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Introdução

A bancada FEM fornece um fluxo de trabalho moderno de análise de elementos finitos (FEA) para o FreeCAD. Isso significa que todas as ferramentas para fazer uma análise são combinadas em uma interface gráfica de usuário (GUI).

Fluxo de Trabalho

Os passos para realizar uma análise de elementos finitos são:

Pré-processamento: configurar o problema de análise.
1. Modelando a geometria: criar a geometria com o FreeCAD ou importando-a de um aplicativo diferente.
2. Criando uma análise.
  1. Adicionando restrições de simulação, como cargas e suportes fixos ao modelo geométrico.
  2. Adicionando materiais às partes do modelo geométrico.
  3. Criando uma malha de elementos finitos para o modelo geométrico ou importando-os de um aplicativo diferente.
Resolvendo: executando um solucionador externo de dentro do FreeCAD.# Pós-processamento: visualizar os resultados da análise a partir do FreeCAD ou exportar os resultados para que possam ser pós-processados com outra aplicação.

A bancada FEM pode ser usada no Linux, Windows e Mac OSX. Como o ambiente de trabalho usa solucionadores externos, a quantidade de configuração manual dependerá do sistema operacional que você está usando. Veja Instalação da FEM para instruções sobre como configurar as ferramentas externas.

Fluxo de trabalho da bancada FEM; a bancada chama dois programas externos para realizar o meshing de um objeto sólido e executa a solução real do problema do elemento finito

Menu: Modelo

Contêiner de análise: Cria um novo contêiner de análise mecânica. Se um sólido é selecionado na árvore de visualização antes de clicar nele, a janela de malha vai ser aberta em seguida.

Materiais

Materiais sólidos: Permite você selecionar um material a partir do banco de dados.

Materiais fluidos: Permite você selecionar um material a partir do banco de dados.

Material mecânico não linear: Permite você selecionar um material a partir do banco de dados.

Material reforçado: Permite selecionar materiais reforçados constituídos por uma matriz e um reforço da base de dados.

Editor de materiais:: Permite que você abra o editor de materiais para editar materiais.

Geometria do Elemento

Seção transversal da viga: Usada para definir seções transversais para elementos de viga.

Rotação de viga: Usada para girar seções transversais de elementos de viga.

Espessura da casca de placa: Usada para definir a espessura da casca.

Seção do fluido para fluxo 1D: Usada para criar elemento de seção de fluido para redes pneumáticas e hidráulicas.

Electromagnetic boundary conditions

Restrição de potencial eletrostático: Usada para definir o potencial eletrostático.

Restrição de densidade de corrente: Usada para definir uma densidade de corrente. introduzido na versão 0.21

Restrição de magnetização: Usada para definir uma magnetização. introduzido na versão 0.21

Restrições do Fluido

Restrição de velocidade inicial do fluxo: Usada para definir uma velocidade inicial de fluxo para um corpo (volume).

Restrição de pressão inicial: Usada para definir uma pressão inicial para um corpo (volume). introduzido na versão 0.21

Restrição da velocidade de fluxo: Usada para definir uma velocidade de fluxo como uma condição de contorno em uma aresta (2D) ou face (3D).

Restrições Geométricas

Restrição rotação plana: Usada para definir uma restrição de rotação plana em uma face plana.

Impressão da seção de restrição: Usado para imprimir as variáveis de saída faciais predefinidas (forças e momentos) para o arquivo dat. introduced in 0.19

Restrição de transformar: Usada para definir uma restrição de transformação em um rosto.

Restrições Mecânicas

Restrição fixa: Usada para definir uma restrição fixa em um ponto, aresta ou face.

Rigid body constraint: Used to apply the CalculiX's rigid body constraint that constrains the motion of the nodes of a selected geometrical entity to the motion of a reference point positioned by the user. introduced in 1.0

Restrição de deslocamento: Usada para definir uma restrição de deslocamento em ponto, aresta ou face.

Restrição de contato: Usada para definir uma restrição de contato entre duas faces.

Restrições de amarração: introduced in 0.19

Restrição de mola: Usada para definir uma mola. introduzido na versão 0.20

Restrição de força: Usada para definir uma força em Newtons [N] aplicada uniformemente a uma face selecionável em uma direção definida.

Restrição de pressão: Usada para definir uma restrição de pressão.

Restrição centrífuga: Usada para definir uma restrição de carga do corpo centrífugo. introduzido na versão 0.20

Restrição de peso próprio: Usada para definir uma aceleração da gravidade agindo sobre um modelo.

Restrições Térmicas

Restrição de temperatura inicial: Usada para definir a temperatura inicial de um corpo.

Restrição de fluxo de calor: Usada para definir uma restrição de fluxo de calor em uma face.

Restrição de temperatura: Usada para definir uma restrição de temperatura em um ponto, aresta ou face.

Restrição de fonte de corpo quente

Sobreescrever Restrições

Permissividade de vácuo constante: Usado para substituir a permissividade do vácuo por um valor personalizado. introduced in 0.19

Menu: Malhas

Malha FEM da forma pelo Netgen

Malha FEM da forma pelo GMSH

Camada limite de malha FEM: Cria malhas anisotrópicas para cálculos precisos perto dos limites.

Região de malha FEM: Cria uma(s) área(s) localizada(s) para malha(s) que otimiza(m) altamente o tempo de análise.

Grupo de malha FEM: Agrupa e etiqueta elementos de uma malha (vértice, borda, superfície) juntos, úteis para exportar a malha para solvers externos.

Erase Elements: Hides elements selected by a polygon from the mesh. introduced in 1.0

Malha FEM para Mesh: Converte a superfície de uma malha FEM para uma malha de Mesh.

Menu: Solucionador

Solucionador Calculix CCX: Cria um novo solucionador para esta análise. Na maioria dos casos, o solucionador é criado junto com a análise.

Solucionador Elmer: Cria o controlador solver para Elmer. Ele é independente de outros objetos solucionadores.

Solver Mystran: Creates the solver controller for the MYSTRAN solver. introduced in 0.20

Solucionador Z88

Mechanical equations

Equação de elasticidade

Deformation equation: Equation for the Solver Elmer to perform nonlinear mechanical analyses (deformations). introduced in 0.21

Electromagnetic equations

Equação eletrostática

Equação da força elétrica: introduced in 0.19

Magnetodynamic equation: Equation for the Solver Elmer to calculate magnetodynamics. introduced in 0.21

Magnetodynamic 2D equation: Equation for the Solver Elmer to calculate magnetodynamics in 2D. introduced in 0.21

Equação de fluxo

Equação de solucionador de fluxo

Equação de calor

Solucionador do controle de trabalho: Abre

o menu para ajustar e iniciar o solucionador selecionado.

Executar solucionador de cálculo: Executa o solucionador selecionado das análises ativas.

Menu: Resultados

Limpar resultados: Deleta os resultados das análises ativas.

Mostrar resultado: Usado para exibir o resultado de uma análise.

Postar mudanças aplicadas

Postar pipeline do resultado

Filtro de dobra

Scalar clip filter:

Criar filtro de corte:

Filtro de clipes de região

Contours filter: Used to display iso-lines (for analyses in 2D) or iso-contours. introduced in 0.21

Filtro de clipes de linha

Gráfico de linearização de tensão

Dados no filtro de clipes de ponto:

Filter functions

Plane: Cuts the result mesh with a plane.

Sphere: Cuts the result mesh with a sphere.

Cylinder: Cuts the result mesh with a cylinder. introduced in 0.21

Box: Cuts the result mesh with a box. introduced in 0.21

Menu: Utilidades

Plano de grampeamento na face:

Remover todos os aviões de corte:

Exemplos de FEM abertos: Abra a GUI para acessar exemplos FEM.

Menu de Contexto

Malha FEM transparente: Deleta o arquivo de malha do arquivo FreeCAD. Útil para fazer um arquivo FreeCAD mais leve.

Exibir informações sobre a malha FEM:

Obsolete tools

Restrição de fronteira de fluido: Usado para definir uma condição de contorno de fluido.

Restrição de rolamento: Usada para definir uma restrição de rolamento.

Restrição de engrenagem: Usada para definir uma restrição de engrenagem.

Restrição de polia: Usada para definir uma restrição de polia.

Solucionador CalculiX(experimental)

Conjunto de nós: Cria/define um conjunto de nós a partir da malha FEM.

Preferências

Preferências...: Preferências disponíveis em Ferramentas FEM.

Informações

As páginas seguintes explicam diferentes tópicos do bancada de trabalho FEM.

Instalação FEM: uma descrição detalhada sobre como montar os programas externos utilizados na bancada de trabalho.

FEM Geometry Preparation and Meshing: tips regarding geometry preparation for FEM and meshing.

Malha FEM: mais informações sobre como obter uma malha para análise de elementos finitos.

Solucionador FEM: mais informações sobre os diferentes solucionadores disponíveis na bancada de trabalho e aqueles que poderiam ser utilizados no futuro.

FEM CalculiX: mais informações sobre CalculiX, o solucionador padrão utilizado na bancada de trabalho para análise estrutural.

FEM Concreto: informações interessantes sobre o tema da simulação de estruturas de concreto.

Tutorials

Tutoriais

Tutorial 1: FEM CalculiX Cantilever 3D; análise básica de feixe simplesmente suportada.(Cantilever - Viga ou estrutura com apoio, ou fixação apenas num dos lados e que tem o outro lado livre.)

Tutorial 2: Tutorial FEM; simples análise de tensão de uma estrutura.

Tutorial 3: FEM Tutorial Python; montar o exemplo do cantilever inteiramente através do script em Python, incluindo a malha.

Tutorial 4: FEM Corte de um Bloco Composto; ver a deformação de um bloco que é composto de dois materiais.

Tutorial 5: Análise FEM transitória

Tutorial 6: Pós-processamento dos resultados FEM com Paraview

Tutorial 7: Exemplo FEM Capacitância Duas Bolas; Elmer's GUI tutorial 6 " Capacitância Eletrostática Duas Bolas" usando exemplos FEM.

Acoplamento de tutoriais de análise mecânica térmica por openSIM

Tutoriais em vídeo 1: Vídeo FEM para iniciantes (incluindo o link do YouTube)(em inglês)

Tutoriais em vídeo: Vídeo FEM para iniciantes (incluindo o link do YouTube)(em inglês)

Muitos tutoriais em vídeo: anisim Software de Engenharia de Código Aberto (em Alemão)

Ampliação da bancada de trabalho FEM

O bancada de trabalho FEM está em constante desenvolvimento. Um objetivo do projeto é encontrar maneiras de interagir facilmente com vários solucionadores FEM, para que o usuário final possa agilizar o processo de criação, enredamento, simulação e otimização de um problema de projeto de engenharia, tudo dentro do FreeCAD.

As seguintes informações são destinadas aos usuários e desenvolvedores que desejam ampliar o Workbench FEM de diferentes maneiras. A familiaridade com C++ e Python é esperada, e também é necessário algum conhecimento do sistema "objeto de documento" usado no FreeCAD; esta informação está disponível no Documentação para usuários avançados e no Documentação para desenvolvedores.Observe que, como o FreeCAD está em desenvolvimento ativo, alguns artigos podem ser muito antigos e, portanto, obsoletos. As informações mais atualizadas são discutidas no FreeCAD forums na seção Desenvolvimento. Para discussões FEM, conselhos ou assistência na ampliação do workbench, o leitor deve consultar o FEM subforum.

Os artigos seguintes explicam como o workbench pode ser ampliado, por exemplo, adicionando novos tipos de condições de limite (restrições), ou equações.

Um guia do desenvolvedor foi escrito para ajudar os usuários a entenderem a complexa base de código do FreeCAD e as interações entre os elementos centrais e as bancadas de trabalho individuais. O livro é hospedado no github para que múltiplos usuários possam contribuir com ele e mantê-lo atualizado.