Środowisko pracy MES

This page is a translated version of the page FEM Workbench and the translation is 100% complete.

Other languages:

środowisko pracy Rysunek Roboczy

środowisko pracy Kontrola

Spis treści

Wprowadzenie

Środowisko pracy MES zapewnia nowoczesną analizę metodą elementów skończonych (MES) dla FreeCAD. Głównie oznacza to, że wszystkie narzędzia do wykonania analizy są połączone w jeden graficzny interfejs użytkownika (GUI).

Przepływ pracy

Kroki przeprowadzania analizy metodą elementów skończonych:

Preprocessing: ustawienie zagadnienia analizy.
1. Modelowanie geometrii: tworzenie geometrii za pomocą programu FreeCAD lub importowanie jej z innej aplikacji.
2. Tworzenie analizy.
  1. Dodawanie do modelu geometrycznego uwarunkowań symulacyjnych, takich jak obciążenia i podpory stałe.
  2. Dodawanie materiałów do części poza modelem geometrycznym.
  3. Tworzenie siatki elementów skończonych dla modelu geometrycznego lub importowanie jej z innej aplikacji.
Rozwiązywanie: uruchamianie zewnętrznego solwera z poziomu FreeCAD.
Postprocessing: wizualizacja wyników analizy z poziomu FreeCAD lub eksportowanie wyników, aby można je było przetworzyć w innej aplikacji.

Środowisko pracy MES może być używane w systemach Linux, Windows i Mac OSX. Ponieważ korzysta z zewnętrznych solverów, zakres ręcznej konfiguracji zależy od systemu operacyjnego, z którego korzystasz. Instrukcje dotyczące konfiguracji zewnętrznych narzędzi znajdują się na stronie Instalacja środowiska MES.

Przepływ pracy w środowisku MES. Środowisko to wywołuje dwa zewnętrzne środowiska w celu wykonania siatkowania obiektu bryłowego oraz rozwiązania problemu metodą elementów skończonych.

Menu: Model

Analiza MES: Tworzy nowy kontener dla analizy mechanicznej. Jeśli przed kliknięciem w oknie Widoku drzewa zostanie wybrana bryła, to następnie zostanie otwarte okno dialogowe generatora siatek.

Materiał

Materiał dla bryły: Pozwala wybrać materiał dla bryły z bazy danych.

Materiał dla płynu: Umożliwia wybór materiału dla płynu z bazy danych.

Nieliniowy materiał mechaniczny: Umożliwia dodanie nieliniowego modelu materiału mechanicznego.

Materiał zbrojony (beton): Pozwala wybrać z bazy danych materiały zbrojone składające się z osnowy i zbrojenia.

Edytor materiału: Pozwala otworzyć edytor materiałów, aby edytować materiały.

Geometria elementu

Przekrój poprzeczny belki: Służy do definiowania przekrojów poprzecznych dla elementów belkowych.

Obrót belki: Służy do obracania przekrojów poprzecznych elementów belkowych.

Grubość powłoki: Służy do określenia grubości powłoki elementu.

Przekrój dla przepływu 1D: Służy do tworzenia elementu przekroju cieczy dla instalacji pneumatycznych i hydraulicznych.

Elektromagnetyczne warunki brzegowe

Warunek brzegowy potencjału elektrostatycznego: Służy do definiowania potencjału elektrostatycznego.

Warunek brzegowy gęstości prądu: Służy do określenia gęstości prądu. dostępne w wersji 0.21

Warunek brzegowy magnetyzacji: Służy do określenia magnetyzacji. dostępne w wersji 0.21

Warunki brzegowe płynu

Warunek początkowy prędkości przepływu: Służy do określenia początkowej prędkości przepływu dla ciała (objętości).

Warunek początkowy ciśnienia: Służy do określenia ciśnienia początkowego dla danego ciała (objętości). dostępne w wersji 0.21

Warunek brzegowy prędkości przepływu: Służy do określenia prędkości przepływu jako warunku brzegowego na krawędzi (2D) lub ścianie (3D).

Funkcje analizy geometrycznej

Wiązanie MPC typu płaszczyzna: Służy do definiowania wiązania utrzymującego węzły na płaskiej powierzchni w tej samej płaszczyźnie.

Funkcja zapisu wyników z przekroju: Służy do drukowania predefiniowanych zmiennych wyjściowych ścian (sił i momentów) do pliku danych.

Lokalny układ współrzędnych: Służy do zdefiniowania wiązania przekształcenia na ścianie.

Mechaniczne warunki brzegowe i obciążenia

Warunek brzegowy utwierdzenia: Służy do definiowania stałego wiązania punktu / krawędzi / powierzchni.

Wiązanie ciała sztywnego: Służy do definiowania wiązania ciała sztywnego solvera CalculiX, które wiąże ruch węzłów wybranego obiektu geometrycznego z ruchem punktu referencyjnego o pozycji określonej przez użytkownika. dostępne w wersji 1.0

Warunek brzegowy przemieszczenia: Służy do definiowania przemieszczeń punktów / krawędzi / powierzchni.

Kontakt: Służy do definiowania kontaktu między 2 powierzchniami.

Wiązanie tie: Służy do definiowania wiązania tie ("kontakt wiązany") między 2 powierzchniami lub, dostępne w wersji 1.0, symetrią cykliczną.

Sprężyna: Służy do definiowania sprężyny. dostępne w wersji 0.20

Obciążenie siłą: Służy do definiowania siły w [N] rozłożonej równomiernie na wybranych ścianach w określonym kierunku.

Obciążenie ciśnieniem: Służy do definiowania obciążenia powierzchni ciśnieniem.

Obciążenie siłą odśrodkową: Służy do definiowania obciążenia ciała siłą odśrodkową. dostępne w wersji 0.20

Obciążenie grawitacją: Służy do definiowania przyspieszenia grawitacyjnego działającego na model.

Termiczne warunki brzegowe i obciążenia

Temperatura początkowa: Służy do definiowania początkowej temperatury ciała.

Obciążenie strumieniem ciepła: Służy do definiowania obciążenia powierzchni strumieniem ciepła.

Warunek brzegowy temperatury: Służy do definiowania warunku brzegowego temperatury dla punktu / krawędzi / ściany.

Objętościowe źródło ciepła: Służy do definiowania ciepła generowanego w ciele.

Nadpisywanie wiązań

Zdefiniuj przenikalność elektryczną próżni: Służy do nadpisywania przenikalności elektrycznej próżni dowolną wartością.

Menu: Siatka

Siatka MES z kształtu przy pomocy generatora Netgen: Generuje siatkę MES dla modelu przy pomocy generatora Netgen.

Siatka MES z kształtu przy pomocy generatora Gmsh: Tworzy siatkę MES dla modelu przy pomocy generatora Gmsh.

Warstwa graniczna siatki: Tworzy anizotropowe siatki dla dokładnych obliczeń przy brzegach.

Obszar siatki: Tworzy zlokalizowane obszary do generowania siatki, aby zoptymalizować czas obliczeń.

Grupa siatki: Grupuje i oznacza elementy siatki (wierzchołek, krawędź, powierzchnia) razem - przydatne do eksportowania siatki do zewnętrznych solverów.

Usuń elementy: Ukrywa elementy wskazane wielokątem z siatki. dostępne w wersji 1.0

Siatka MES na obiekt środowiska Siatka: Konwertuje powierzchnie elementów 3D lub całe elementy 2D wybranej siatki MES na siatkę powierzchniową.

Menu: Rozwiąż

Narzędzia CalculiX: Tworzy kontroler solvera dla CalculiX.

Solver Elmer: Tworzy kontroler solvera dla Elmer.

Solver Mystran: Tworzy kontroler solvera dla Mystran. dostępne w wersji 0.20

Solver Z88: Tworzy kontroler solvera dla Z88.

Równania mechaniczne

Równanie elastyczności: Równanie dla Solvera Elmer do liniowych analiz mechanicznych.

Równanie deformacji: Równanie dla Solvera Elmer do nieliniowych analiz mechanicznych. dostępne w wersji 0.21

Równania elektromagnetyczne

Równanie elektrostatyczne: Równanie dla Solvera Elmer do analiz elektrostatycznych.

Równanie siły elektrostatycznej: Równanie dla Solvera Elmer do obliczania sił elektrycznych na powierzchni.

Równanie magnetodynamiczne: Równanie dla Solvera Elmer do analiz magnetodynamicznych. dostępne w wersji 0.21

Równanie magnetodynamiczne 2D: Równanie dla Solvera Elmer do analiz magnetodynamicznych 2D. dostępne w wersji 0.21

Równanie przepływu: Równanie dla Solvera Elmer do analiz przepływów.

Równanie strumienia: Równanie dla Solvera Elmer do analiz strumieni.

Równanie ciepła: Równanie dla Solvera Elmer do analiz przepływu ciepła.

Kontrola pracy solvera: Otwiera menu do ustawiania i uruchamiania wybranego solvera.

Uruchom solver: Uruchamia wybrany solver w aktywnej analizie.

Menu: Wyniki

Usuń wyniki: Kasuje wyniki aktywnej analizy.

Pokaż wynik: Służy do wyświetlania wyniku analizy. To okno dialogowe nie jest dostępne dla Solvera Elmer, ponieważ ten solver wizualizuje tylko przy użyciu obiektu Prezentacja graficzna wyników.

Zastosuj zmiany: Przełącza, czy zmiany w potokach i filtrach są stosowane natychmiast.

Prezentacja graficzna wyników: Służy do dodania nowej graficznej reprezentacji wyników analizy MES (skala kolorów i więcej opcji wyświetlania).

Filtr wizualizacji deformacji: Służy do wizualizacji skalowanego zdeformowanego kształtu modelu.

Filtr przycinania skalarnego: Służy do przycinania pola wybraną wartością skalarną.

Filtr cięcia funkcją: Służy do wyświetlania wyników na kuli lub płaszczyźnie przecinającej model.

Filtr przycięcia obszaru: Służy do przycinania pola kulą lub płaszczyzną przechodzącą przez model.

Filtr konturów: Służy do wyświetlania izolinii (w 2D) i izokonturów. dostępne w wersji 0.21

Filtr przycięcia linią: Służy do wyświetlania wartości pola wzdłuż wskazanej linii.

Wykres linearyzacji naprężeń: Tworzy wykres linearyzacji naprężeń.

Filtr danych w punkcie: Służy do wyświetlania wartości wybranego pola we wskazanym punkcie.

Funkcje filtrowania

Utwórz funkcję płaszczyzny: Przecina siatkę wynikową płaszczyzną.

Utwórz funkcję sfery: Przecina siatkę wynikową kulą.

Utwórz funkcję walca: Przecina siatkę wynikową walcem. dostępne w wersji 0.21

Utwórz funkcję prostopadłościanu: Przecina siatkę wynikową prostopadłościanem. dostępne w wersji 0.21

Menu: Narzędzia

Płaszczyzna cięcia na ścianie: Dodaje płaszczyznę przycinania dla całego widoku modelu.

Usuń wszystkie płaszczyzny cięcia: Usuwa wszystkie istniejące płaszczyzny cięcia.

Otwórz przykłady: Otwórz GUI, aby uzyskać dostęp do przykładów MES.

Menu podręczne

Wyczyść dane siatki MES: Usuwa plik siatki z pliku FreeCAD. Przydatne, aby uczynić plik FreeCAD lżejszym.

Wyświetl informacje o siatce MES: Wyświetla podstawowe statystyki istniejącej siatki - ilość węzłów i elementów każdego typu.

Narzędzia przestarzałe

Zdefiniuj przepływ graniczny: Służy do definiowania warunku brzegowego płynu. Niewspierane przez żaden solver, niedostępne w wersja 1.0 i powyżej.

Wiązanie łożyska: Służy do definiowania wiązania łożyska. Niewspierane przez żaden solver, niedostępne w wersja 1.0 i powyżej.

Wiązanie koła zębatego: Służy do definiowania wiązania koła zębatego. Niewspierane przez żaden solver, niedostępne w wersja 1.0 i powyżej.

Constraint pulley: Służy do definiowania wiązania koła pasowego. Niewspierane przez żaden solver, niedostępne w wersja 1.0 i powyżej.

Solver CalculiX: To samo co Narzędzia CalculiX z dodatkowymi sprawdzeniami. Narzędzie niedokończone, niedostępne w wersja 1.0 i powyżej.

Utwórz zestaw węzłów: Tworzy zestaw węzłów z siatki MES.

Narzędzie było niedokończone i nie można było go użyć. Niedostępne w wersja 1.0 i powyżej.

Ustawienia

Preferencje ...: Ustawienia dostępne dla narzędzi środowiska MES w menu Edycja.

Informacje dodatkowe

Na kolejnych stronach znajdują się objaśnienia poszczególnych tematów związanych z środowiskiem pracy MES.

Instalacja środowiska MES: szczegółowy opis jak skonfigurować zewnętrzne programy używane w środowisku pracy.

Przygotowanie geometrii i siatki MES: wskazówki dotyczące przygotowania geometrii dla MES i siatki.

MES: Siatka: dalsze informacje na temat uzyskiwania siatki do analizy metodą elementów skończonych.

MES: Solver: dalsze informacje na temat różnych solverów dostępnych w środowisku pracy oraz tych, które mogą być używane w przyszłości.

MES: CalculiX: dalsze informacje na temat CalculiX, domyślnego solvera używanego w środowisku pracy do analizy strukturalnej.

MES: Beton: ciekawe informacje na temat symulacji konstrukcji betonowych.

Poradniki

Poradnik 1: MES CalculiX wspornik 3D, podstawowa analiza belki swobodnie podpartej.

Poradnik 2: Poradnik dla środowiska pracy MES, prosta analiza naprężenia konstrukcji.

Poradnik 3: Skrypty w środowisku MES, skonfiguruj przykład wspornika całkowicie poprzez skrypty w środowisku Python, w tym siatkę.

Poradnik 4: Ścinanie bloku kompozytowego, obserwuj deformację bloku, który składa się z dwóch materiałów.

Poradnik 5: Analiza MES w stanie przejściowym.

Poradnik 6: Post-Processing wyników MES za pomocą Paraview.

Poradnik 7: Przykład pojemność dwóch kul, Elmer's GUI poradnik 6 "Elektrostatyka Pojemność Dwóch Kul" z wykorzystaniem przykładów FEM.

Sprzężona analiza termiczno-mechaniczna poradnik openSIM.

Wideo poradnik 1: MES wideo dla początkujących (w tym link do YouTube).

Wideo poradnik 2: MES wideo dla początkujących (w tym link do YouTube).

Wiele poradników w formie wideo: anisim Open Source Engineering Software, (w języku niemieckim).

Rozszerzenie środowiska pracy MES

Środowisko pracy MES jest w ciągłym rozwoju. Celem projektu jest znalezienie sposobu na łatwą interakcję z różnymi solverami MES, tak aby użytkownik końcowy mógł usprawnić proces tworzenia, generowania siatki, symulacji i optymalizacji problemu projektowego, wszystko w ramach programu FreeCAD.

Poniższe informacje są skierowane do użytkowników i programistów, którzy chcą rozszerzyć środowisko MES na różne sposoby. Oczekiwana jest znajomość C++ i środowiska Python, a także pewna znajomość systemu "document object" używanego w FreeCAD. Informacje te są dostępne na stronach Centrum Power użytkowników i Centrum programisty. Proszę zauważyć, że ponieważ FreeCAD jest w trakcie aktywnego rozwoju, niektóre artykuły mogą być zbyt stare, a więc przestarzałe. Najbardziej aktualne informacje są omawiane na forum FreeCAD, w sekcji Development. W przypadku dyskusji na temat MES, porad lub pomocy w rozszerzeniu środowiska pracy, czytelnik powinien odnieść się do forum MES.

Poniższe artykuły wyjaśniają, jak można rozszerzyć środowisko pracy, np. poprzez dodanie nowych typów warunków brzegowych (wiązań), czy równań.

Rozszerzenie modułu MES
Wprowadzenie do MES dla programistów próbuje zorientować nowych twórców, w jaki sposób mogą przyczynić się do rozwoju środowiska pracy MES.
Dodawanie wiązań w środowisku MES
Dodawanie równań w środowisku MES

Przewodnik programisty został napisany, aby pomóc użytkownikom w zrozumieniu złożonej bazy kodowej FreeCAD i interakcji między podstawowymi elementami i poszczególnymi środowiskami pracy. Książka jest umieszczona w serwisie Github, więc wielu użytkowników może ją współtworzyć i aktualizować.