FEM Mesh/it

Creare una Mesh FE
L'analisi agli elementi finiti (FEA) viene eseguita su una mesh composta da più elementi finiti triangolari e quadrilaterali che suddividono un corpo originale. Più la mesh è raffinata, più accurati saranno i risultati numerici, ma anche il tempo di calcolo sarà maggiore. Un equilibrio tra la dimensione della mesh, il tempo di calcolo e la precisione dei risultati è una caratteristica importante di un'analisi degli elementi finiti ben definita.

Ci sono diverse possibilità di creare una mesh nell'ambiente FEM:
 * Lo strumento Gmsh dall'interfaccia grafica utente.
 * Lo strumento Netgen dall'interfaccia grafica utente.
 * Importare una mesh da un altro programma. In particolare, Gmsh e Netgen possono essere utilizzati da soli al di fuori di FreeCAD per creare mesh di corpi solidi come i file Step.
 * Creazione manuale della mesh tramite uno script Python.

Gli strumenti Gmsh e Netgen supportano i corpi mesh creati in Part e PartDesign, nonché le copie semplici di questi solidi. In generale, qualsiasi ambiente di lavoro che genera oggetti solidi, come Arch, può essere utilizzato come base da cui creare delle mesh. Notare che una mesh utilizzata per FEA è diversa da una mesh creata o importata dall'ambiente Mesh.





Gli strumenti Gmsh e Netgen sono strumenti utili per rendere rapidamente mesh un corpo, ma non espongono le funzionalità complete di questi programmi; essi normalmente creano mesh triangolari, che potrebbero non essere l'ideale per alcuni tipi di analisi. Se si vuole avere più controllo sulla mesh creata (usare solo quadrilateri, numero e dimensione di elementi precisi, risoluzione variabile della mesh, ecc.), si dovrebbe usare questi programmi esternamente, produrre un file mesh in un formato supportato e importare questo file in FreeCAD.

Precedentemente, Netgen era incluso in FreeCAD e poteva essere utilizzato immediatamente. Ora, sia Netgen che Gmsh devono essere installati prima di poter essere utilizzati da FEM. Per le istruzioni fare riferimento a Installare FEM.

Software di mesh
Il software di mesh funziona su corpi solidi che possono essere in diversi formati, come Step e Brep. Questi programmi possono essere utilizzati indipendentemente da FreeCAD e in genere dispongono di molte opzioni per controllare gli algoritmi di meshing, la dimensione dell'elemento e le condizioni del contorno.

FEM ha sviluppato semplici interfacce di comunicazione per utilizzare Gmsh e Netgen direttamente in FreeCAD. Altri programmi non hanno un'interfaccia, ma potrebbero cambiare in futuro se c'è un interesse da parte della comunità e se tali applicazioni sono facili da integrare. Il software di meshing può essere compilato e distribuito insieme a FreeCAD solo se la sua licenza è compatibile con le licenze GPL2 o LGPL2; altrimenti, il programma deve essere usato come un binario esterno, come viene usato Gmsh.

Interfacce implementate in FreeCAD

 * Gmsh: main website, code repository
 * Netgen: main website, code repository

Nessuna interfaccia in FreeCAD

 * ENigMA, forum thread, code repository
 * libMesh, main website, code repository, forum thread; it's a very active project, and it's C++ only
 * PythonOCC, main website
 * SnappyHexMesh, main website
 * Tetgen, main website

Elementi Mesh in FreeCAD
FreeCAD supporta vari tipi di elementi. Il seguente articolo spiega la loro differenza e quando devono essere utilizzati: Meshing Your Geometry: When to Use the Various Element Types.


 * "ni" significa formato non implementato in FreeCAD ma supportato.
 * "-" significa non supportato dall'interfaccia, quindi non è possibile supportarlo.
 * "?" non si sa se il formato supporta questo tipo di elemento

Generale
Maggiori informazioni sui tipi di elementi FEM e la loro struttura dei dati all'interno di FreeCAD si trovano nella pagina Tipi di elementi FEM.

More information on the elements, and their data structure inside FreeCAD can be found in FEM Element Types.

Creare una mesh con 10 nodi (Tet-10 Elements)
FreeCAD Scripting Basics.

The Python API allows the user to define a finite element mesh by directly adding individual nodes, and defining edges, faces, and volumes.

The mesh itself is of type, which needs to be attached to a proper document object of type.

Creating a mesh with one Tet-10 element
Create an empty FemMesh, populate it with nodes, create the volume, and finally call to create the document object with the corresponding mesh.

Se si desidera avere un elemento predefinito e la numerazione del nodo:

To create an actual document object, instead of you can also use the document  method; then attach the created mesh to this object's  attribute.

Manipolazione visiva
Evidenziare alcuni nodi nella vista:

Once a FemMesh object has been created with, some of its visual properties can be changed by modifying the different attributes of its. This can be useful to postprocess the mesh after a finite element solution has been obtained.

Highlight some nodes in the mesh

Post-elaborazione dei colori e della posizione:

Set volume 1 to red

Set nodes 1, 2 and 3 to a certain color; the faces between the nodes acquire an interpolated color

Displace the nodes 1 and 2 by the magnitude and direction defined by a vector

Double the factor of the displacement shown

Shell, 3 node triangle, tria3 (linear)
Add a face with the element number.

Shell, 6 node triangle, tria6 (quadratic)
Add a face with the element number.

Shell, 4 node quadrangle, quad4 (linear)
Add a face with the element number.

Shell, 8 node quadrangle, quad8 (quadratic)
Add a face with the element number.

Volume, 4 node tetrahedron, tetra4 (linear)
Add a volume with the element number.

Volume, 10 node tetrahedron, tetra10 (quadratic)
Add a volume with the element number.

Volume, 8 node hexahedron, hexa8 (linear)
Add a volume with the element number.

Volume, 20 node hexahedron, hexa20 (quadratic)
Add a volume with the element number.

Volume, 6 node pentahedron, penta6 (linear)
Add a volume with the element number.

Volume, 15 node pentahedron, penta15 (quadratic)
Add a volume with the element number.

Volume, 5 node pyramid, pyra5 (linear)
Add a volume with the element number.

Volume, 13 node pyramid, pyra13 (quadratic)
Add a volume with the element number.