FEM Workbench/ru

Верстак Drawing

Верстак Image

Оглавление

Логотип 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.

Верстак FEM можно использовать в Linux, Windows и Mac OSX. Поскольку данный верстак использует внешние решатели, количество требуемых дополнительных настрлек будет зависеть от используемой вами операционной системы. Инструкции по настройке внешних инструментов смотрите в разделе Установка FEM.

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

• Твердотельный материал: Позволяет выбрать твердый материал из базы данных.

• Текучий материал: Позволяет выбрать текучий материал из базы данных.

• Нелинейный механический материал: Позволяет добавить нелинейную механическую модель материала.

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

• Material editor: Открыть редактор материалов для их редактирования.

Геометрия элемента

• Поперечное сечение балки: Создает условие поперечного сечения балки для МКЭ.

• Вращение балки: Создает условие поворота балки для МКЭ.

• Толщина листа материала: Создает условие толщины листа материала.

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

Электростатические ограничения

• Создать электростатический потенциал: Создает граничное условие МКЭ для электростатического потенциала.

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).

Геометрические Ограничения

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

• Constraint sectionprint: Creates a FEM constraint sectionprint представлено в версии 0.19.

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

Механические ограничения

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

• Ограничение перемещения: Используется для определения ограничений смещения для точки/грани/поверхности.

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

• Constraint tie: Creates a FEM constraint tie представлено в версии 0.19.

• Constraint spring: Used to define a spring. introduced in version 0.20

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

• Constraint pressure: Используется для определения ограничения давления.

• Constraint centrif: Used to define a centrifugal body load constraint. introduced in version 0.20

• 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.

• Задать тело, являющееся источником тепла: Создает граничное условие для МКЭ определяющее тело, являющееся источником тепла.

Ограничения без решателя

• Fluid boundary condition: Create fluid boundary condition on face entity for Computional Fluid Dynamics.

• 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: Creates a FEM constant vacuum permittivity to overwrite standard value.

Меню: Сетка

• Cетка МКЭ из фигуры генерируемая построителем Netgen: Create a FEM mesh from a solid or face shape by Netgen internal mesher.

• Сетка МКЭ из фигуры генерируемая построителем Gmsh: Создать сетку МКЭ из фигуры с помощью генератора сетки Gmsh.

• Граничный слой сетки МКЭ: Создает граничный слой сетки МКЭ.

Translations:FEM Module/141/ru

• Область сетки МКЭ: Создать область сетки МКЭ.

• Группа сетки МКЭ: Создает группу сетки МКЭ.

• Nodes set: Creates a FEM mesh nodes set.

• 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): Создает решатель МКЭ CalculiX (экспериментальный).

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

• Solver Mystran: introduced in version 0.20

• Решатель Z88: Создает задачу для решателя МКЭ Z88 .

• Уравнение гибкости: Создает уравнение для расчета упругости МКЭ.

• Electricforce equation: Creates a FEM equation for electric forces.

• Электростатические уравнение: Создает уравнение для расчета электростатики МКЭ.

• Уравнение потока: Создает уравнение МКЭ для потока вещества.

• Flux equation: Creates a FEM equation for flux.

• Heat equation: Creates a FEM equation for heat.

• 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: Apply changes to parameters directly and not on recompute only....

• Post pipeline from result: Creates a post processing pipeline from a result object.

• Warp filter: Warp the geometry along a vector field by a certain factor.

• Scalar clip filter: Применяется для обрезки поля с заданным скалярным значением.

• Function cut filter:

• Region clip filter:

• Line clip filter:

• Stress linearization plot: Создает график линеаризации напряжений.

• 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: подробное описание по установке(настройке) внешних программ используемых 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.

Учебные материалы для самостоятельного изучения

Пример 1: Анализ деформации консольной балки (CalculiX), простейший анализ деформации консольной балки под воздействием нагрузки.

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

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

Пример 4: Анализ деформации композитного блока; анализ деформации композитного блока, состоящего из двух материалов.

Пример 5: Переходный анализ методом конечных элементов

Пример 6: Постобработка результатов МКЭ с помощью Paraview

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

Набор руководств 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)

Развитие 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)

Дополнительная документация к Верстаку FEM

• More information regarding extending or missing FEM documentation can be found in the forum: FEM documentation missing on the Wiki

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