Tutorium FEM Gleichung hinzufügen

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Base ExampleCommandModel.png Tutorial

Thema
FEM Gleichung hinzufügen
Niveau
Zeit zum Abschluss
Autor
M42kus
FreeCAD version
Beispieldatei(en)


In diesem Tutorium werden wir die Fließgeschwindigkeit zu FreeCAD hinzufügen und die Unterstützung für den Elmer Löser einführen. Bitte stelle sicher, dass du Extend FEM Module gelesen und verstanden hast, bevor du dieses Tutorium liest.

Die Aufgabe kann in vier Teile aufgeteilt werden. Der erste Schritt besteht darin, den FEM Arbeitsbereich auf einen neuen Gleichungstyp aufmerksam zu machen. Dieser Schritt muss nur durchgeführt werden, wenn die Gleichung in FreeCAD jetzt nicht existiert (im Gegensatz zu einer Gleichung, die bereits in FreeCAD existiert, aber vom Ziellöser nicht unterstützt wird). Der zweite Schritt besteht darin, ein konkretes Dokumentobjekt hinzuzufügen, das die Elmer spezifische Gleichung repräsentiert. Der dritte Schritt besteht darin, dem Löserobjekt von elmer Unterstützung für die neue Gleichung hinzuzufügen. Danach muss der Analyseexport von elmer erweitert werden, um den neuen Gleichungstyp zu unterstützen.

Neuer Gleichungstyp

In diesem Schritt werden wir die folgenden Dateien modifizieren:

  • src/Mod/Fem/femsolver/equationbase.py
  • src/Mod/Fem/femcommands/commands.py
  • src/Mod/Fem/Gui/Workbench.cpp
  • src/Mod/Fem/Gui/Resources/Fem.qrc

Der Gleichungstyp wird von allen Gleichungsobjekten der verschiedenen Löser gemeinsam verwendet. Jeder Typ hat einen Zeichenfolgenspezifizierer (z.B. "Heat") und einen zugeordneten Befehl, der die Gleichung dem ausgewählten Gleichungslöser hinzufügt. Dies ermöglicht eine einfachere GUI, bei der wir nur eine Schaltfläche für die Wärmegleichung haben, die für alle unterstützten Löser verwendet wird.

Füge zunächst die neue Gleichung zum Modul equationbase.py hinzu. Jede Gleichung erfordert zwei Klassen. Einen Dokumentproxy und einen Ansichtproxy. Kopiere und füge sie einfach aus einem vorhandenen Gleichungstyp ein und passe den Symbolpfad innerhalb von getIcon(self) des Ansichtproxys an.

class FlowProxy(BaseProxy):
    pass

class FlowViewProxy(BaseViewProxy):
    def getIcon(self):
        return ":/icons/FEM_EquationFlow.svg"

Diese beiden Klassen werden später als Basisklassen für die Elmer spezifischen Gleichungsklassen verwendet. Zusätzlich zu diesen Basisklassen müssen wir eine neue Befehlsklasse erstellen, die dem ausgewählten Löserobjekt eine Strömungsgleichung hinzufügt. Zusätzlich muss das neue .svg Bild für die GUI Schaltfläche mit <file>icons/FEM_EquationFlow.svg</file> in Fem.qrc (in /Gui/Resources/) registriert werden. Die zugehörige .svg muss in /Gui/Resources/icons/ abgelegt werden.

Als nächstes muss der Befehl bzw. die Gleichung zum Modul femcommands/commands.py hinzugefügt werden. Kopiere einfach einen vorhandenen Befehl und passe das Symbol, den Menütext und den Werkzeug-Tipp in __init__(self) an. Vergiss nicht den Befehl unten in der Moduldatei zu registrieren, indem durch verwenden der addCommand(...) Methode. Bitte beachte die Diskussion im Forum unter https://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=18&t=46693&start=10#p402004, wenn Symbole betroffen sind,

class _EquationFlow(CommandManager):
    "The FEM_EquationFlow command definition"

    def __init__(self):
        super(_EquationFlow, self).__init__()
        self.menuetext = "Flow equation"
        self.tooltip = "Creates a FEM equation for flow"
        self.is_active = "with_solver_elmer"
        self.do_activated = "add_obj_on_gui_selobj_noset_edit"
...
FreeCADGui.addCommand(
    "FEM_EquationFlow",
    _EquationFlow()
)


Unser neu geschaffener Befehl muss noch über die GUI des FEM Arbeitsbereiches zugänglich gemacht werden. Um ihn zur Symbolleiste hinzuzufügen, suche den folgenden Codeschnipsel in /Gui/Workbench.cpp und füge den neuen Befehl zu den restlichen Gleichungsbefehlen hinzu.

 
     Gui::ToolBarItem* solve = new Gui::ToolBarItem(root);
     solve->setCommand("Solve");
     *solve << "FEM_SolverCalculixCxxtools"
           << "FEM_SolverCalculiX"
           << "FEM_SolverElmer"
           << "Separator"
           << "FEM_EquationElasticity"
           << "FEM_EquationElectrostatic"
+          << "FEM_EquationFlow"
           << "FEM_EquationFluxsolver"
           << "FEM_EquationElectricforce"
           << "FEM_EquationHeat"
           << "Separator"
           << "FEM_SolverControl"
           << "FEM_SolverRun";

Wir werden auch den Befehl Strömungsgleichung zum Lösungsmenü dem FEM Arbeitsbereich hinzufügen. Dazu fügen wir unsere Gleichung in das folgende Codeschnipsel in Workbench.cpp ein.

 
    Gui::MenuItem* solve = new Gui::MenuItem;
    root->insertItem(item, solve);
    solve->setCommand("&Solve");
    *solve << "FEM_SolverCalculixCxxtools"
           << "FEM_SolverCalculiX"
           << "FEM_SolverElmer"
           << "FEM_SolverZ88"
           << "Separator"
           << "FEM_EquationElasticity"
           << "FEM_EquationElectrostatic"
+          << "FEM_EquationFlow"
           << "FEM_EquationFluxsolver"
           << "FEM_EquationElectricforce"
           << "FEM_EquationHeat"
           << "Separator"
           << "FEM_SolverControl"
           << "FEM_SolverRun";


Elmers Gleichungs Objekt

In diesem Schritt werden wir die folgenden Dateien modifizieren:

  • src/Mod/Fem/CMakeLists.txt

und die folgende neue Datei hinzufügen:

  • src/Mod/Fem/femsolver/elmer/equations/flow.py

Beginnen wir mit dem Modul, das das Dokumentobjekt implementiert. In kann aus einer bestehenden Gleichung kopiert werden. Wenn die neue Gleichung nur Schlüsselwörter für lineare Systeme unterstützt, kopiere das Modul femsolver/elmer/equations/elasticity.py. Wenn es nicht-lineare Schlüsselwörter unterstützt, kopiere auch femsolver/elmer/equations/heat.py. Die Strömungsgleichung in Elmer ist eine potenziell nichtlineare Gleichung. Das bedeutet, dass wir unsere Arbeit auf heat.py stützen werden.

Nach dem Kopieren von heat.py nach flow.py passe - das Namensargument der Funktion create module an, - das Typattribut der Klasse Proxy, - die Basisklassen der Klassen Proxy und ViewProxy, - und die über die Funktion obj.addProperty(..) hinzugefügten Eigenschaften an die von der Gleichung benötigten an.

def create(doc, name="Flow"):
    return femutils.createObject(
        doc, name, Proxy, ViewProxy)


class Proxy(nonlinear.Proxy, equationbase.FlowProxy):

    Type = "Fem::EquationElmerFlow"

    def __init__(self, obj):
        super(Proxy, self).__init__(obj)
        obj.Priority = 10


class ViewProxy(nonlinear.ViewProxy, equationbase.FlowViewProxy):
    pass

Zum Zeitpunkt des Schreibens dieses Tutoriums hat die Elmer Fliessgleichung keine besonderen Eigenschaften. Siehe Elmer Elastizitätsgleichung für ein Beispiel mit Eigenschaften.

Zu guter Letzt registriere die neue Moduldatei (flow.py) in src/Mod/Fem/CMakeLists.txt auf die in FEM Modul erweitern beschriebene Weise. Die passenden Listen lassen sich leicht finden, indem man nach vorhandenen Gleichungsmoduldateien von Elmer sucht.

Schließlich muss man eine makeEquationStatcurrent Definition in ObjectsFem.py durch Duplizieren eines verfügbaren Eintrags registrieren.


Löser Objekt erweitern

In diesem Schritt werden wir die folgenden Dateien modifizieren:

  • src/Mod/Fem/femsolver/elmer/solver.py

Gerade jetzt haben wir FreeCAD darauf aufmerksam gemacht, dass es einen neuen Gleichungstyp gibt, und sogar einen Befehl hinzugefügt, der diese Gleichung dem ausgewählten Löserobjekt hinzufügt. Wir haben auch ein konkretes Gleichungsobjekt für Elmer implementiert. Was jetzt noch zu tun bleibt, ist die Verbindung zwischen Elmer und der Strömungsgleichung herzustellen. Dies muss direkt im Elmer Lösungsobjekt erfolgen.

Registriere das Modul, in dem wir gerade unser neues Gleichungsobjekt (flow.py) implementiert haben, mit dem Gleichungsspezifizierer aus Schritt 1 ("Flow") in der _EQUATIONS Liste in elmer/solver.py.

from .equations import electrostatic
+from .equations import flow

...

_EQUATIONS = {
    "Heat": heat,
    "Elasticity": elasticity,
+    "Flow": flow,
}

Analyse Export erweitern

In diesem Schritt werden wir die folgenden Dateien modifizieren:

  • src/Mod/Fem/femsolver/elmer/writer.py

Dies ist der anspruchsvollste Teil der Umsetzung einer neuen Gleichung. Diese Datei enthält die Klasse Writer, die die Analyse in das Elmer sif Format exportiert.

Für jede unterstützte Gleichung gibt es eine Reihe von Methoden für den Export der jeweiligen Gleichung. Kopiere einfach alle von einer bestehenden Gleichung und passe sie an deine Bedürfnisse an. Unsere Fließgleichung verwendet die folgenden Methoden:

  • _handleFlow
  • _getFlowSolver
  • _handleFlowConstants
  • _handleFlowMaterial
  • _handleFlowInitialVelocity
  • _handleFlowBndConditions
  • _handleFlowEquation