modeli i identyfikatorów. Jeśli nie ma dziedziczenia, sekcja ta może zostać pominięta.

Właściwości

Właściwości definiuje się poprzez podanie nazwy właściwości, po której następuje seria deskryptorów. Deskryptor "Typ" jest zawsze wymagany. Pozostałe deskryptory są wymagane tylko wtedy, gdy są niezbędne do uzupełnienia informacji o typie. Adres URL i opis są opcjonalne, ale zaleca się ich podanie, jeśli to możliwe.

Typy właściwości

Listy

Istnieją trzy typy list: „List”, „FileList” i „ImageList”. W rzeczywistości, wszystkie trzy są takie same, z tą różnicą, że używają różnych edytorów. W przypadku „FileList” każdy wpis ma selektor pliku. Podobnie, „ImageList” otwiera edytor obrazów. „ImageList” różni się tym, że jest bardzo dużą reprezentacją obrazu w postaci łańcucha tekstowego i może generować wyjątkowo duże pliki kart materiałowych. Używaj ostrożnie.

Tablice 2D

Tablice mają pewne unikalne cechy w porównaniu z innymi typami właściwości. Każda kolumna tablicy musi być opisana, co oznacza konieczność dodania właściwości 'Columns'. Ta właściwość jest wtedy listą właściwości opisujących każdą kolumnę.

Tablice 2D mają minimum 2 kolumny i wspierają tylko typ właściwości 'Quantity'. W przyszłości można to rozbudować o inne typy właściwości.

Wartości w tablicy są określone poprzez podanie wartości z pierwszej kolumny.

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

Tablice 3D

Tablice 3D są podobne w implementacji do tablic 2D opisanych w poprzednich sekcjach. Występuje słowo kluczowe 'Columns', po którym znajduje się lista właściwości opisujących kolumny. Pierwsza kolumna opisuje głębokość, czyli trzeci wymiar tablicy, a pozostałe kolumny opisują kolejne kolumny. Można to traktować jako indeksowaną listę tablic dwuwymiarowych.

Ponieważ dwuwymiarowa tablica wymaga co najmniej 2 wymiarów, potrzeba minimum 3 kolumn.

Dostęp do wartości w tablicy uzyskuje się podając najpierw głębokość a następnie wartość z pierwszej kolumny tablicy 2D (druga kolumna tutaj).

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

Uwaga o tablicach

To są nowe rozwiązania, niedostępne dotychczas. W przyszłości może zostać dodanych wiele możliwości, które obecnie nie są zaimplementowane. Przykładowo, tablice z kolumnami ciągów znaków są potencjalnie przydatne, ale niezaimplementowane obecnie.

Interpolacja jest ważną funkcją, która obecnie nie jest zaimplementowana. Na przykład tablica z wartościami wierszy równymi 1 i 2 zwróci tylko dokładne dopasowania. Zatem wyszukiwanie wartości 1,5 spowoduje błąd. W przyszłości, tablice będą określały wartość przybliżoną poprzez interpolację dostępnych danych.

Baza danych materiałów

Biorąc pod uwagę, że powyższy standard jest zaimplementowany, bezsensowne byłoby przechowywanie wszystkich właściwości w obiektach wielokrotnie. Zasadniczo, można zbudować bazę danych materiałów z nazwą jako kluczem głównym. Dzięki temu, jeśli nie masz żadnych specjalnych wymagań dotyczących materiału, wystarczy zdefiniować np. Name=Steel, a FreeCAD pobierze wszystkie właściwości z tej bazy danych. Każda dodatkowa właściwość ustawiona w mapie zastępuje tę z bazy danych.

W przyszłości, możemy przechowywać taką bazę danych gdzieś w sieci i zbudować ogólną otwarto-źródłową bazę danych materiałów.

Aktualnie, myślę o bazie danych zbudowanej w mini zestawie danych zawierającym zestaw "podstawowych" materiałów i ich podstawowe właściwości oraz o pełnej wersji opartej na SQLite.

Material.py

Ponieważ obsługa właściwości materiałów jest żmudnym zadaniem, powinniśmy zaimplementować moduł front-end w Pythonie o nazwie Material.py [source]. Będzie to miejsce, w którym zostaną zaimplementowane wszelkiego rodzaju metody pomocnicze do obsługi materiałów.

• Obliczanie masy na podstawie objętości i gęstości
• Konwersja między różnymi układami jednostek
• Obliczenia potrzebne w specjalnych zastosowaniach (takich jak MES)
• Oraz wszystko inne, czego jeszcze nie przewidzieliśmy

Ten moduł powinien być zaimplementowany w taki sposób, aby mógł działać zarówno we FreeCAD, jak i samodzielnie z linii poleceń (mapa właściwości materiału musi być podana jako mapa Pythona).

Format pliku karty materiałowej FreeCAD

Praca z materiałami często wymaga importowania i eksportowania definicji materiałów. Dlatego potrzebny jest format pliku. Ponieważ mamy jedynie formę klucz/wartość, możemy użyć prostego, łatwego do odczytania i przetwarzania formatu pliku. W związku z tym, wybrano format ini-file. Jest on ustandaryzowany i istnieją już dostępne parsery. Przykładowo moduł Config parser w Pythonie.

Każda definicja materiału znajduje się w pliku z rozszerzeniem .FCMat. Niektóre z tych plików są częścią źródeł FreeCAD i są kompilowane do pliku binarnego. Ma to na celu zmniejszenie narzutu przy dystrybucji i dostępie. Pliki mogą być jednak również umieszczane i wyszukiwane w różnych lokalizacjach, aby umożliwić dodawanie niestandardowych definicji materiałów.

Przykładowy plik .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

Właściwości materiałów

Poniżej znajduje się opis uzgodnionych właściwości materiałów. Zachęcam do dodania podsekcji dotyczącej właściwości materiałowych z Twojej dziedziny specjalizacji.

Ogólne

Do zrobienia: dodać właściwości z systemem klasyfikacji materiałów (metal, stop, minerał, drewno, ...)

Mechaniczne

Do zrobienia: dodać kolejne właściwości mechaniczne stosowane w projektowaniu.

Graficzne

Ta sekcja definiuje właściwości materiałów związane z wizualną reprezentacją materiału.

Termiczne

Architektura i BIM

Do zrobienia

• dodać właściwości związane ze zrównoważonym rozwojem i LEED

BIM

• 2D drafting: Sketch, Line, Polyline, Circle, Arc, Arc by 3 points, Fillet, Ellipse, Polygon, Rectangle, B-spline, Bézier curve, Cubic Bézier curve, Point

---

• 3D/BIM: Project, Site, Building, Level, Space, Wall, Curtain Wall, Column, Beam, Slab, Door, Window, Pipe, Pipe Connector, Stairs, Roof, Panel, Frame, Fence, Truss, Equipment
  • Reinforcement tools: Custom Rebar, Straight Rebar, U-Shape Rebar, L-Shape Rebar, Stirrup, Bent-Shape Rebar, Helical Rebar, Column Reinforcement, Beam Reinforcement, Slab Reinforcement, Footing Reinforcement
  • Generic 3D tools: Profile, Box, Shape builder..., Facebinder, Objects library, Component, External reference

---

• Annotation: Text, Shape from text, Aligned dimension, Horizontal dimension, Vertical dimension, Leader, Label, Axis, Axes System, Grid, Section Plane, Hatch, Page, View, Shape-based view

---

• Snapping: Snap lock, Snap endpoint, Snap midpoint, Snap center, Snap angle, Snap intersection, Snap perpendicular, Snap extension, Snap parallel, Snap special, Snap near, Snap ortho, Snap grid, Snap working plane, Snap dimensions, Toggle grid, Working Plane Top, Working Plane Front, Working Plane Side

---

• Modify: Move, Copy, Rotate, Clone, Create simple copy, Make compound, Offset, 2D Offset..., Trimex, Join, Split, Scale, Stretch, Draft to sketch, Upgrade, Downgrade, Add component, Remove component, Array, Path array, Polar array, Point array, Cut with plane, Mirror, Extrude..., Difference, Union, Intersection

---

• Manage: BIM Setup..., Views manager, Manage project..., Manage doors and windows..., Manage IFC elements..., Manage IFC quantities..., Manage IFC properties..., Manage classification..., Manage layers..., Material, Schedule, Preflight checks..., Annotation styles...

---

• Utils: Toggle bottom panels, Move to Trash, Working Plane View, Select group, Set slope, Create working plane proxy, Add to construction group, Split Mesh, Mesh to Shape, Select non-manifold meshes, Remove Shape from Arch, Close Holes, Merge Walls, Check, Toggle IFC Brep flag, Toggle subcomponents, Survey, IFC Diff, IFC explorer, Create IFC spreadsheet..., Image plane, Unclone, Rewire, Glue, Reextrude
  • Panel tools: Panel, Panel Cut, Panel Sheet, Nest
  • Structure tools: Structure, Structural System, Multiple Structures
  • IFC tools: IFC Diff..., IFC Expand, Make 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

---

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

Środowisko pracy MES

• Analiza MES

• Materiał: Bryła, Ciecz, Nieliniowy materiał mechaniczny, Materiał zbrojony (beton), Edytor materiału

• Geometria elementu: Geometria elementu, Obrót w okół osi, Geometria elementu 2D, Element przepływu

---

Wiązania

• Elektromagnetyczne: Potencjał elektryczny, Gęstość prądu, Magnetyzacja

• Ciecz: Warunek początkowy prędkości przepływu, Ciśnienie początkowe, Prędkość przepływu

• Geometryczne: Obrót w płaszczyźnie, Zapis wyników z przekroju, Zdefiniuj odkształcenie

• Mechaniczne: Zdefiniuj przytwierdzenie, Zdefiniuj przemieszczenie, Zdefiniuj kontakt, Zdefiniuj powiązanie, Wiązanie sprężyny, Zdefiniuj siłę, Zdefiniuj obciążenie ciśnieniem, Zdefiniuj siłę odśrodkową, Zdefiniuj obciążenie ciężarem własnym

• Termiczne: Warunek początkowy temperatury, Zdefiniuj strumień ciepła, Zdefiniuj temperaturę, Zdefiniuj objętościowe źródło ciepła

• Zmieniające wiązania: Zdefiniuj przenikalność elektryczną próżni

---

• Siatki: Siatka Netgen, Siatka GMSH, Warstwa graniczna siatki, Obszar siatki, Grupa siatki, Utwórz zestaw węzłów, Siatka MES na obiekt środowiska Siatka

• Solver: Narzędzia CalculiX, Elmer, Mystran, Z88; Równania: Elastyczności, Elektrostatyczne, Siły elektrostatycznej, Magnetodynamiczne, RMagnetodynamiczne 2D, Przepływu, Strumienia, Ciepła; Solver: Kontrola pracy solvera, Uruchom solver

• Wyniki: Oczyszczanie z wyników, Prezentacja wyników; Postprocessing: Zastosuj zmiany, Prezentacja graficzna, Filtr rozpraszający, Skalarny filtr obcinający, Filtr odcięcia funkcji, Filtr odcięcia obszaru, Filtr konturów, Filtr danych wzdłuż linii, Wykres liniowości naprężeń, Filtr obcinania danych w punkcie, Utwórz funkcję, Filtr funkcji płaszczyzny, Filtr funkcji sfery, Filtr funkcji walca, Filtr funkcji prostopadłościanu

• Narzędzia: Płaszczyzna tnąca, Usuń płaszczyznę tnąca, Przykłady; Usuń siatkę, Informacje o siatce

---

• Dodatkowe: Konfiguracja, Instalacja środowiska MES, Siatka, FEM Solver, CalculiX, Beton, Rodzaje elementów

Centrum użytkownika

• Jak zacząć
• Instalacja: Pobieranie programu, Windows, Linux, Mac, Dodatkowych komponentów, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
• Podstawy: Informacje na temat FreeCAD, Interfejs użytkownika, Profil nawigacji myszką, Metody wyboru, Nazwa obiektu, Edytor ustawień, Środowiska pracy, Struktura dokumentu, Właściwości, Pomóż w rozwoju FreeCAD, Dotacje

---

• Pomoc: Poradniki, Wideo poradniki
• Środowiska pracy: Strona Startowa, Złożenie, BIM, CAM, Rysunek Roboczy, MES, Inspekcja, Siatka, OpenSCAD, Część, Projekt Części, Punkty, Inżynieria Wsteczna, Robot, Szkicownik, Arkusz Kalkulacyjny, Powierzchnia 3D, Rysunek Techniczny, Test Framework

---

• Dodatki: Menadżer dodatków, Zewnętrzne środowiska pracy, Skrypty i makrodefinicje

---

• Hubs: Centrum użytkownika, Centrum Power użytkownika, Centrum programisty