FEM Solver/fr

Preface
Cette page rassemble des informations sur les solveurs par éléments finis utilisés par Atelier FEM. L'interface entre un solveur et FreeCAD dans le pré-traitement ainsi que dans le post-traitement se fait par le biais de fichiers texte. Cela signifie qu'en théorie, tout solveur pouvant être configuré et contrôlé au moyen de fichiers texte est capable de fonctionner avec FreeCAD; un analyseur et un rédacteur appropriés des fichiers d’entrée et de sortie doivent être programmés pour que cette communication fonctionne.

Solvers disponibles dans diverses distributions Linux
Le dépôt FreeCAD-dependencies suit les dépendances de FreeCAD sur de nombreuses distributions Linux. La page FEM.md examine les solveurs FEA open source pouvant être utilisés avec atelier FEM. La page affiche la version d'un solveur particulier dans le référentiel d'une distribution Linux particulière. Cette information est utile pour savoir si un solveur est actuel ou obsolète et doit être mis à niveau.

L'information est également discutée sur le forum: supported and not supported Solver.

Solvers avec une interface dans FreeCAD
Ces solveurs sont bien intégrés à FreeCAD, ce qui signifie qu’il est possible de configurer et d’exécuter un projet de simulation à partir de l’interface graphique et des boutons de FEM Workbench.

CalculiX
Il s'agit du premier solveur intégré à fonctionner avec l'atelier FEM. CalculiX est principalement conçu pour les analyses statiques, thermomécaniques et modales. Plus d'informations sur ce solveur se trouvent dans CalculiX pour l'analyse par la méthode des éléments finis.

Elmer
Le solveur multiphysique Elmer a été intégré à FreeCAD en tant que projet Google Summer of Code 2017 project: main website, community portal, code repository, Elmer Integration (GSoC) - Activity Log (fil de discussion).

Z88
Le solveur Z88 est conçu pour les simulations statiques linéaires en mettant l'accent sur l'enseignement de la méthode des éléments finis. C'était le deuxième solveur à être intégré à FreeCAD. L'intégration a ensuite été améliorée en tant que projet Google Summer of Code 2017.

Voir les informations:
 * Site principal, page de téléchargement, dépôt du code source (et binaires précompilés).
 * Notes de publication: Z88os V15 publié le 17.07.2017, Z88os V13 publié le 20.05.2009 (version dans Debian Jessie 8, Stretch 9, Buster 10).
 * Comment utiliser Z88 dans FEM? (discussion sur le forum).

Il existe deux versions, Z88OS est l'édition open source, tandis que Z88Aurora est un logiciel gratuit et comprend une interface graphique et des méthodes de solution supplémentaires.

Solveurs implémentés comme ateliers externes
Ces solveurs ne sont pas intégrés dans atelier FEM ce qui signifie qu'ils ont besoin d'une interface distincte pour configurer un projet de simulation. Ceci est réalisé par macros ou Ateliers externes.

OpenFoam
OpenFoam est un outil puissant pour la simulation (CFD) distribué sous la forme d'une série de bibliothèques C ++.

OpenFoam est disponible dans FreeCAD via deux ateliers externes:
 * Cfd à l'origine par Qingfeng Xia.
 * CfdOF un fork de Cfd axé sur la facilité d'utilisation.

Alors que Cfd est destiné à être complet en fonctionnalités pour les utilisateurs avancés, CfdOF se concentre sur les utilisateurs qui débutent dans le monde de CFD et OpenFoam.

Pour Cfd: mise à jour sur le calcul dynamique des fluides FreeCAD + OpenFOAM (sujet du forum), [https://forum.freecadweb.org/viewtopic. php? f = 37 & t = 22993 Progression de l'atelier de calcul général en dynamique des fluides computationnelle (CFD): CfdWorkbench] (ancien fil).

Pour CfdOF: Atelier de travail sur la dynamique des fluides numérique (CFD) à l'aide d'OpenFOAM, .html matériel de formation.

Les deux ateliers peuvent être installés via Addon manager, et les deux disposent d'un espace de discussion dans le sous-forum CfdOF / CFD.

DualSPHysics
DualSPHysics est un ensemble de bibliothèques C ++, CUDA et Java qui utilisent le hydrodynamique des particules lissées (SPH) modèle nommé SPHysics pour étudier les phénomènes d'écoulement en surface libre tels que les vagues.

DesignSPHysics est un atelier externe intégré à FreeCAD qui fournit une interface graphique à DualSPHysics: site principal, dépôt du code, Projet intéressant: Simulateur de fluide DesignSPHysics (sujet du forum).

DesignSPHysics peut être installé via Addon manager.

FastHenry et FasterCap
FastHenry et FasterCap sont des solveurs de champ de capacitif et de résistance-inductance développés par FastFieldSolvers: site principal, page de téléchargement (code binaire et source), forum.

Atelier EM est un établi externe créé pour servir de front-end à ces solveurs électromagnétiques. FastHenry, pour l'analyse d'impédance magnéto-quasi statique en 3D, est entièrement pris en charge, tandis que FasterCap est accessible via certaines macros Python.

Voir: ElectroMagnetic Workbench (fil principal), atelier électromagnétique, FreeCAD for ElectroMagnetics, dépôt du code pour l'atelier.

L'atelier EM peut être installé via Addon manager.

fcFEM
fcFEM est un solveur par éléments finis pour les études structurelles et mécaniques, implémenté en Python, et qui peut être exécuté directement à partir de FreeCAD sans faire appel à des solveurs binaires externes. Par conséquent, il peut être considéré comme le propre solutionneur interne de FreeCAD.

fcFEM a été conçu pour surmonter certaines limitations d’autres solveurs, tels que CalculiX, afin de réaliser diverses études d’ingénierie structurale.

Certains des problèmes qui sont censés être résolus par ce solveur incluent
 * Analyses de mailles mixtes (solide-shell) pour traiter des colonnes composites ou des composants architecturaux préfabriqués: FEM object types.
 * Les éléments de poutre et de coque améliorés, car les éléments de poutre de CalculiX semblent donner des résultats erronés: Élément de faisceau CalculiX à 3 nœuds, [ https://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=18&t=21029&start=100 FEM object types], Exemple d'analyse 1D.
 * Contrôle de la longueur d'arc pour surmonter les points limites pour l'analyse de l'effondrement élasto-plastique: FEM - Connexion tubulaire avec des éléments de coque.
 * Éléments d'interface d'épaisseur nulle pour diverses applications, comme le béton post-contraint avec frottement: pre-stressed pre/post-tensioned concrete bridge.

L'auteur considère que FreeCAD est une bonne plate-forme de prototypage permettant de configurer, de tester et de visualiser rapidement différents problèmes structurels. Il est donc très utile de disposer d'un solveur intégré et flexible. Voir le fil principal, fcFEM - FEA de bout en bout.

fcFEM est présenté sous la forme d'une bibliothèque python et d'une macro. Vous pouvez le télécharger à partir du dépôt de github. Il sera éventuellement disponible à partir de Addon manager ou sera distribué avec FreeCAD lui-même.

FEniCS
FEniCS est un cadre informatique permettant de résoudre des équations aux dérivées différentielles (PDE) avec des interfaces de programmation de haut niveau en Python et C ++. Il peut être utilisé pour établir des problèmes scientifiques dans des formulations d'éléments finis qui peuvent ensuite être résolus numériquement.

Voir: main website, Fenics as Solver (fil du forum).

FenicsSolver est une plate-forme de simulation permettant de traiter des problèmes multi-corps, multi-physique (couplés) et multi-échelles. Il espère intégrer le solveur FEniCS à la fois dans atelier FEM et dans le Cfd atelier extérieur afin que le système résultant fonctionne comme une alternative gratuite à Comsol ou à Moose. FenicsSolver est développé par le même auteur de Cfd.

OOFEM
OOFEM est un programme FEM orienté objet de l'Université technique tchèque destiné à résoudre les problèmes de mécanique, de transport et de mécanique des fluides.

Il a été mentionné qu’il présentait certains avantages par rapport à CalculiX comme les éléments d’interface (re-stressed pre/post-tensioned concrete bridge) et le contrôle de la longueur d'arc pour l'analyse de l'effondrement élasto-plastique (FEM - Tubular Connection with Shell Elements).

L'intégration préliminaire dans FEM Workbench a été effectuée. Voir: OOFem (fil principal), p126338 demande de test, solveurs multiples.

Jusqu'à ce que l'intégration du solveur soit terminée et que le nouveau code soit fusionné dans le dépôt principal de FreeCAD, les fichiers requis pour utiliser le solveur dans FEM Workbench peuvent être téléchargés à partir d'un fork de FreeCAD.

Solveurs non intégrés
Les solveurs suivants n'ont pas été intégrés à FreeCAD mais ils ont suscité un certain intérêt de la part de la communauté des utilisateurs. Si un développeur souhaite créer un pont de communication pour un solveur particulier, il ou elle doit consulter le FEM subforum pour obtenir des conseils et une assistance.

Les articles suivants sont peut-être obsolètes, mais les informations qu’ils contiennent peuvent néanmoins être utiles pour comprendre comment intégrer des solveurs dans FreeCAD.
 * Module d'extension FEM
 * Tutoriel pour ajouter des équations FEM
 * Tutoriel pour ajouter des contraintes FEM

Wikipedia répertorie de nombreux packages logiciels d'éléments finis qui pourraient potentiellement fonctionner avec FreeCAD à l'avenir.

Agros2D et Hermes
Agros2D est un programme graphique multiplateforme conçu pour résoudre différents problèmes physiques. Il utilise les bibliothèques C ++ Hermes pour la résolution de systèmes d’équations aux dérivées différentielles non linéaires dépendantes du temps simples et complexes à l’aide d’une version générale de la méthode des éléments finis [https : //en.wikipedia.org/wiki/Hp-FEM (hp-FEM)]. Code principal référentiel et tutorials.

Code-Aster et Code-Saturne
Code-Aster est un solveur multiphysique à code source ouvert. Avec le pré-processeur Salomé-Meca, ils forment une plate-forme de simulation développée par EDF-GDF, le plus grand groupe énergétique français. Il s'agissait d'un des premiers packages dont l'inclusion dans FreeCAD avait été envisagée: FreeCAD et Code-Aster/Salome-Meca (fil du forum).

Code-Saturne est un logiciel gratuit et à code source ouvert développé et publié par EDF pour résoudre les problèmes de la dynamique des fluides numérique (CFD).

FElt
FElt est un package d'éléments finis permettant de résoudre les problèmes d'analyse structurelle linéaire et statique. Le code original est obsolète. Il a donc été créé dans un nouveau dépôt pour relancer le projet et le rendre actif et le rendre compilable dans un système moderne.

Il a été suggéré dans les forums de procéder à une analyse des cadres en béton armé (assemblages de poutres et de colonnes) à l'aide d'éléments de poutre 1D: Automation in Design, Felt in FEM Workbench.

Frame3DD
Frame3DD is a software package for static and dynamic structural analysis of 2D and 3D frames and trusses, main repository. A preliminary reader for input files was announced in the forums: Test read data from Frame3DD file.

Impact FEM

 * http://www.impact-fem.org/ (broken link)

libMesh
libMesh is a c++ finite element library for the numerical solution of partial differential equations, with a major goal to provide support for adaptive mesh refinement (AMR) computations in parallel: code repository.

It was suggested to integrate this library into FreeCAD as part of a Google Summer of Code project.

Modelica
Modelica is a language to model and optimize complex, and interconnected physical systems, for example, mechanical, electrical, thermal, hydraulic, and others. The language itself and its standard libraries are open source. Some simulation environments based on Modelica, like Catia's Dymola, are proprietary, but there are also free implementations like OpenModelica and JModelica.

With FreeCAD, Modelica was suggested to help perform animations, but more broadly it could be used in mechanical and building engineering to solve equations and optimize a particular design: Modelica (forum thread).

The PyFMI package contains Python bindings to work with FMU models, which are standardized models in binary format produced by compliant Modelica environments, including Dymola, OpenModelica, and JModelica. It was suggested that this library could help FreeCAD connect to a Modelica system (forum post).

Mumps
Mumps is a generic solver for massive systems of equations, which generally deals with factorizing and operating on sparse matrices. It was mentioned in the forum: test request, multiple solvers.

It does not perform finite element analysis directly, but it may be used internally by other packages like Code-Aster.

Nastran
Nastran is a structural analysis program developed by NASA in the 1970s. Modern versions of it are commercial products and closed source; however, older versions of it, Nastran-93 and Nastran-95 were released as open source in 2015. Forum post: Nastran.

There is no technical support for the open source code, and it is probably difficult to compile in a modern system.

OpenSees
OpenSees is a software framework for developing applications to simulate structural and geotechnical systems mainly in the field of earthquake engineering.

SU2
SU2 is a collection of software tools developed in C++ and Python for the solution of partial differential equations (PDE) and PDE-constrained optimization problems on unstructured meshes. It is particularly used in the fields of aerodynamics and computational fluid dynamics (CFD).

Technog
Technog Professional is a closed source program to perform geotechnical simulations such as landslides, driving piles, slope stability, and civil engineering calculations (masonry and earthquake response), website (broken link).

Technog was successfully used in FreeCAD as a substitute of CalculiX, although the trial version is limited in the number of elements it can handle: Integration of tochnog solver in FreeCAD FEM (forum thread).

XC

 * http://www.xcengineering.xyz/
 * https://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=18&t=31262