FEM CalculiX/pl

Wprowadzenie

Ta strona zbiera informacje o solverze MES CalculiX, który stanowi domyślny solver w środowisku pracy MES do analiz mechanicznych i termo-mechanicznych. W zależności od systemu operacyjnego, może być konieczność zainstalowania tego solvera przed uruchomieniem pierwszej symulacji w nim. Zobacz stronę Instalacja środowiska MES.

Ten solver nadaje się do symulacji liniowych i nieliniowych zagadnień statycznych, dynamicznych i termicznych. Operuje on na plikach (.inp) bazujących na oprogramowaniu Abaqus, co oznacza, że może być używany z różnymi preprocessorami, które wspierają ten format. Posiada on własny preprocessor graficzny, który nie jest jednak używany we FreeCAD (zaimplementowany jest sam solver).

CalculiX jest stworzony do pracy na platformach Unixowych jak Linux i Irix, ale też MS-Windows. Został opracowany przez inżynierów z MTU Aero Engines w Munich (Niemcy) do wspomagania projektowania części maszyn takich jak turbiny silników odrzutowych. CalculiX jest obecnie udostępniany publicznie na zasadach licencji GPLv2.

Integracja z FreeCAD

Interakcja między środowiskiem pracy MES a solverem CalculiX odbywa się poprzez zapis i odczyt plików tekstowych. Sekwencja operacji jest następująca:

1. Tworzony jest plik wejściowy solvera CalculiX zawierający dane potrzebne do uruchomienia symulacji
2. CalculiX jest uruchamiany z tym plikiem wejściowym
3. Wyniki z solvera są zapisywane
4. Pliki wyjściowe z solvera są odczytywane, jeśli są dostępne

Narzędzie MES: Kontrola pracy solvera zarządza całym procesem. Możliwa jest interakcja użytkownika w procesie.

Interfejs do preprocessingu

Plik wejściowy, którego CalculiX używa może być przygotowany i edytowany przed uruchomieniem solvera. CalculiX nie używa jednostek i odpowiedzialnością użytkownika jest zapewnienie, że ten sam układ jednostek jest konsekwentnie używany w całym pliku wejściowym. Jednostki, w których FreeCAD zapisuje plik wejściowy są niezależne od układu jednostek ustawionego w projekcie lub preferencjach programu FreeCAD. Plik wejściowy jest zawsze zapisywany przy użyciu układu jednostek SI(mm):

• długość: mm,
• siła: N,
• masa: tona,
• czas: s,
• ciśnienie/naprężenia: MPa,
• energia: mJ,
• gęstość: tona/mm^3.

Interfejs solvera CalculiX wspiera następujące obiekty:

Elementy skończone

• Bryłowe 3D:
  • czworościenne: C3D4, C3D10
  • sześciościenne: C3D8(R), C3D20(R)
• Powłokowe i membranowe 3D:
  • trójkątne: S3, S6, M3D3, M3D6
  • czworokątne: S4(R), S8(R), M3D4(R), M3D8(R)
• Płaskiego stanu naprężeń, płaskiego stanu odkształceń i osiowosymetryczne 2D:
  • trójkątne: CPS3, CPS6, CPE3, CPE6, CAX3, CAX6
  • czworokątne: CPS4(R), CPS8(R), CPE4(R), CPE8(R), CAX4(R), CAX8(R)
• Belkowe i kratownicowe 3D: B31(R), B32(R), T3D2, T3D3

Więcej szczegółów o wspieranych typach elementów solvera CalculiX można znaleźć na stronie MES: Siatka CalculiX.

Analizy

• Liniowe i nieliniowe analizy statyczne
• Analizy modalne (częstotliwości drgań własnych)
• Liniowe analizy wyboczeniowe
• Sprzężone i niesprzężone analizy termo-mechaniczne, analizy czysto termiczne
• Analizy elektrostatyczne

Materiały

• Materiały liniowo sprężyste izotropowe (jednorodne właściwości we wszystkich kierunkach)
• Plastyczność ze wzmocnieniem izotropowym lub kinematycznym

Interfejs do postprocessingu

Środowisko pracy MES wczytuje wyniki z solvera CalculiX do obiektu wyników, który zawiera:

• Przemieszczenia
• Naprężenia
• Odkształcenia
• Ekwiwalentne odkształcenia plastyczne (PEEQ) – jeśli używany był nieliniowy materiał
• Temperatury – dla analiz termomechanicznych

FreeCAD odczytuje wyniki z pliku *.frd utworzonego przez CalculiX. Jeśli te wyniki zawierają wiele przyrostów czasowych, każdy przyrost jest importowany do FreeCAD jako nowy obiekt wyników. To samo zachowanie dotyczy analiz modalnych i wyboczeniowych z wieloma wartościami własnymi.

Siły reakcji można odczytać z pliku ccx_dat_file, który zawiera ich składowe (fx, fy, fz) dla każdego warunku brzegowego utwierdzenia lub przemieszczenia, który blokuje translacyjne stopnie swobody.

Powiązane

• Strona MES: Siatka CalculiX
• Strona CalculiX w menu preferencji środowiska pracy MES