Manual:Creating FEM analyses/ru

Метод конечных элементов (сокращённо МКЭ) это большой раздел математики, но в FreeCAD мы подразумеваем его как способ подсчитать разспространение воздействий в объёмном объекте нарезанием его на малые участки, и анализируя влияние каждого элемента на своих соседей. У него есть много приложений в проектировании и электромагнитных полях, но здесь мы будем углубляться в то, что используется в FreeCAD, расчёт деформаций объектов под воздействием силы и веса.

Obtaining such simulation is done in FreeCAD with the FEM Workbench. It involves different steps: Preparing the geometry, setting its material, performing the meshing, division into smaller parts, like we did in the Preparing objects for 3D printing chapter, and finally calculating the simulation.



Подготовка FreeCAD
Моделирование производится сторонней программой, используемой FreeCAD для получения результатов. Поскольку симуляторов для моделирования по МКЭ с открытыми исходными кодами несколько, верстак FEM сделан способным использовать несколько из них. Тем не менее, пока полностью поддерживается только CalculiX. Так же для генерации разделяющей сетки требуется другая программа, NetGen. Детальная инструкция для установки этих двух компонентов дана в документации FreeCAD.

Подготовка геометрии
Начнём с дома, который мы моделировали в разделе Моделирование BIM. Нам потребуются некоторые изменения для приспособления модели к расчёту по МКЭ. В это входит исключение объектов, которые мы не хотим учитывать при вычислении, таких как двери и окна, и объединение всех остальных объектов в один.


 * Загрузим модель дома, которую мы сделали ранее
 * Удалим или скроем страницу, сечения и виды сверху с размерными линиями, оставив только саму модель
 * Скроем окно, дверь и плиту пола
 * Так же скроем металлические балки крыши. Поскольку они сильно отличаются от остального дома, этим исключением мы упростим наши вычисления. Вместо этого мы предположим что плита крыши напрямую положена на стены.
 * Теперь положим плиту крыши вниз, чтобы она легла на верх стен: Редактируем объект Rectangle, который взят как база для плиты, и изменим его параметр Placement->Position->X с 3.18m на 3.00m
 * Теперь наша модель очищена:




 * Верстак FEM пока может вычислить деформацию лишь единого объекта. Поэтому нам надо объединить наши два объекта, стены и плиту. Переключимся на верстак Part, выделим оба объекта и нажмём [[Image:Part_Union.png|16px]] Union. Теперь мы получили объединённый объект:



Создание анализа

 * Теперь мы готовы начать анализ по МКЭ. Переключимся на верстак FEM
 * Выделим объединённый объект
 * Нажмём кнопку [[Image:Fem_Analysis.png|16px]] New Analysis
 * Будет создан новый механический анализ и будет открыта панель установок. Здесь Вы сможете определить параметры создания полигональной сетки для МКЭ. Важнее всего для настройки отредактировать параметр Max Size, который определяет в миллиметрах максимальный размер каждого элемента сетки. Сейчас мы оставим значение по умолчанию, равное 1000:




 * После нажатия OK нескольких секунд вычислений наша сетка МКЭ готова:




 * We can now define the material to be applied to our mesh. This is important because depending on the material strength, our object will react differently to forces applied to it. Select the analysis object, and press the [[Image:FEM_MaterialSolid.png|16px]] New Material button.
 * A task panel will open to allow us to choose a material. In the Material drop-down list, choose the Concrete-generic material, and press OK.




 * We are now ready to apply forces. Let's start by specifying which faces are fixed into the ground and can therefore not move. Press the [[Image:FEM_ConstraintFixed.png|16px]] Constraint fixed button.
 * Click on the bottom face of our building and press OK. The bottom face is now indicated as unmovable:




 * We will now add a load on the top face, that could represent, for example, a massive weight being spread on the roof. For this we will use a pressure constraint. Press the [[Image:FEM_ConstraintPressure.png|16px]] Constraint pressure button.
 * Click the top face of the roof, set the pressure to 10MPa (the pressure is applied by square millimeter) and click the OK button. Our force is now applied:




 * We are now ready to start the calculation. Select the CalculiX object in the tree view, and press the [[Image:FEM_ControlSolver.png|32px]] Start Calculation button.
 * In the task panel that will open, click first the Write .inp file button to create the input file for CalculiX, then the Run CalculiX button. A few moments later, the calculation will be done:




 * Теперь можно посмотреть результаты. Закройте панель задач, и Вы увидите новый объект Results, который добавлен к вашему анализу.
 * Дважды кликните объект Results.
 * Установите тип результата, который Вы хотите увидеть на сетки, например, "abs displacement", отметтьте под заголовком Водоизмещение чекбокс show, и передвигайте слайдер возле него. Вы сможете увидеть деформацию, увеличивающуюся по мере увеличения силы:



Показываемые верстаком FEM результаты, разумеется, пока не достаточны для принятия реальных решений о размерах и материалах, тем не менее, они уже дают точную информацию о том, как силы проходят через структуру и где находятся слабые места, которые испытывают большее воздействие.

Загрузки


 * Файл, созданный в процессе работы: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/fem.FCStd

Читать далее


 * The FEM Workbench
 * Installing required FEM components
 * CalculiX
 * NetGen