FEM Module/Верстак Метода Конечных Элементов (МКЭ)

From FreeCAD Documentation
Jump to navigation Jump to search
This page is a translated version of the page FEM Module and the translation is 92% complete.
Other languages:
Bahasa Indonesia • ‎Deutsch • ‎English • ‎Türkçe • ‎español • ‎français • ‎hrvatski • ‎italiano • ‎polski • ‎português • ‎português do Brasil • ‎română • ‎svenska • ‎čeština • ‎русский • ‎中文 • ‎中文(中国大陆)‎ • ‎日本語
Иконка верстака FEM

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).

FemWorkbench.jpg

Рабочий процесс

Шаги которые необходимо сделать для выполнению анализа методом конечных элементов:

  1. 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.
  2. Решение: запуск внешнего решателя из FreeCAD.
  3. Постобработка: визуализация результатов анализа из FreeCAD или экспорт результатов для их последующей обработки в другом приложении.

В версиях 0.15 и 0,16 FreeCAD верстак FEM может использоваться на Linux, Windows и Mac OSX. Поскольку в рабочей среде используются внешние решатели, объем ручной настройки будет зависеть от используемой вами операционной системы. См. Установка FEM для получения инструкций по настройке внешних инструментов.

FEM Workbench workflow ru.svg

Рабочий процесс FEM Workbench; верстак вызывает две внешние программы для создания сетки твердого объекта и выполнения фактического решения задачи конечных элементов

Меню: Модель

  • FEM Analysis.svg Analysis container: Создаёт новый контейнер для механического анализа. Если перед кликом на нём было выделено твёрдое тело, будет запущен диалог создания сетки МКЭ.

Материалы

  • Arch Material Group.svg Material editor: Позволяет открыть редактор для редактирования материалов.

Геометрия элемента

  • FEM ElementFluid1D.svg Fluid section for 1D flow: Создает элемент жидкостной секции МКЭ для пневматических и гидравлических сетей.

Электростатические ограничения

Жидкостные ограничения

  • FEM ConstraintFlowVelocity.svg Constraint flow velocity: Используется для задания скорости потока как граничного условия на кромке (2D) или грани (3D).

Geometrical Constraints

  • FEM ConstraintPlaneRotation.svg Constraint plane rotation: Используется для определения ограничения плоского вращения на плоской поверхности.
  • FEM ConstraintTransform.svg Constraint transform: Используется для назначения ограничения трансформации на грани.

Механические ограничения

  • FEM ConstraintFixed.svg Constraint fixed: Используется для определения ограничения с фиксацией точки/грани/поверхности.
  • FEM ConstraintDisplacement.svg Constraint displacement: Используется для определения ограничений смещения для точки/грани/поверхности.
  • FEM ConstraintContact.svg Constraint contact: Используется для определения контактного ограничения между двумя поверхностями.
  • FEM ConstraintForce.svg Constraint force: Используется для определения силы в [N], приложенной равномерно к выбираемой поверхности в определяемом направлении.
  • FEM ConstraintPressure.svg Constraint pressure: Используется для определения ограничения давления.
  • FEM ConstraintSelfWeight.svg Constraint self weight: используется для определения ускорения свободного падения, действующего на модель.

Температурные ограничения

  • FEM ConstraintHeatflux.svg Constraint heatflux: Используется для определения ограничений тепловых потоков на поверхностях.
  • FEM ConstraintTemperature.svg Constraint temperature: Используется для определения температурных ограничений для точки/грани/поверхности.

Constraints without solver

  • FEM ConstraintBearing.svg Constraint bearing: Используется для определения подшипниковых ограничений.
  • FEM ConstraintGear.svg Constraint gear: Используется для определения редукторных ограничений.
  • FEM ConstraintPulley.svg Constraint pulley: Используется для определения ограничений шкива.

Overwrite Constants

Меню: Сетка

  • FEM CreateNodesSet.svg Nodes set: Создаёт/определяет набор нодов для сетки метода конечных элементов.
  • FEM FemMesh2Mesh.svg FEM mesh to mesh: Преобразуйте поверхность сетки МКЭ в сетку.

Меню: Решение

  • FEM SolverCalculixCxxtools.svg Solver CalculiX Standard: Создает новый решатель для этого анализа. В большинстве случаев решатель создается вместе с анализом.
  • FEM SolverElmer.svg Solver Elmer: Создает контроллер решателя для Элмера. Он не зависит от других объектов решателя.
  • FEM SolverControl.svg Solver job control: Открывает меню для настройки и запуска выбранного решателя.

Меню: Результаты

  • FEM ResultsPurge.svg Purge results: Очищает текущие результаты расчёта (Results в древе проекта).
  • FEM ResultShow.svg Show result: Используется для показа результатов исследования (Von Mises Stress или Displacement).

Меню: Утилиты

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

Контекстное меню

Настройки

  • Std DlgPreferences.svg Preferences...: Доступные настройки инструментов FEM.

Информация

На следующих страницах объясняются различные темы верстака FEM.

Установка FEM: детальное определение настройки внешних программ для работы верстака.

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.

FEM Project дополнительная информация о системе единиц измерения, ограничениях, а также об идеях развития и дорожной карте верстака.

Учебники

Учебник 1: FEM CalculiX Cantilever 3D, базовый анализ балки с простой опорой.

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

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

Учебник 4: FEM Shear of a Composite Block; увидеть деформацию блока, состоящего из двух материалов.

Учебник 5: Переходный анализ методом конечных элементов

Учебник 6: Постобработка результатов МКЭ с помощью Paraview

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


Набор учебников 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)

Расширение 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.