FEM Tutorium

Tutorial
Thema
Finite Element Analyse
Niveau
Anfänger
Zeit zum Abschluss
10 Minuten + Löserzeit
Autor
Drei
FreeCAD version
0.16.6700 oder höher
Beispieldatei(en)

Einführung

Dieses Tutorium soll den Leser in den grundlegenden Arbeitsablauf des FEM Arbeitsbereichs sowie in die meisten Werkzeuge einführen, die zur Durchführung einer statischen Analyse zur Verfügung stehen.

Anforderungen

• FreeCAD Version 0.16.6700 oder höher
• Netgen und/oder GMSH ist auf dem System installiert
• Im Falle von GMSH installiere Makro GMSH aus dem Erweiterungsverwalter, entwickelt von psicofil.
• Calculix ist auf dem System installiert
• Der Leser verfügt über die Grundkenntnisse zur Verwendung der Part und PartDesign Arbeitsbereich

Prozedur

Modellierung

In diesem Beispiel wird ein Würfel als Studienobjekt verwendet, aber stattdessen können auch Modelle verwendet werden, die in den Part oder PartDesign Arbeitsbereichen erstellt wurden.

1. Erstelle ein neues Dokument
2. Aktiviere den Formteil Arbeitsbereichs
3. Erstelle einen Würfel
4. Ändere seine Abmessungen wie folgt:
   1. Höhe: 1.000 mm
   2. Länge: 8.000 mm
   3. Breite: 1.000 mm

Wir haben nun ein Modell, mit dem wir im Folgenden arbeiten können.

Erstellen der Analyse

Netgen

1. Wähle das Modell
2. Klicke auf Neue mechanische Analyse aus dem Menü, um eine Analyse aus dem ausgewählten Objekt zu erstellen
3. Klicke im Vernetzungsdialog auf OK

Du kannst auch ein Netz auf eine Mechanische Analyse ziehen und ablegen, die kein Netz in der Baumansicht hat.

GMSH

Die Verwendung des Makros von psicofil wird empfohlen und wird für dieses Beispiel verwendet.

1. Aktiviere das Makro
2. Wähle das Objekt aus, das du verwenden möchtest, in diesem Fall unseren Wüprfel
3. Hake das Kästchen Mechanische Analyse aus dem Netz erstellen an
4. Klicke auf OK

Wir haben unser Objekt nun vernetzt und sind bereit, Beschränkungen und Kräfte hinzuzufügen.

Beschränkungen und Kräfte

1. Blende das Netz in der Baumansicht aus.
2. Zeige das Originalmodell
3. Wähle Erstelle Feste FEM Beschränkung
4. Wähle die Rückseite des Würfels (Fläche auf der YZ Achse) und klicke auf OK
5. Wähle Erstelle FEM Kraftbeschränkung
6. Wähle die Vorderseite des Würfels (die Seite parallel zur Rückseite) und setze den Wert Flächenbelastung auf 9000000,00
7. Setze die Richtung auf -Z, durch Anwahl einer der Flächenkanten parallel zu dieser Richtung.
8. Klicke auf OK.

Wir haben jetzt die Beschränkungen und Kräfte für unsere statische Studie festgelegt.

Letzte Vorbereitungen

1. Wähle Mechanisches Material... und wähle als Material Calculix
2. Klicke OK

Ausführen des Lösers

Standardverfahren

1. Wähle das Löserobjekt , das in der Mechanischen Analyse enthalten ist
2. Wähle Berechnung starten aus dem Menü
3. Wähle Calculix Eingabedatei schreiben
4. Wähle Run Calculix
5. Klicke Schließen

Schnellverfahren

1. Wähle das Löserobjekt , das in der 'Mechanischen Analyse enthalten ist
2. Klicke auf Schnellanalyse.

Ergebnisse analysieren

1. Wähle aus dem Objektbaum das Ergebnisse Objekt
2. Wähle Ergebnis anzeigen
3. Wähle unter den verschiedenen Ergebnistypen, um die Ergebnisse anzuzeigen
4. Der Schieberegler am unteren Rand kann verwendet werden, um die Darstellung des Netzes zu ändern. Auf diese Weise können wir die Verformung, die das Objekt erfährt, visualisieren, wobei zu beachten ist, dass es sich hierbei um eine Annäherung handelt.
5. Um die Ergebnisse zu entfernen, wähle Säberungsergebnisse

Wir sind nun mit dem grundlegenden Arbeitsablauf für das FEM Modul fertig.

FEM

• FEM Analysis

• Materialien: Solid, Fluid, Nonlinear mechanical; Material editor

• Element geometry: Beam (1D), Beam rotation (1D), Shell (2D), Fluid flow (1D)

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Beschränkungen

• Electrostatisch: Potential

• Fluid: Initial velocity, Fluid boundary, Flow velocity

• Mechanisch: Fixed, Displacement, Plane rotation, Contact, Transform, Force, Pressure, Self weight, Bearing, Gear, Pulley

• Thermisch: Initial temperature, Heat flux, Temperature, Heat source

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• Netz: Mesh Netgen, Mesh GMSH, Mesh boundary layer, Mesh region, Mesh group, Nodes set, Mesh to mesh

• Lösen: Calculix tools, CalculiX, Elmer, Z88; Equations: Heat, Elasticity, Electrostatic, Fluxsolver, Flow; Solver: Solver control, Solver run

• Ergebnisse: Purge, Show; Postprocessing: Apply changes, Pipeline from result, Create warp vector filter, Create scalar clip filter, Create cut filter, Create clip filter, Create data along line filter, Create linearized stresses,

Create data at point filter, Create functions

• Dienstprogramme: Clipping plane, Remove clipping planes; Mesh clear, Mesh print info

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• Zusätzlich: Preferences; FEM Install, FEM Mesh, FEM Solver, FEM CalculiX, FEM Project, FEM Concrete; FEM Element Types

Anwenderdokumentation

• Installation: Installieren auf Windows, Installieren auf Linux, Installieren auf MacOSX; Erste Schritte
• Grundlagen: Über FreeCAD, Arbeitsbereiche, Programmeinstellungen, Dokumentstruktur, Graphische Oberfläche anpassen, Objekteigenschaften, Mausbedienung; Tutorials
• Arbeitsbereiche: Arch, Draft, FEM, Image, Inspection, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Path, Plot, Points, Raytracing, Reverse Engineering, Robot, Ship, Sketcher, Spreadsheet, Start, Surface, TechDraw, Test Framework, Web

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• Scripting: Allgemein: Einführung in Python, FreeCAD scripting tutorial, FreeCAD Scripting Basics, Wie installiere ich Makros?, Gui Command, Units Module: Builtin modules, Erstellung von Arbeitsbereichen, Weitere Workbenches installieren Meshes (Netze): Mesh Scripting, Arbeitsbereich Mesh Teile: Arbeitsbereich Part, Topological data scripting, PythonOCC, Mesh to Part Coin scenegraph: The Coin/Inventor scenegraph, Pivy Qt-Interface: PySide, Using the FreeCAD GUI, Dialog creation Parametrische Objekte: Scripted objects Andere: Code-Schnipsel, Linienzeichnungsfunktion, Einbetten von FreeCAD, FreeCAD-Bibliothek für Vektormathematik, Übersicht für erfahrene Anwender, Grundlagen der FreeCAD-Skripterstellung, Topologisches Daten-Scripting

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• Veraltete Arbeitsbereiche: Complete, Drawing