FEM Workbench/ru

Верстак Draft

Верстак Inspection

Оглавление

Введение

Верстак FEM предоставляет современный набор инструментов для анализа Методом Конечных Элементов (finite element analysis, FEA) в FreeCAD. В основном это означает, что все инструменты для проведения анализа объединены в один графический интерфейс пользователя (GUI).

Рабочий процесс

Шаги которые необходимо сделать для выполнению анализа методом конечных элементов:

Предварительная обработка: постановка задачи анализа.
1. Моделирование геометрии: создание геометрии с помощью FreeCAD или ее импорт из другого приложения.
2. Создание анализа.
  1. Добавление ограничений моделирования, таких как нагрузки и фиксированные опоры, к геометрической модели.
  2. Добавление материалов к деталям геометрической модели.
  3. Создание сетки конечных элементов для геометрической модели или ее импорт из другого приложения.
Решение: запуск внешнего решателя из FreeCAD.
Постобработка: визуализация результатов анализа из FreeCAD или экспорт результатов для их последующей обработки в другом приложении.

Верстак FEM можно использовать в Linux, Windows и Mac OSX. Поскольку данный верстак использует внешние решатели, количество требуемых дополнительных настрлек будет зависеть от используемой вами операционной системы. Инструкции по настройке внешних инструментов смотрите в разделе Установка FEM.

Рабочий процесс в верстаке FEM ; Верстак обращается к двум внешними программам, к первой для создания сетки твердого объекта и ко второй для выполнения фактического решения задачи методом конечных элементов

Меню: Модель

New Analysis: Создаёт новый контейнер для механического анализа.

Материалы

Твердотельный материал: Позволяет выбрать твердый материал из базы данных.

Текучий материал: Позволяет выбрать текучий материал из базы данных.

Нелинейный механический материал: Позволяет добавить нелинейную механическую модель материала.

Армированный материал (бетон): Позволяет выбрать из базы данных армированные материалы, состоящие из матрицы и армирования.

Material editor: Открыть редактор материалов для их редактирования.

Геометрия элемента

Поперечное сечение балки: Создает условие поперечного сечения балки для МКЭ.

Вращение балки: Создает условие поворота балки для МКЭ.

Толщина листа материала: Создает условие толщины листа материала.

Одномерная секция для текучего вещества: Используется для создания жидкостной секции для пневматических и гидравлических сетей.

Electromagnetic Boundary Conditions

Создать электростатический потенциал: Создает граничное условие МКЭ для электростатического потенциала.

Current Density Boundary Condition: Used to define a current density. introduced in 0.21

Magnetization Boundary Condition: Used to define a magnetization. introduced in 0.21

Electric Charge Density: Used to define electric charge density load. introduced in 1.1

Жидкостные ограничения

Начальное условие скорости потока: Применяется для определения начальной скорости потока для тела (объема).

Initial Pressure Condition: Used to define an initial pressure for a body (volume). introduced in 0.21

Граничное условие скорости потока: Применяется для задания скорости потока как граничного условия на ребре (2D) или грани (3D).

Особенности геометрического анализа

Plane Multi-Point Constraint: Используется для определения ограничения, позволяющего удерживать узлы на плоской поверхности в одной плоскости.

Section Print Feature: Используется для вывода предопределенных параметров поверхности (сил и моментов) в файл данных.

Local Coordinate System: Используется для определения местной системы координат для грани.

Механические ограничения и нагрузки

Fixed Boundary Condition: Используется для определения фиксированного состояния для точки/ребра/грани(-ей).

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

Ограничение перемещения: Используется для определения ограничений смещения для точки/ребра/грани(-ей).

Constraint contact: Используется для определения контактного ограничения между двумя поверхностями.

Constraint tie: Creates a FEM constraint tie представлено в версии 0.19.

Spring Boundary Condition: Used to define a spring boundary condition. introduced in 0.20

Constraint force: Используется для определения силы в [N], приложенной равномерно к выбираемой поверхности в определяемом направлении.

Constraint pressure: Используется для определения ограничения давления.

Centrifugal Load: Used to define a centrifugal force body load. introduced in 0.20

Constraint self weight: используется для определения ускорения свободного падения, действующего на модель.

Температурные ограничения

Constraint initial temperature: Используется для определения начальной температуры тела.

Constraint heatflux: Используется для определения ограничений тепловых потоков на поверхностях.

Constraint temperature: Используется для определения температурных ограничений для точки/грани/поверхности.

Задать тело, являющееся источником тепла: Создает граничное условие для МКЭ определяющее тело, являющееся источником тепла.

Overwrite Constants

Constant vacuum permittivity: Creates a FEM constant vacuum permittivity to overwrite standard value.

Меню: Сетка

Cетка МКЭ из фигуры генерируемая построителем Netgen: Create a FEM mesh from a solid or face shape by Netgen internal mesher.

Сетка МКЭ из фигуры генерируемая построителем Gmsh: Создать сетку МКЭ из фигуры с помощью генератора сетки Gmsh.

Граничный слой сетки МКЭ: Создает граничный слой сетки МКЭ.

Translations:FEM Module/141/ru

Область сетки МКЭ: Создать область сетки МКЭ.

Группа сетки МКЭ: Создает группу сетки МКЭ.

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

FEM mesh to mesh: Преобразуйте поверхность сетки МКЭ в сетку.

Меню: Решение

Solver CalculiX Standard: Создает новый решатель для этого анализа. В большинстве случаев решатель создается вместе с анализом.

Solver Elmer: Создает контроллер решателя для Элмера. Он не зависит от других объектов решателя.

Решатель Mystran: представлено в версии 0.20

Решатель Z88: Создает задачу для решателя МКЭ Z88 .

Mechanical Equations

Уравнение гибкости: Создает уравнение для расчета упругости МКЭ.

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

Electromagnetic Equations

Электростатические уравнение: Создает уравнение для расчета электростатики МКЭ.

Electricforce equation: Creates a FEM equation for electric forces.

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

Static Current Equation: Equation for the Solver Elmer to calculate static current conduction. introduced in 1.1

Уравнение потока: Создает уравнение МКЭ для потока вещества.

Flux equation: Creates a FEM equation for flux.

Heat equation: Creates a FEM equation for heat.

Solver job control: Открывает меню для настройки и запуска выбранного решателя.

Run solver calculations: Запускает выбранный решатель текущего анализа.

Меню: Результаты

Purge results: Очищает текущие результаты расчёта (Results в древе проекта).

Show result: Используется для показа результатов исследования (Von Mises Stress или Displacement).

Apply changes to pipeline: Apply changes to parameters directly and not on recompute only....

Post pipeline from result: Creates a post processing pipeline from a result object.

Pipeline Branch: Used to branch the results pipeline. introduced in 1.1

Warp filter: Warp the geometry along a vector field by a certain factor.

Scalar clip filter: Применяется для обрезки поля с заданным скалярным значением.

Function cut filter:

Region clip filter:

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

Glyph Filter: Used to create glyph (symbol) plots. introduced in 1.1

Line clip filter: Применяется для построения цветовой диаграммы вдоль указанной линии.

Stress linearization plot: Создает график линеаризации напряжений.

Data at point clip filter:

Calculator Filter: Used to create custom fields by evaluating expressions operating on the existing fields. introduced in 1.1

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

Data Visualizations

Create Lineplot: Creates a lineplot for a selected pipeline/filter. introduced in 1.1

Create Histogram: Creates a histogram for a selected pipeline/filter. introduced in 1.1

Create Table: Creates a table for a selected pipeline/filter. introduced in 1.1

Меню: Утилиты

Clipping plane on face:

Remove all clipping planes:

Open FEM examples: Открыть графический интерфейс для доступа к примерам МКЭ.

Контекстное меню

Clear FEM mesh:

Display FEM mesh info:

Obsolete tools

Fluid boundary condition: Create fluid boundary condition on face entity for Computional Fluid Dynamics.

Constraint bearing: Используется для определения подшипниковых ограничений.

Constraint gear: Используется для определения редукторных ограничений.

Constraint pulley: Используется для определения ограничений шкива.

Решатель CalculiX (экспериментальный): Создает решатель МКЭ CalculiX (экспериментальный).

Nodes set: Creates a FEM mesh nodes set.

Настройки

Preferences...: Доступные настройки инструментов FEM.

Информация

На следующих страницах объясняются различные темы верстака FEM.

Установка FEM: подробное описание по установке(настройке) внешних программ используемых для работы верстака.

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

FEM Mesh: дополнительная информация о получении сетки для анализа методом конечных элементов.

FEM Solver: дополнительная информация о различных решателях метода конечных элементов, доступных в верстаке, и о тех, которые могут быть использованы в будущем.

FEM CalculiX дополнительная информация о CalculiX, решателе по умолчанию, используемом в инструментальных средствах для расчета конструкций.

FEM Concrete: интересная информация по теме моделирования бетонных конструкций.

Учебные материалы для самостоятельного изучения

Пример 1: Анализ деформации консольной балки (CalculiX), простейший анализ деформации консольной балки под воздействием нагрузки.

Пример 2: Учебник по МКЭ, простой анализ натяжения конструкции.

Пример 3: FEM Tutorial Python, настроить пример консоли только с помощью скриптов на Python, включая сетку.

Пример 4: Анализ деформации композитного блока; анализ деформации композитного блока, состоящего из двух материалов.

Пример 5: Переходный анализ методом конечных элементов

Пример 6: Постобработка результатов МКЭ с помощью Paraview

Пример 7: FEM Example Capacitance Two Balls, Учебное пособие по графическому интерфейсу Элмера 6 «Электростатическая емкость двух шариков» с использованием примеров МКЭ.

Набор руководств по термомеханическому анализу от openSIM

Video tutorial 1: FEM video for beginner (including YouTube link)

Video tutorial 2: FEM video for beginner (including YouTube link)

Many video tutorials: anisim Open Source Engineering Software (in German)

Развитие верстака FEM

Верстак FEM находится в постоянном развитии. Цель проекта - найти способы простого взаимодействия с различными решателями МКЭ, чтобы конечный пользователь мог упростить процесс создания, построения сетки, моделирования и оптимизации задачи инженерного проектирования, и все это внутри FreeCAD.

Дальнейшая информация предназначена для опытных пользователей и разработчиков, которые хотят расширить верстак FEM. Ожидается знакомство с C ++ и Python, а также необходимы некоторые знания о системе «объект документа», используемой в FreeCAD; эта информация доступна в Центре опытных пользователей и Центре разработчиков. Обратите внимание: поскольку FreeCAD находится в активной разработке, некоторые статьи могут быть слишком старыми и, следовательно, устаревшими. Самая последняя информация обсуждается на форумах FreeCAD в разделе «Разработка». Для обсуждения FEM, советов или помощи в расширении верстака читателю следует обратиться к подфоруму FEM.

В следующих статьях объясняется, как можно расширить рабочую среду, например, путем добавления новых типов граничных условий (ограничений) или уравнений.

Руководство разработчика было написано, чтобы помочь опытным пользователям разобраться в сложной кодовой базе FreeCAD и взаимодействиях между основными элементами и отдельными рабочими средами. Книга размещена на github, поэтому несколько пользователей могут вносить в нее свой вклад и постоянно обновлять.