Tutorium FEM Gleichung hinzufügen

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Freecad.svg Tutorium
Thema
FEM Gleichung hinzufügen
Niveau
Fortgeschritten
Zeit zum Abschluss
1 Tag
Autoren
JohnWang
FreeCAD version
0.19
Beispieldateien
None

Einführung

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 fünf Teile aufgeteilt werden.

  • Neuer Gleichungstyp. Dieser Schritt muss nur durchgeführt werden, wenn die Gleichung in FreeCAD bisher nicht existiert (im Gegensatz zu einer Gleichung, die bereits in FreeCAD existiert, aber vom Ziellöser nicht unterstützt wird).
  • Neues Gleichungsobjekt. Hinzufügen eines konkreten Dokumentobjekts, das die Elmer-spezifische Gleichung repräsentiert.
  • Löserobjekt erweitern. Dem Elmer-Löserobjekt Unterstützung für die neue Gleichung hinzufügen.
  • Writer-Objekt erweitern. Erweitern des Elmer-Analyseexports zur Unterstützung des neuen Gleichungstyps.
  • GUI-Werkzeug zum Erstellen einer Gleichung. Zugriff auf die neue Gleichungsfunktion über den GUI-Arbeitsbereich.

Neuer Gleichungstyp

In diesem Schritt werden wir die folgende Datei modifizieren:

  • src/Mod/Fem/femsolver/equationbase.py

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 zuerst die neue Gleichung zum equationbase.py-Modul hinzu. Jede Gleichung erfordert zwei Klassen, ein Dokument-Proxy und ein Ansicht-Proxy. Diese zwei Klassen werden später als Basisklassen für die Elmer-spezifischen Gleichungsklassen benutzt. Kopiere sie einfach von einem existierenden Gleichungstyp und passe den Icon-Pfad in getIcon(self) des Ansicht-Proxy an.

class FlowProxy(BaseProxy):
    pass

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

Neues Elmers Gleichungs Objekt

In diesem Schritt werden wir das Dokumentobjekt implementieren. Wir müssen eine neue Datei flow.py hinzufügen unter:

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

und die folgenden Dateien ändern:

  • src/Mod/Fem/ObjectsFem.py
  • src/Mod/Fem/CMakeLists.txt

Beginnen wir dem Hinzufügen der neuen Datei flow.py. Diese Datei kann aus einer bestehenden Gleichung kopiert werden.

Schlüsselwörter

  • Falls die neue Gleichung nur Schlüsselworte für lineare Systeme unterstützt, kopiere das femsolver/elmer/equations/elasticity.py-Modul.
  • Falls die neue Gleichung Schlüsselworte für lineare und nicht-lineare Systeme unterstützt, kopiere das femsolver/elmer/equations/heat.py-Modul.

Die Strömungsgleichung ist eine potenziell nicht-lineare Gleichung. Das bedeutet, dass unsere Arbeit auf heat.py basieren wird.

Dateien bearbeiten

Nach dem Kopieren von heat.py nach flow.py passe letztere Datei an folgenden Stellen an:

  • das Namensargument der create-Modulfunktion,
  • die Basisklassen der Proxy-Klasse,
  • das Type-Attribut der Proxy-Klasse,
  • die ViewProxy-Klassen.
def create(doc, name="'''Flow'''"):
    return femutils.createObject(
        doc, name, Proxy, ViewProxy)

class Proxy(nonlinear.Proxy, equationbase.'''Flow'''Proxy):

    Type = "Fem::EquationElmer'''Flow'''"

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

class ViewProxy(nonlinear.ViewProxy, equationbase.'''Flow'''ViewProxy):
    pass

Dann musst du die über die obj.addProperty(..)-Funktion hinzugefügten Eigenschaften auf die von der Gleichung benötigten anpassen.

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

Schließlich muss man eine makeEquationFlow-Definition in src/Mod/Fem/ObjectsFem.py durch Duplizieren eines verfügbaren Eintrags registrieren.

FreeCAD benutzt make zur Erstellung des Programms. Deshalb müssen wir die neue Moduldatei (flow.py) in src/Mod/Fem/CMakeLists.txt registrieren, wie in FEM Modul erweitern beschriebenen. Die passenden Listen lassen sich leicht finden, indem man nach vorhandenen Gleichungsmoduldateien von Elmer sucht.

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,
}

Schreiber Objekt erweitern

In diesem Schritt werden wir die folgende Datei modifizieren:

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

Diese Datei enthält die Klasse Writer, die die Analyse in das Elmer-SIF Format exportiert.

Für jede unterstützte Gleichung gibt es zwei Methoden für den Export der jeweiligen Gleichung. Kopiere einfach alle von einer bestehenden Gleichung und passe sie an deine Bedürfnisse an.

  • _getFlowSolver
  • _handleFlow

Du musst die _handleFlow-Methode in der Writer-Klasse registrieren:

class Writer(object):
...
    def write(self):
...
        self._handleFlow()

...

_handleFlow kann eine Reihe weiterer detaillierter Methoden kontrollieren. Unsere Fließ-Gleichung benutzt die folgenden detaillierten Methoden:

  • _handleFlowConstants
  • _handleFlowMaterial
  • _handleFlowInitialVelocity
  • _handleFlowBndConditions
  • _handleFlowEquation

Nun haben wir den Funktionsteil der neuen Gleichung beendet. Nun werden wir die neue Gleichung an die GUI anbinden.

GUI Werkzeug zum Erstellen einer Gleichung

Wir haben gerade eine neue Gleichungsklasse erstellt. Um sie über die FEM-GUI anzusprechen, müssen wir eine Schaltfläche erstellen und sie mit der neuen Gleichungsklasse verbinden. Hier ist ein Tutorium: Tutorium Schaltfläche zur FEM Werkzeugleiste hinzufügen.