FEM Workbench/de

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FEM Arbeitsbereichssymbol

Einleitung

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

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.

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

• 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

• Werkstoff für Festkörper: Ermöglicht Dir, einen Werkstoff aus der Datenbank auszuwählen.

• Werkstoff für Fluid: Ermöglicht Dir, einen Werkstoff aus der Datenbank auszuwählen.

• Nichtlinearer mechanischer Werkstoff: Ermöglicht Dir, einen Werkstoff aus der Datenbank auszuwählen.

• image is missing Verstärkter Werkstoff: Ermöglicht dir, verstärkte Werkstoffe aus der Datenbank auszuwählen, die aus einer Matrix und einer Verstärkung bestehen.

• Werkstoffeditor:Ermöglicht Dir, den Werkstoffeditor zu öffnen, um Werkstoffe zu bearbeiten.

Elementgeometrie

• Trägerquerschnitt:

• Träger Drehung:

• Mantelblechdicke:

• Strömungsquerschnitt für 1D Strömung: Erstellt ein FEM Fluidschnittelement für pneumatische und hydraulische Netzwerke.

Elektrostatische Beschränkungen

• Elektrostatisches Potential beschränken:

Fluidbeschränkungen

• Beschränkung der Anfangsströmungsgeschwindigkeit: Wird verwendet, um eine anfängliche Fließgeschwindigkeit für das Einsatzgebiet zu definieren.

• Fluidgrenze beschränken:

• Strömungsgeschwindigkeit Beschränken: Wird verwendet, um eine Strömungsgeschwindigkeit als Randbedingung an einer Kante (2D) oder Fläche (3D) zu definieren.

Mechanische Beschränkungen

• Beschränkung fixiert: Wird verwendet, um eine fixierte Beschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) festzulegen.

• Beschränkung Schiebung: Wird verwendet, um eine Schiebungsbeschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) festzulegen.

• Drehung der Beschränkungsebene: Wird verwendet, um eine Beschränkung der Ebenendrehung auf einer ebenen Fläche festzulegen.

• Kontaktbeschränkung: Wird verwendet, um eine Kontaktbeschränkung zwischen zwei Flächen festzulegen.

• Transformationsbeschränkung: Verwendet, um eine Transformationsbeschränkung für eine Fläche festzulegen.

• Kraftbeschränkung: Wird verwendet, um eine Kraft in [N] festzulegen, die gleichmäßig auf eine wählbare Fläche in einer definierbaren Richtung wirkt.

• Druckbeschränkung: Wird verwendet, um eine Druckbeschränkung festzulegen.

• Eigengewichtsbeschränkung: Wird verwendet, um eine Schwerkraftbeschleunigung festzulegen, die auf ein Modell wirkt.

• Lagerbeschränkung: Wird verwendet, um eine Lagerbeschränkung festzulegen.

• Zahnradbeschränkung: Wird verwendet, um eine Zahnradbeschränkung festzulegen.

• Scheibenbeschränkung: Wird verwendet, um eine Scheibenbeschränkung festzulegen.

Thermische Beschränkungen

• Anfangstemperaturbeschränkung: Wird verwendet, um die Anfangstemperatur eines Körpers festzulegen.

• Wärmestrombeschränkung: Wird verwendet, um eine Wärmestrombeschränkung auf einer Fläche(n) festzulegen.

• Temperaturbeschränkung: Wird verwendet, um eine Temperaturbeschränkung für einen Punkt/Kante/Fläche(n) festzulegen.

• Körperwärmequelle beschränken:

Menü: Netz

• FEM Netz aus Form durch Netgen:

• FEM Netz aus Form durch GMSH:

• FEM Netz Grenzschicht:

• FEM Netzbereich:

• FEM Netzgruppe:

• Knoten Satz: Erstellt/definiert einen Knotensatz aus einem FEM etz.

• FEM Netz zu Netz: Wandle die Oberfläche eines FEM Netzes in ein Netz um.

Menü: Lösen

• Löser Kalculix CCX Werkzeuge: Erstellt einen neuen Löser für diese Analyse. In den meisten Fällen wird der Löser zusammen mit der Analyse erstellt.

• Löser CalculiX:

• Löser Elmer: Erstellt den Löser Steuerung für Elmer. Er ist unabhängig von anderen Löser Objekten.

• Löser Z88:

• Wärmegleichung :

• Elastizitätsgleichung:

• Elektrostatikgleichung:

• Stromlösergleichung:

• Strömungsgleichung:

• Löser Auftragssteuerung: Öffnet das Menü zum Einstellen und Starten des ausgewählten Lösers.

• Löser Laufzeitberechnung: Führt den ausgewählten Löser der aktiven Analyse aus.

Menü: Ergebnisse

• Ergebnisbereinigung: Löscht die Ergebnisse der aktiven Analyse.

• Ergebnisanzeige: Wird verwendet, um das Ergebnis einer Analyse anzuzeigen.

• Anwendungsänderungen veröffentlichen:

• Leitung aus Ergebnis veröffentlichen:

• File:Fem-warp.svg Post Create warp vector filter:

• File:Fem-clip-scalar.svg Post Create scalar clip filter:

• File:Fem-cut.svg Post Create cut filter:

• File:Fem-clip.svg Post Create clip filter:

• Post Create data along line filter:

• Post Create linearized stresses:

• Post Create data at point filter:

• Erstellungsfunktionen veröffentlichen:
  • File:Fem-sphere.svg :
  • File:Fem-plane.svg :

Menü: Hilfsmittel

• Schnittebene auf Fläche:

• Entfernen aller Schnittebenen:

• FEM Beispiele: Öffne die GUI, um auf FEM Beispiele zuzugreifen.

Kontextmenü

• FEM Netz löschen:

• FEM Netz drucke Info:

Einstellungen

• Einstellungen...: Einstellungen, die in den FEM Werkzeugen verfügbar sind.

Information

Die folgenden Seiten erläutern verschiedene Themen des FEM Arbeitsbereichs.

FEM Installieren: eine detaillierte Beschreibung, wie die im Arbeitsbereich verwendeten externen Programme eingerichtet werden.

FEM Netz: weitere Informationen zur Erlangung eines Netzes für die Finite Elemente Analyse.

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

FEM CalculiX: weitere Informationen zu CalculiX, dem Standard Löser, der im Arbeitsbereich für die Strukturanalyse verwendet wird.

FEM Beton: interessante Informationen zum Thema Simulation von Betonstrukturen.

FEM Projekt: weitere Informationen über das Einheitensystem, Begrenzungen und die Entwicklungsideen und den Fahrplan des Arbeitsbereichs.

Tutorien

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

Tutorium 2: FEM Tutorium; einfache Spannungsanalyse einer Struktur.

Tutorium 3: FEM Tutorium Python; einrichten des Cantilever Beispiels vollständig durch Skripting in Python, einschließlich des Netzes.

Tutorium 4: FEM Scherung eines Verbundwerkstoffblocks; siehe die Verformung eines Blocks, der aus zwei Materialien besteht.

Tutorium 5: Transiente FEM Analyse

Tutorium 6: Nachbearbeitung_von_FEM-Ergebnissen_mit_Paraview

Tutorium 7: FEM Example Capacitance Two Balls; Elmer's GUI tutorium 6 "Electrostatics Capacitance Two Balls" using FEM Examples.

Gekoppelte Tutorien zur thermomechanischen Analyse von openSIM.

Videotutorium 1: FEM Video für Anfänger (einschließlich YouTube-Link)

Videotutorium 2: FEM Video für Anfänger (einschließlich YouTube-Link)

Viele Videotutorien: anisim Open Source Engineering Software (in Deutsch)

Erweiterung dea FEM Arbeitsbereichs

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 Information richtet sich an fortgeschrittene Anwender und Entwickler, die den FEM Arbeitsbereich auf unterschiedliche Weise erweitern möchten. Vertrautheit mit C++ und Python werden vorausgesetzt, ebenso wie einige Kenntnisse des in FreeCAD verwendeten "Dokumentobjekt" Systems; diese Informationen sind im Verteiler für Intensivnutzer und im Verteiler für Entwickler verfügbar. Bitte beachte, dass einige Artikel zu alt und damit veraltet sein können, da sich FreeCAD in der aktiven Entwicklung befindet. Die aktuellsten Informationen werden in den FreeCAD Foren, im Bereich Entwicklung, diskutiert. Für FEM Diskussionen, Ratschläge oder Unerstützung bei der Erweiterung des Arbeitsbereichs sollte sich der Leser auf das FEM Unterforum beziehen.

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

• FEM Modul erweitern
• Tutorium FEM Beschränkungen hinzufügen
• Tutorium FEM Gleichungen hinzufügen

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.

• Frühe Vorschau des ebook: Anleitung für Modulentwickler zur FreeCAD-Quelle (Forum-Thread)
• FreeCAD Mod Dev Guide (github repository)

Arbeitsbereich Zeichnung

Arbeitsbereich Grafik

Index

FEM

• FEM Analysis

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

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

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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

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• 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

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

Anwenderdokumentation

• Erste Schritte
• Installation: Herunterladen, Windows, Linux, Mac, Zusätzlicher Komponenten, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
• Grundlagen: Über FreeCAD, Graphische Oberfläche, Mausbedienung, Auswahlmethoden, Objektname, Programmeinstellungen, Arbeitsbereiche, Dokumentstruktur, Objekteigenschaften, Hilf FreeCAD, Spende

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• Hilfe: Tutorien, Video Tutorien
• Arbeitsbereiche: Std Base, Arch, Assembly, CAM, Draft, FEM, Inspection, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Points, Reverse Engineering, Robot, Sketcher, Spreadsheet, Start, Surface, TechDraw, Test Framework, Web

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• Erweiterung: Erweiterungsverwalter, Externe Arbeitsbereiche, Skripten und Makros

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• Hubs: Anwenderzentrum, Hauptanwenderzentrum, Entwicklerzentrum