Arbeitsbereich FEM

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Symbol des Arbeitsbereichs FEM

Einleitung

Der Arbeitsbereich FEM ermöglicht einen modernen Arbeitsablauf zur Finite-Elemente-Analyse (FEA) innerhalb von FreeCAD, siehe Finite-Elemente-Methode (FEM). Dies bedeutet im Wesentlichen, dass alle Werkzeuge zur Durchführung einer Analyse in einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) zusammengefasst sind.

Arbeitsablauf

Die Schritte zur Durchführung einer Finite-Elemente-Analyse sind:

  1. Vorbereitung: 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 Simulationsrandbedingungen wie Lasten und starren Einspannungen zum geometrischen Modell.
      2. Hinzufügen von Materialien zu Teilen des geometrischen Modells.
      3. Erstellen eines Finite-Elemente-Netzes für das geometrische Modell oder Importieren eines Netzes aus einer anderen Anwendung.
  2. Berechnung: 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.

Der Arbeitsbereich FEM kann unter Linux, Windows und Mac OSX eingesetzt werden. Da der Arbeitsbereich mit externen Lösern arbeitet, hängt der Umfang der manuellen Einrichtung von dem Betriebssystem des Benutzers ab. Siehe FEM Einrichtung für Anweisungen zum Einrichten der externen Werkzeuge.

Arbeitsablauf des Arbeitsbereichs FEM; der Arbeitsbereich ruft zwei externe Programme auf, eins zum Vernetzen eines Festkörper-Objekts zu vernetzen und eins um die eigentliche rechnerische Lösung des Finite-Elemente-Problems durchzuführen.

Menü Modell

  • Analysebehälter: Erstellt einen neuen Behälter (Analysis-Objekt) für eine mechanische Analyse. Wenn in der Baumansicht vor dem Anklicken ein Festkörper ausgewählt wird, wird als nächstes der Vernetzungsdialog geöffnet.

Werkstoffe

  • Werkstoff für Fluide: Ermöglicht, ein "fließendes Material" (Gas oder Flüssigkeit) aus der Datenbank auszuwählen.
  • Bewehrtes Material (Beton): Ermöglicht, verstärkte Werkstoffe aus der Datenbank auszuwählen, die aus einer Matrix und einer Bewehrung (Verstärkung, Armierung) bestehen.
  • Werkstoffeditor: Ermöglicht, den Werkstoffeditor zu öffnen, um Werkstoffe zu bearbeiten.

Elementgeometrie

  • Träger Drehung: Wird verwendet, um Querschnitte von Balkenelementen zu drehen.
  • Wandstärke: Wird verwendet, um die Wandstärke für Schalenelemente festzulegen.

Elektromagnetische Randbedingungen

Randbedingungen für Fluide

Geometrische Analyse-Elemente

  • RandbedingungEbeneDurchPunkte: Wird verwendet, um eine Randbedingung zu erstellen, die Knoten einer ebenen Oberfläche auf derselben Ebene festhält.
  • Section print feature: Wird zur Ausgabe der vorgegebenen "facial output variables" (Kräfte und Momente) in die Daten-Datei verwendet.

Mechanische Randbedingungen und Lasten

  • Randbedingung Kontakt: Wird verwendet, um eine Randbedingung Kontakt zwischen zwei Flächen festzulegen.
  • Kraftbelastung: Wird verwendet, um eine Kraft in [N] festzulegen, die gleichmäßig auf eine auswählbare Fläche in einer definierbaren Richtung wirkt.
  • Druckbelastung: Wird verwendet, um eine Randbedingung Druck festzulegen.
  • Schwerkraft-Last: Wird verwendet, um eine Schwerkraftbeschleunigung festzulegen, die auf ein Modell wirkt.

Thermische Randbedingungen und Lasten

  • Wärmestrom-Last: Wird verwendet, um eine Randbedingung Wärmestrom auf einer Fläche(n) festzulegen.
  • RandbedingungTemperatur: Wird verwendet, um eine Randbedingung Temperatur für einen Punkt, eine Kante oder Fläche(n) festzulegen.

Konstanten Überschreiben

Menü Netz

  • FEM Netzbereich: Erzeugt einen oder mehrere lokalisierte Bereiche für die Vernetzung, wodurch die Analysezeit stark optimiert wird.
  • FEM Netzgruppe: Gruppiert und beschriftet Elemente eines Netzes (Knoten, Kante, Fläche) zusammen, nützlich für den Export des Netzes zu externen Lösern.
  • FEM-Netz zu Netz: Wandelt Oberflächen von 3D-Elementen oder ganze 2D-Elemente eines ausgewählten FEM-Netzes in ein Oberflächennetz um.

Menü Lösen

  • Löser Z88: Erstellt die Löser-Steuerung für Z88.

Mechanische Gleichungen

Elektromagnetische Gleichungen

Menü Ergebnisse

  • Pipeline aus Ergebnis buchen: Wird verwendet, um eine neue grafische Darstellungen von FEM-Analyseergebnissen (Farbskala und weitere Darstellungsoptionen) hinzuzufügen.
  • Warp Filter: zum Darstellen der skaliert verzerrten Form eines Modells.
  • Schnittfilter: zum Darstellen der Ergebnisse auf einer Kugel oder Ebene, die durch das Modell schneidet.
  • Region Schnittfilter: zum Beschneiden eines Feldes mit einer Kugel oder einer Ebene, die durch das Modell schneidet.

Filterfunktionen

  • Ebene: Beschneidet das Ergebnisnetz mit einer Ebene.
  • Kugel: Beschneidet das Ergebnisnetz mit einer Kugel.

Menü Dienstprogramme

Kontextmenü

  • FEM Netz löschen: Löscht die Netzdatei aus der FreeCAD-Datei. Nützlich, um eine FreeCAD Datei leichter zu machen.

Veraltete Werkzeuge

  • Fluid Randbedingungen: Wird zum festlegen einer Fluid-Grenzschicht-Bedingung verwendet. Besaß keinen Löser. Nicht vorhanden in Version 1.0 und darüber.
  • Lagerbeschränkung: Wird verwendet, um eine Lagerbeschränkung festzulegen. Besaß keinen Löser. Nicht vorhanden in Version 1.0 und darüber.
  • Zahnradbeschränkung: Wird verwendet, um eine Zahnradbeschränkung festzulegen. Besaß keinen Löser. Nicht vorhanden in Version 1.0 und darüber.
  • Scheibenbeschränkung: Wird verwendet, um eine Scheibenbeschränkung festzulegen. Besaß keinen Löser. Nicht vorhanden in Version 1.0 und darüber.
  • Knoten Satz: Erstellt/definiert einen Knotensatz aus einem FEM-Netz. Das Werkzeug wurde nie fretiggestellt und konnte nicht verwendet werden. Nicht mehr vorhanden in Version 1.0 und darüber.

Einstellungen

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 Geometry Preparation and Meshing: Tipps bezüglich Geometrievorbereitung für FEM und Netzerstellung (engl.).

FEM Netz: Einzelheiten zu Netzen im Arbeitsbereich FEM.

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.

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 Beispiel Kapazität Zweier Kugeln; Elmer's GUI-Tutorium 6 "Electrostatics Capacitance Two Balls", verwendet FEM-Beispiele.

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 Videotutorials: anisim Open Source Engineering Software (in Deutsch)

Erweiterung des Arbeitsbereichs FEM

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.

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.

Erweitern der FEM Arbeitsbereichsdokumentation


FEM

Constraints

Anwenderdokumentation
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