FEM Workbench/ru

Верстак Drawing

Верстак Image

Оглавление

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).

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.

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

Меню: Модель

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

Материалы

• Material for solid: Выберите материал из базы данных.

• Material for fluid: Выберите материал из базы данных.

• Nonlinear mechanical material: Выберите материал из базы данных.

• Армированный материал (бетон): Позволяет выбрать из базы данных армированные материалы, состоящие из матрицы и армирования.

• Material editor: Позволяет открыть редактор для редактирования материалов.

Геометрия элемента

• Beam cross section:

• Beam rotation:

• Shell plate thickness:

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

Электростатические ограничения

• Constraint electrostatic potential:

Жидкостные ограничения

• Constraint initial flow velocity: Используется для определения начальной скорости потока в области.

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

Geometrical Constraints

• Constraint plane rotation: Используется для определения ограничения плоского вращения на плоской поверхности.

• Constraint section print: introduced in version 0.19

• Constraint transform: Используется для назначения ограничения трансформации на грани.

Механические ограничения

• Constraint fixed: Используется для определения ограничения с фиксацией точки/грани/поверхности.

• Constraint displacement: Используется для определения ограничений смещения для точки/грани/поверхности.

• Constraint contact: Используется для определения контактного ограничения между двумя поверхностями.

• Constraint tie: introduced in version 0.19

• Constraint force: Используется для определения силы в [N], приложенной равномерно к выбираемой поверхности в определяемом направлении.

• Constraint pressure: Используется для определения ограничения давления.

• Constraint self weight: используется для определения ускорения свободного падения, действующего на модель.

Температурные ограничения

• Constraint initial temperature: Используется для определения начальной температуры тела.

• Constraint heatflux: Используется для определения ограничений тепловых потоков на поверхностях.

• Constraint temperature: Используется для определения температурных ограничений для точки/грани/поверхности.

• Constraint body heat source:

Constraints without solver

• Fluid boundary condition:

• Constraint bearing: Используется для определения подшипниковых ограничений.

• Constraint gear: Используется для определения редукторных ограничений.

• Constraint pulley: Используется для определения ограничений шкива.

Overwrite Constants

• Constant vacuum permittivity: introduced in version 0.19

Меню: Сетка

• FEM mesh from shape by Netgen:

• Сетка МКЭ из формы с помощью Gmsh:

• FEM mesh boundary layer:

• FEM mesh region:

• FEM mesh group:

• Nodes set: Создаёт/определяет набор нодов для сетки метода конечных элементов.

• FEM mesh to mesh: Преобразуйте поверхность сетки МКЭ в сетку.

Меню: Решение

• Solver CalculiX Standard: Создает новый решатель для этого анализа. В большинстве случаев решатель создается вместе с анализом.

• Решатель CalculiX (экспериментальный):

• Solver Elmer: Создает контроллер решателя для Элмера. Он не зависит от других объектов решателя.

• Solver Z88:

• Elasticity equation:

• Electricforce equation: introduced in version 0.19

• Электростатические уравнения:

• Гидродинамические уравнения:

• Flux equation:

• Heat equation:

• Solver job control: Открывает меню для настройки и запуска выбранного решателя.

• Run solver calculations: Запускает выбранный решатель текущего анализа.

Меню: Результаты

• Purge results: Очищает текущие результаты расчёта (Results в древе проекта).

• Show result: Используется для показа результатов исследования (Von Mises Stress или Displacement).

• Apply changes to pipeline:

• Post pipeline from result:

• Warp filter:

• Scalar clip filter:

• Function cut filter:

• Region clip filter:

• Line clip filter:

• Stress linearization plot:

• Data at point clip filter:

• Filter functions:
  • 
  • 

Меню: Утилиты

• Clipping plane on face:

• Remove all clipping planes:

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

Контекстное меню

• Clear FEM mesh:

• Display FEM mesh info:

Настройки

• 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.

• Extend FEM Module
• Добавление ограничений в верстак FEM
• Учебник по добавлению уравнений в верстак FEM

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.

• Early preview of ebook: Module developer' guide to FreeCAD source (тема форума)
• FreeCAD Mod Dev Guide (хранилище github)

Верстак Drawing

Верстак Image

Оглавление

FEM

• FEM Analysis

• Materials: Solid, Fluid, Nonlinear mechanical, Reinforced (concrete); Material editor

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

---

Constraints

• Electromagnetic: Electrostatic potential, Current density, Magnetization

• Fluid: Initial flow velocity, Initial pressure, Flow velocity

• Geometrical: Plane rotation, Section print, Transform

• Mechanical: Fixed, Displacement, Contact, Tie, Spring, Force, Pressure, Centrif, Self weight

• Thermal: Initial temperature, Heat flux, Temperature, Body heat source

• Overwrite Constants: Constant vacuum permittivity

---

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

• Solve: CalculiX Standard, Elmer, Mystran, Z88; Equations: Deformation, Elasticity, Electrostatic, Electricforce, Magnetodynamic, Magnetodynamic 2D, Flow, Flux, Heat; Solver: Solver control, Solver run

• Results: Purge, Show; Postprocessing: Apply changes, Pipeline from result, Warp filter, Scalar clip filter, Function cut filter, Region clip filter, Contours filter, Line clip filter, Stress linearization plot, Data at point clip filter, Filter function plane, Filter function sphere, Filter function cylinder, Filter function box

• Utilities: Clipping plane, Remove clipping planes, Open FEM examples; Mesh clear, Mesh display info

---

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

Документация пользователя

• Начинающим
• Установка: Загрузка, Windows, Linux, Mac, Дополнительных компонентов, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
• Базовая: О FreeCAD, Интерфейс, Навигация мыши, Методы выделения, Имя объекта, Настройки, Верстаки, Структура документа, Свойства, Помоги FreeCAD, Пожертвования

---

• Помощь: Учебники, Видео учебники
• Верстаки: Std Base, Arch, Assembly, CAM, Draft, FEM, Inspection, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Points, Reverse Engineering, Robot, Sketcher, Spreadsheet, Start, Surface, TechDraw, Test Framework, Web

---

• Addons: Менеджер дополнений, Внешние верстаки, Cкрипты и макросы

---

• Hubs: Уголок пользователя, Уголок опытных пользователей, Уголок разработчиков