FEM Modul

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FEM workbench icon

Einleitung

Der FEM Arbeitsbereich bietet einen modernen Finite Element Analyse (FEA) Arbeitsablauf für FreeCAD. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass alle Werkzeuge zur Durchführung einer Analyse in einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) zusammengefasst sind.

FemWorkbench.jpg

Arbeitsablauf

Die Schritte zur Durchführung einer Finite Element Analyse sind:

  1. Vorverarbeitung: Einrichten des Analyseproblems.
    1. Modellierung der Geometrie: Erstellung der Geometrie mit FreeCAD oder Import aus einer anderen Anwendung.
    2. Erstellen einer Analyse.
      1. Hinzufügen von Simulationsbeschränkungen wie Lasten und festen Stützpunkten zum geometrischen Modell.
      2. Hinzufügen von Materialien zu den Teilen aus dem geometrischen Modell.
      3. Erstellen eines Finite-Elemente-Netzes für das geometrische Modell oder Importieren aus einer anderen Anwendung.
  2. Lösen: Ausführen eines externen Lösers aus FreeCAD heraus.
  3. Nachbearbeitung: Visualisierung der Analyseergebnisse aus FreeCAD heraus oder Export der Ergebnisse, damit sie mit einer anderen Anwendung nachbearbeitet werden können.

Ab FreeCAD 0.15 kann die FEM Arbeitsbereich unter Linux, Windows und Mac OSX eingesetzt werden. Da der Arbeitsbereich mit externen Lösern arbeitet, hängt der Umfang der manuellen Einrichtung von dem Betriebssystem ab, das Sie verwenden. Siehe FEM Einrichtung für Anweisungen zum Einrichten der externen Werkzeuge.

FEM Workbench workflow.svg

Arbeitsablauf des FEM Arbeitsbereichs; der Arbeitsbereich ruft zwei externe Programme auf, um die Vernetzung eines festen Objekts und die eigentliche Lösung des Finite Element Problems durchzuführen.


Menü: Modell

  • Fem-analysis.svg Analyse Container: Erstellt einen neuen Behälter für eine mechanische Analyse. Wenn in der Baumansicht vor dem Anklicken ein Volumenkörper ausgewählt wird, wird als nächstes der Vernetzungsdialog geöffnet.

Werkstoffe


  • image is missing Verstärkte Werkstoffe: Ermöglicht es dir, verstärkte Werkstoffe auszuwählen, die aus einer Matrix und einer Verstärkung aus der Datenbank bestehen.
  • Arch Material Group.svg Werkstoffditor:Ermöglicht Dir, den Werkstoffditor zu öffnen, um Werkstoffe zu bearbeiten.

Elementgeometrie

Elektrostatische Beschränkungen

Fluidbeschränkungen

Mechanische Beschränkungen

  • Fem-constraint-fixed.svg Constraint fixed: Wird verwendet, um eine feste Beschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.
  • Fem-constraint-displacement.svg Constraint displacement: Wird verwendet, um eine Verschiebungsbeschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.
  • Fem-constraint-contact.svg Constraint contact: Wird verwendet, um eine Kontaktbeschränkung zwischen zwei Flächen zu definieren.
  • Fem-constraint-force.svg Constraint force: Wird verwendet, um eine Kraft in [N] zu definieren, die gleichmäßig auf eine wählbare Fläche in einer definierbaren Richtung wirkt.
  • Fem-constraint-selfweight.svg Constraint self weight: Wird verwendet, um eine Schwerkraftbeschleunigung zu definieren, die auf ein Modell wirkt.
  • Fem-constraint-gear.svg Constraint gear: Wird verwendet, um eine Zahnradbeschränkung zu definieren.

Thermische Beschränkungen

  • Fem-constraint-heatflux.svg Constraint heatflux: Wird verwendet, um eine Wärmestrombeschränkung auf einer Fläche(n) zu definieren.
  • Fem-constraint-temperature.svg Constraint temperature: Wird verwendet, um eine Temperaturbeschränkung für einen Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.

Menü: Netz

  • Fem-femmesh-create-node-by-poly.svg Nodes set: Creates/defines a node set from FEM mesh.

Menü: Lösen

  • Fem Solver.svg Löser Kalculix CCX Werkzeuge: Erstellt einen neuen Löser für diese Analyse. In den meisten Fällen wird der Löser zusammen mit der Analyse erstellt.
  • Fem-control-solver.svg Solver job control: Öffnet das Menü zum Einstellen und Starten des ausgewählten Lösers.

Menü: Ergebnisse

  • Fem-result.svg Result show: Wird verwendet, um das Ergebnis einer Analyse anzuzeigen.

Menü: Hilfsmittel

Kontextmenü

Einstellungen

  • Std DlgParameter.svg Preferences...: Einstellungen, die in den FEM-Werkzeugen verfügbar sind.

Information

Auf den folgenden Seiten werden verschiedene Themen der FEM-Workbench erläutert.

FEM Install: eine detaillierte Beschreibung, wie Sie die in der Workbench verwendeten externen Programme einrichten.

FEM Mesh: weitere Informationen zur Beschaffung eines Netzes für die Finite-Elemente-Analyse.

FEM Solver: weitere Informationen über die verschiedenen im Arbeitsbereich verfügbaren und zukünftig einsetzbaren Solver.

FEM CalculiX: weitere Informationen zu CalculiX, dem in der Arbeitsbereich der Workbench für die Strukturanalyse verwendeten Standardlöser.

FEM Concrete: interessante Informationen zum Thema Simulation von Betonbauwerken.

FEM Project: weitere Informationen über das Einheitssystem, die Beschränkungen sowie die Entwicklungsideen und die Roadmap des Arbeitsbereichs.

Tutorien

Tutorial 1: FEM CalculiX Cantilever 3D; grundlegende, einfach unterstützte Strahlanalyse.

Tutorial 2: FEM Tutorial; einfache Spannungsanalyse einer Struktur.

Tutorial 3: FEM Tutorial Python; das Cantilever-Beispiel vollständig durch Skripting in Python einzurichten, einschließlich des Netz.

Tutorial 4: FEM Shear of a Composite Block; die Verformung eines Blocks sehen, der aus zwei Materialien besteht.

Tutorial 5: Transient FEM analysis

Tutorium 6: Nachbearbeitung_von_FEM-Ergebnissen_mit_Paraview


Gekoppelte Tutorials zur thermomechanischen Analyse von openSIM.

Video tutorial 1: FEM-Video für Anfänger (inklusive YouTube-Link)

Video tutorial 2: FEM-Video für Anfänger (inklusive YouTube-Link)

Viele Video-Tutorials: anisim Open Source Engineering Software (in Deutsch)

Erweiterung der FEM-Workbench

Der FEM-Arbeitsbereich wird ständig weiterentwickelt. Ein Ziel des Projekts ist es, Wege zu finden, wie man einfach mit verschiedenen FEM-Lösern interagieren kann, so dass der Endanwender den Prozess der Erstellung, Vernetzung, Simulation und Optimierung eines Konstruktionsproblems in FreeCAD rationalisieren kann.

Die folgenden Informationen richten sich an fortgeschrittene Anwender und Entwickler, die die FEM-Workbench auf unterschiedliche Weise erweitern möchten. Kenntnisse in C++ und Python werden vorausgesetzt, ebenso wie Kenntnisse des in FreeCAD verwendeten "document object"-Systems; diese Informationen sind im Power Users Hub und im Developer Hub verfügbar. Bitte beachten Sie, dass einige Artikel zu alt und damit veraltet sein können, da sich FreeCAD in der aktiven Entwicklung befindet. Die aktuellsten Informationen werden in denFreeCAD-Foren, im Bereich Entwicklung, diskutiert. Für FEM-Gespräche, Ratschläge oder Hilfe bei der Erweiterung der Werkbank sollte der Leser das FEM-Unterforum[1] besuchen.

In den folgenden Artikeln wird erläutert, wie die Arbeitsbereich erweitert werden kann, z.B. durch Hinzufügen neuer Arten von Randbedingungen (Beschränkungen) oder Gleichungen.

Ein Entwicklerhandbuch wurde geschrieben, um Power-Usern zu helfen, die komplexe FreeCAD-Codebasis und die Interaktionen zwischen den Kernelementen und den einzelnen Workbenches zu verstehen. Das Buch wird bei github gehostet, so dass mehrere Benutzer dazu beitragen und es auf dem neuesten Stand halten können.