Arbeitsbereich FEM

From FreeCAD Documentation
Revision as of 21:42, 12 November 2019 by Maker (talk | contribs) (Created page with "* 32px Constraint contact: Wird verwendet, um eine Kontaktbeschränkung zwischen zwei Flächen zu definieren.")

Einleitung

Das FEM-Workbench bietet einen modernen Finite-Elemente-Analyse-(FEA)-Workflow 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-Elemente-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 Install 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-Elemente-Problems durchzuführen.

Menü: Modell

  • Analysis container: Erstellt einen neuen Behälter für eine mechanische Analyse. Wenn in der Baumansicht vor dem Anklicken ein Solid ausgewählt wird, wird als nächstes der Vernetzungsdialog geöffnet.

Werkstoffe


  • image is missing Reinforced material: Ermöglicht es dir, verstärkte Werkstoffe auszuwählen, die aus einer Matrix und einer Verstärkung aus der Datenbank bestehen.
  • Material editor:Ermöglicht Dir, den Materialeditor zu öffnen, um Materialien zu bearbeiten.

Elementgeometrie

Elektrostatische Beschränkungen

Fluidbeschränkungen

Mechanische Beschränkungen

  • Constraint fixed: Wird verwendet, um eine feste Beschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.
  • Constraint displacement: Wird verwendet, um eine Verschiebungsbeschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.
  • Constraint contact: Wird verwendet, um eine Kontaktbeschränkung zwischen zwei Flächen zu definieren.
  • Constraint force: Used to define a force in [N] applied uniformly to a selectable face in a definable direction.

Thermal constraints

Menu: Mesh

  • Nodes set: Creates/defines a node set from FEM mesh.

Menu: Solve

  • Solver Calculix CCX tools: Creates a new solver for this analysis. In most cases the solver is created together with the analysis.

Menu: Results

  • Result show: Used to display the result of an analysis.

Menu: Utilities

Context Menu

Preferences

Information

The following pages explain different topics of the FEM Workbench.

FEM Install: a detailed description on how to set up the external programs used in the workbench.

FEM Mesh: further information on obtaining a mesh for finite element analysis.

FEM Solver: further information on the different solvers available in the workbench, and those that could be used in the future.

FEM CalculiX: further information on CalculiX, the default solver used in the workbench for structural analysis.

FEM Concrete: interesting information on the topic of simulating concrete structures.

FEM Project: further information on the unit system, limitations, and the development ideas and roadmap of the workbench.

Tutorials

Tutorial 1: FEM CalculiX Cantilever 3D; basic simply supported beam analysis.

Tutorial 2: FEM Tutorial; simple tension analysis of a structure.

Tutorial 3: FEM Tutorial Python; set up the cantilever example entirely through scripting in Python, including the mesh.

Tutorial 4: FEM Shear of a Composite Block; see the deformation of a block that is comprised of two materials.

Tutorial 5: Transient FEM analysis

Coupled thermal mechanical analysis tutorials by 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)

Extending the FEM Workbench

The FEM Workbench is under constant development. An objective of the project is to find ways to easily interact with various FEM solvers, so that the end user can streamline the process of creating, meshing, simulating, and optimizing an engineering design problem, all within FreeCAD.

The following information is aimed at power users and developers who want to extend the FEM Workbench in different ways. Familiarity with C++ and Python is expected, and also some knowledge of the "document object" system used in FreeCAD is necessary; this information is available in the Power users hub and the Developer hub. Please notice that since FreeCAD is under active development, some articles may be too old, and thus obsolete. The most up to date information is discussed in the FreeCAD forums, in the Development section. For FEM discussions, advice or assistance in extending the workbench, the reader should refer to the FEM subforum.

The following articles explain how the workbench can be extended, for example, by adding new types of boundary conditions (constraints), or equations.

A developer's guide has been written to help power users in understanding the complex FreeCAD codebase and the interactions between the core elements and the individual workbenches. The book is hosted at github so multiple users can contribute to it and keep it updated.