Ambiente FEM

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Ambiente Inspection

Indice

Introduzione

L'Ambiente FEM offre a FreeCAD un moderno flusso di lavoro per l'analisi agli elementi finiti (FEA). Questo significa che tutti gli strumenti per fare una analisi degli elementi finiti sono combinati in una GUI.

Flusso di lavoro

I passaggi per effettuare un'analisi ad elementi finiti sono:

Preelaborazione: impostazione del problema di analisi.
1. Modellazione della geometria: creazione della geometria con FreeCAD o importazione da una diversa applicazione.
2. Creare una analisi.
  1. Aggiungere i vincoli di simulazione quali i carichi e i supporti al modello da analizzare.
  2. Aggiungere i materiali alle parti del modello geometrico.
  3. Creare un elemento mesh finito per il modello geometrico o importarlo da una diversa applicazione.
Risoluzione: eseguire usando un risolutore esterno dall'interno di FreeCAD.
Postelaborazione: visualizzare i risultati dell'analisi dall'interno di FreeCAD, o esportare i risultati in modo che possano essere postelaborati con un'altra applicazione.

Il modulo FEM può essere usato su piattaforme Windows, Mac OSX e Linux. Dato che il modulo FEM utilizza un risolutore esterno, la quantità di interventi manuali dipende dal sistema operativo che si sta utilizzando. Consultare la pagina Installare i componenti per l'ambiente FEM per le istruzioni sulla configurazione degli strumenti esterni.

Flusso di lavoro del Workbench FEM; il workbench chiama due programmi esterni per eseguire il meshing di un oggetto solido e risolvere il problema degli elementi finiti

Menu Modello

Contenitore analisi: Crea un nuovo contenitore per una analisi meccanica statica. Se invece, prima di cliccare su questo strumento, viene selezionato un solido nella vista ad albero si apre la finestra di meshing.

Materiali

Materiale FEM per solidi: Consente di selezionare un materiale solido dal database.

Materiale FEM per fluidi: Consente di selezionare un materiale fluido dal database.

Materiale non lineare: Consente di aggiungere un modello di materiale meccanico non lineare.

Materiale rinforzato (calcestruzzo): Consente di selezionare dal database i materiali rinforzati costituiti da una matrice e da un rinforzo.

Editor dei materiali: Consente di aprire l'editor dei materiali per modificare i materiali.

Geometria dell'elemento

Sezione trasversale di trave: Utilizzato per definire le sezioni trasversali per gli elementi trave.

Rotazione di trave: Utilizzato per ruotare le sezioni trasversali degli elementi trave.

Spessore di una lastra: Utilizzato per definire lo spessore dell'elemento lastra.

Sezione del fluido per flusso 1D: Utilizzato per creare un elemento sezione del fluido FEM per reti pneumatiche e idrauliche.

Electromagnetic boundary conditions

Condizione al contorno del potenziale elettrostatico: Utilizzato per la definizione del potenziale elettrostatico.

Condizione al contorno della densità di corrente: Utilizzato per definire una densità di corrente. disponibile dalla versione 0.21

Condizione al contorno della magnetizzazione: Utilizzato per definire una magnetizzazione. disponibile dalla versione 0.21

Condizioni al contorno del fluido

Condizione iniziale di velocità del flusso: Utilizzato per definire una velocità di flusso iniziale per un corpo (volume).

Condizione iniziale di pressione: Utilizzato per definire una pressione iniziale per un corpo (volume). disponibile dalla versione 0.21

Condizione al contorno della velocità del flusso: Utilizzato per definire una velocità del flusso come condizione di un contorno su un bordo (2D) o una faccia (3D).

Caratteristiche dell'analisi geometrica

Vincolo multi-punto piano: Utilizzato per definire un vincolo per mantenere i nodi di una superficie planare sullo stesso piano.

Funzione di stampa della sezione: Utilizzato per stampare le variabili di output facciali predefinite (forze e momenti) nel file di dati.

Sistema di coordinate locali: Utilizzato per definire un vincolo di trasformazione su una faccia.

Condizioni al contorno e carichi meccanici

Condizione al contorno fissa: Utilizzato per definire un vincolo fisso su punto/bordo/faccia(e).

Vincolo di corpo rigido: Utilizzato per applicare il vincolo di corpo rigido di CalculiX che vincola il movimento dei nodi di un'entità geometrica selezionata al movimento di un punto di riferimento posizionati dall'utente. disponibile dalla versione 1.0

Vincolo di dislocamento: Utilizzato per definire un vincolo di dislocamento su un punto, bordo o faccia (e).

Vincolo contatto: Utilizzato per definire un vincolo contatto tra due facce.

Legame di vincolo: Utilizzato per definire un vincolo di collegamento ("contatto vincolato") tra due facce.

Vincolo molla: utilizzato per definire una molla. disponibile dalla versione 0.20

Vincolo forza: Utilizzato per definire una forza in N applicata uniformemente ad una faccia selezionabile, nella direzione definibile.

Vincolo pressione: Utilizzato per definire un vincolo pressione.

Vincolo centrifugo: Utilizzato per definire un vincolo di carico centrifugo sul corpo. disponibile dalla versione 0.20

Vincolo peso proprio: Utilizzato per definire una accelerazione di gravità che agisce su un modello.

Vincoli termici

Vincolo temperatura iniziale: Utilizzato per definire un vincolo di temperatura iniziale di un corpo.

Vincolo scambio termico: Utilizzato per definire un vincolo di scambio termico su una faccia (e).

Vincolo temperatura: Utilizzato per definire un vincolo di temperatura limite su un punto, bordo o faccia (e).

Vincolo fonte di calore del corpo: Utilizzato per definire un calore corporeo generato internamente.

Sovrascrivere le costanti

Permittività del vuoto costante: Utilizzato per sovrascrivere la costante dielettrica del vuoto con un valore personalizzato.

Menu Mesh

Mesh FEM da forma con Netgen: Genera una mesh a elementi finiti per un modello utilizzando Netgen.

Mesh FEM da forma con Gmsh: Genera una mesh agli elementi finiti per un modello usando Gmsh.

Strato limite di mesh FEM: Crea mesh anisotrope per calcoli accurati vicino ai confini.

Regione di mesh FEM: Crea una o più aree localizzate da meshare in modo da ottimizzare il tempo di analisi.

Gruppo di mesh FEM: Raggruppa ed etichetta insieme gli elementi di una mesh (vertice, bordo, superficie), utile per esportare la mesh a solutori esterni.

Erase Elements: Hides elements selected by a polygon from the mesh. introduced in version 1.0

Converti mesh FEM in mesh: Converte la superficie di una mesh FEM in una mesh.

Menu Risolutore

Risolutore Calculix Standard: Crea un nuovo risolutore per questa analisi.

Risolutore Elmer: Crea il controller del risolutore per Elmer.

Risolutore Mystran: Crea il controller del risolutore per il risolutore MYSTRAN. disponibile dalla versione 0.20

Risolutore Z88: crea il controller del risolutore per Z88.

Mechanical equations

Equazione di elasticità: Equazione per il Risolutore Elmer per eseguire analisi lineari meccaniche.

Equazione di deformazione: Equazione per il Risolutore Elmer per eseguire analisi meccaniche non lineari (deformazioni ). disponibile dalla versione 0.21

Electromagnetic equations

Equazione elettrostatica: Equazione per il Risolutore Elmer per eseguire analisi elettrostatiche.

Equazione Electricforce: Equazione per il Risolutore Elmer per calcolare la forza elettrica sulle superfici.

Equazione magnetodinamica: Equazione per il Risolutore Elmer per il calcolo magnetodinamico. disponibile dalla versione 0.21

Equazione 2D magnetodinamica: Equazione per il Risolutore Elmer per il calcolo magnetodinamico 2D. disponibile dalla versione 0.21

Equazione di flusso: Equazione per il Risolutore Elmer per eseguire analisi di flusso.

Equazione di flusso: Equazione per il Risolutore Elmer per eseguire analisi di flusso.

Equazione del calore: Equazione per il Risolutore Elmer per eseguire analisi di trasferimento di calore.

Controlli del risolutore: Apre il menu per regolare e avviare il risolutore selezionato.

Avvia il risolutore: Avvia il risolutore selezionato per l'analisi attiva.

Menu Risultati

Azzera risultati: Cancella i risultati dell'analisi attiva.

Mostra i risultati: Visualizza i risultati di un'analisi. Questa finestra di dialogo non è disponibile per il Risolutore Elmer poiché questo risolutore visualizza utilizzando solo l'oggetto Post pipeline dal risultato.

Applicare le modifiche alla pipeline: si attiva/disattiva se le modifiche alle pipeline e ai filtri vengono applicate immediatamente.

Post pipeline dal risultato: utilizzato per aggiungere una nuova rappresentazione grafica dei risultati dell'analisi FEM (scala di colori e più opzioni di visualizzazione).

Filtro di curvatura: utilizzato per visualizzare la forma deformata in scala del modello.

Filtro taglio scalare: utilizzato per ritagliare un campo con un valore scalare specificato.

Filtro taglio con funzione: utilizzato per visualizzare i risultati su una sfera o un piano che attraversa il modello.

Post Crea filtro di taglio: utilizzato per ritagliare un campo con una sfera o un piano che attraversa il modello.

Filtro contorni: utilizzato per visualizzare linee-iso (per analisi in 2D) o contorni-iso. disponibile dalla versione 0.21

Post crea filtro dati lungo la linea: utilizzato per tracciare i valori di un campo lungo una linea specificata.

Grafico di linearizzazione della sollecitazione: crea un grafico di linearizzazione delle sollecitazioni.

Filtro di taglio dei dati in un punto: utilizzato per visualizzare il valore di un campo selezionato in un determinato punto.

Filter functions

Funzione filtro Piano: Taglia la mesh risultante con un piano.

Funzione filtro Sfera: Taglia la mesh risultante con una sfera.

Funzione filtro Cilindro:: Taglia la mesh risultante con un cilindro. disponibile dalla versione 0.21

Funzione filtro Box: Taglia la mesh risultante con un box. disponibile dalla versione 0.21

Menu: Utilità

Piano di taglio di ritaglio sulla faccia: Aggiunge un piano di taglio per l'intera vista del modello.

Rimuovi tutti i piani di taglio: Rimuove tutti i piani di taglio esistenti.

Apre gli esempi di FEM: Apre la GUI per accedere agli esempi FEM.

Menu contestuale

Cancella mesh FEM: Elimina il file mesh dal file FreeCAD. Utile per alleggerire un file di FreeCAD.

Visualizza info mesh FEM: Visualizza le statistiche di base della mesh esistente - numero di nodi ed elementi di ogni tipo.

Strumenti obsoleti

Condizione limite del fluido: Utilizzato per definire una condizione al contorno del fluido.

Vincolo cuscinetto: Utilizzato per definire un vincolo cuscinetto.

Vincolo ingranaggio: Utilizzato per definire un vincolo di ingranaggio.

Vincolo puleggia: Utilizzato per definire un vincolo puleggia.

Risolutore CalculiX (nuovo framework): Uguale al framework originale Risolutore CalculiX Standard con controlli aggiuntivi. Lo strumento era incompleto. Non disponibile in versione 0.22 e superiori.

Imposta i nodi: Crea o definisce un set di nodi da mesh FEM. Lo strumento era incompleto e non poteva essere utilizzato. Non disponibile in versione 0.22 e superiori.

Preferenze

Preferenze...: Preferenze disponibili per gli strumenti FEM.

Informazioni

Le seguenti pagine spiegano diversi argomenti dell'ambiente FEM.

FEM Install: una descrizione dettagliata su come impostare i programmi esterni utilizzati in questo ambiente.

FEM Geometry Preparation and Meshing: tips regarding geometry preparation for FEM and meshing.

Mesh FEM: ulteriori informazioni su come ottenere una mesh per l'analisi degli elementi finiti.

FEM Solver: ulteriori informazioni sui diversi solutori disponibili nel workbench e quelli che potrebbero essere utilizzati in futuro.

FEM CalculiX: ulteriori informazioni su CalculiX, il risolutore predefinito utilizzato nel workbench per l'analisi strutturale.

FEM Concrete: informazioni interessanti sul tema della simulazione di strutture in calcestruzzo.

Tutorial

Tutorial 1: FEM CalculiX Trave a sbalzo 3D; analisi di base di una trave.

Tutorial 2: Tutorial di FEM; semplice analisi della tensione di una struttura.

Tutorial 3: FEM Tutorial Python; esempio di configurazione della trave a sbalzo interamente attraverso lo scripting in Python, inclusa la mesh.

Tutorial 4: Taglio FEM di un blocco composito; vedere la deformazione di un blocco composto da due materiali.

Tutorial 5: Analisi FEM transitoria

Tutorial 6: Post-elaborazione dei risultati FEM con Paraview

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

Tutorial di analisi meccaniche termiche di openSIM

Video Tutorial 1: Articolo nel forum (con il link YouTube)

Video Tutorial 2: Articolo nel forum (con il link YouTube)

Altri tutorial video: anisim Open Source Engineering Software (in tedesco).

Estendere l'ambiente FEM

L'ambiente FEM è in costante sviluppo. Un obiettivo del progetto è trovare i modi per interagire facilmente con i vari solutori FEM, in modo che l'utente finale possa semplificare il processo di creazione, meshing, simulazione e ottimizzazione di un problema di progettazione tecnica, tutto in FreeCAD.

Le seguenti informazioni sono rivolte agli utenti esperti e agli sviluppatori che desiderano estendere l'ambiente FEM in modi diversi. Serve avere familiarità con C++ e Python, ed è anche necessaria una certa conoscenza del sistema "document object" utilizzato in FreeCAD; queste informazioni sono disponibili nella documentazione per utenti esperti e nella documentazione per gli sviluppatori. Notare che, poiché FreeCAD è in fase di sviluppo attivo, alcuni articoli potrebbero essere vecchi e quindi obsoleti. Le informazioni più aggiornate sono discusse nel forum di FreeCAD, nella sezione Development. Per discussioni, consigli o assistenza FEM sull'estensione dell'ambiente, il fare riferimento al subforum FEM.

I seguenti articoli spiegano come è possibile estendere il workbench, ad esempio aggiungendo nuovi tipi di condizioni (vincoli) o equazioni.

Estendere il modulo FEM
Integrazione degli sviluppatori FEM tenta di orientare i nuovi sviluppatori su come contribuire all'ambiente di lavoro FEM.
Tutorial Aggiungere equazioni FEM
Tutorial Aggiungere vincoli FEM

Per aiutare gli utenti a comprendere la complessa base di codici di FreeCAD e le interazioni tra gli elementi principali e i singoli ambienti è stata scritta una guida per lo sviluppatore . Il libro è ospitato su github in modo che più utenti possano contribuirvi e tenerlo aggiornato.