FEM Shear of a Composite Block/fr

L'introduction
Dans ces travaux dirigés nous analysons la déformation se tondant d'un bloc composite consistant d'un coeur raide incorporé dans une matrice douce. Il démontre l'utilisation de BooleanFragments et CompoundFilter pour créer des aliments solides pour le bloc et la matrice de deux cubes concentriques. Ce workflow assure que MeshRegions séparé, des Matériels et des Conditions de Frontière peuvent être définis pour le bloc et la matrice environnante. Pour choisir des régions internes nous nous faisons de la macro par Markus Hovorka (https://github.com/drhooves/SelectionTools). Les résultats de CalculiX montrent clairement l'effet du coeur raide sur la réponse du bloc composite.

Géométrie
D'abord nous créons deux cubes concentriques, une taille 10mm et l'autre taille 5mm. Ceci est fait dans l'établi "la Partie". Par défaut le cube est placé(situé) de l'origine [0, 0, 0], donc le cube plus petit doit être réduit et changé en changeant les fixations à l'étiquette(onglet) de Données du panneau(jury) de propriété. Pour faire le cœur visible, la Transparence du bloc extérieur est mise à 50 à l'étiquette(onglet) de Vue du panneau(jury) de propriété. On montre le résultat ci-dessous.



Le point culminant suivant les deux blocs dans l'arbre et crée un objet de BooleanFragments (la Partie > la Rupture > des Fragments Booléens). Dans "la Fenêtre de Propriété - la Languette de Données" change le Mode à CompSolid. Mettez maintenant en évidence le BooleanFragments dans l'arbre d'Objet et créez un CompoundFilter (la Partie > le Composé > le Filtre Composé).



Maille et Régions de Maille
De l'établi FEM nous créons un conteneur d'Analyse. Ceci contiendra toutes les définitions exigées pour l'analyse CalculiX et ses résultats. Notez que ce conteneur d'Analyse doit être activé (pour faire un clic droit et la sélection "Active l'analyse") en rechargeant le fichier(dossier) ou après la commutation en arrière d'autres analyses. Pour commencer le processus de maillage, mettez en évidence(surlignez) le CompoundFilter dans l'Arbre d'Objet et activez le dialogue concordant "la Maille > FEM la maille de la forme par Gmsh". Laissez(quittez) le dialogue en cliquetant OK.

Un objet de Maille est maintenant créé dans l'Arbre d'Objet. Mettez en évidence cet objet et créez un objet de Région de Maille via "la Maille > la région de maille de FEM". Ouvrez la boîte de dialogue pour cette Région de Maille en double cliquant et cochez le bouton de radio pour Solide. Le clic suivant le "Ajoute la Référence" le bouton et choisit l'objet de CompoundFilter dans la Fenêtre Graphique. Ceci devrait ajouter une référence à "CompoundFilter:Solid1" dans la liste d'objet de la Région de Maille. Spécifiez finalement la taille d'élément maximale pour cette région (5mm dans l'analyse actuelle). Laissez le dialogue en cliquant sur OK.



Créez ensuite un nouvel objet de Maille comme ci-dessus et utilisez la macro de sélection (le raccourci S, E) pour choisir l'objet Cube_Core dans la Fenêtre Graphique. Cette fois la liste de référence devrait montrer "CompoundFilter:Solid2", comme ci-dessous. Nous avons choisi une taille d'élément maximale de 1mm.

Note1 : la Sélection de "CompoundFilter:Solid2" exige la sélection d'un de ses visages.

Note2 : si vous avez des difficultés à choisir "CompoundFilter:Solid2" il peut être parce que vous avez oublié de mettre le mode BooleanFragments à CompSolid.



Material Assignment
Le matériel(La matière) est assigné Prendre au filet des Régions via un objet SolidMaterial. Dans ces travaux dirigés(didacticiel) nous assignons deux matériels(matières); un pour la Matrice et un pour le Cœur.

Début en choisissant le CompoundFilter dans l'arbre d'objet. Créez alors un objet de SolidMaterial via l'option de menu "le Modèle > le matériel FEM pour solide". Ouvrez le dialogue et cochez le bouton de radio pour Solide, la presse "Ajoute la Référence" et choisit l'objet de CompoundFilter de la Fenêtre Graphique. La liste de référence devrait maintenant montrer "CompoundFilter:Solid1", comme auparavant. Nous assignons le matériel ABS à la Matrice, avec les modules d'Young approximativement 1 % celui d'acier.



Répétez la procédure ci-dessus pour le Coeur ("CompoundFilter:Solid2") avec l'aide de la macro de sélection. Cette fois nous assignons le CalculiX-acier, qui est beaucoup plus rigide que le matériel ABS pour la Matrice.

Sliding Support
Créer "un Simple Tondent" la condition pour le composé bloquent les déformations aux frontières doivent être non contraint. Pour le réaliser, le bloc est placé sur un support glissant. Cela laisse trois degrés de liberté dans l'avion du support (2 traductions et une rotation) et ceux-là seront contraints plus tard. (Note: comme l'avion empêche la déformation du visage, il incite toujours une contrainte mineure, qui pourrait être éliminée par un choix différent de conditions de frontière). Créer une condition glissante de frontière ajoutent un objet de FemConstraintDisplacement (le Modèle > des Contraintes Mécaniques > le déplacement de Contrainte). Avec la boîte de dialogue ouvrent la première sélection le visage auquel les conditions de frontière doivent être appliquées et cliquer ensuite sur le bouton s'Ajoutant. Comme le bloc est autorisé à glisser dans l'avion x-y, seulement le Radio "Fixed" button for "Displacement z" is selected and tea other radio earth up are all left have "Free".



Fixed Nodes
Pour empêcher le mouvement de corps rigide dans l'avion de glissement, trois degrés de liberté indépendants doivent être éliminés. Pour réaliser ceci, un sommet dans l'avion de glissement est contraint dans x et la direction y (éliminant 2 degrés de liberté) et un sommet est fixé dans la direction x (éliminant le dernier degré de liberté). À cette fin deux objets FemConstraintDisplacement supplémentaires sont créés et le résultat est montré ci-dessous.



Tondre des Forces
La finale intervient la définition d'Analyse est la demande(l'application) de charges. Créer un Simple Tondent la condition, un ensemble de tond des charges est appliqué comme indiqué ci-dessous. Chaque charge est choisie comme 1000 N et la considération des directions de demande(d'application), la force et l'équilibre de moment est réalisé pour toute la traduction et des degrés de liberté rotional. Dans FC ceci exige le complément(l'addition) de quatre objets FemConstraintForce (le Modèle > des Contraintes Mécaniques > la force de Contrainte) - un pour chaque visage. Avec la boîte de dialogue ouvre d'abord la presse le bouton d'Add Reference et choisit ensuite le visage auquel la condition de frontière doit être appliquée (la Note(le Billet) : ceci est un ordre différent qu'avec FemConstraintDisplacement). Par défaut, ceci crée un ensemble de perpendiculaire de forces au visage (c'est-à-dire une force normale). Pour ceci changer à une force se tondant, appuyez(pressez) le bouton de direction et choisissez un bord de cube qui fonctionne(court) dans la direction désirée. Si la force résultante indique dans la direction opposée de ce qu'est exigée, choisir ensuite le bouton de radio pour "la direction Inverse".



CalculiX Analysis
Maintenant toutes les régions de maille, les conditions matérielles et de frontière ont été définies nous sommes prêts à analyser la déformation du bloc avec CalculiX. Activez l'Analyse de droit cliquant "Activent l'analyse", ouvrent le dialogue de CalculiX en double cliquant sur l'objet de CalculiXccxTools et choisissent un répertoire pour les fichiers provisoires créés par FC et CCX. Écrivez le fichier d'Apport de CCX et le contrôle sur n'importe quel avertissement ou messages d'erreur.



After-party that the analysis was be started by steam-pressing the RunCalculiX button. Yew all goes well, the CCX output window should show the following messages.



CalculiX Results
Sur l'achèvement de l'analyse double cliquent sur l'objet "CalculiX_static_results" et choisissent "le déplacement d'ABS(Abdos)" l'option. Le déplacement maximal de ~ 0.08mm se montrera dans la boîte de production pertinente(appropriée). Comme le déplacement maximal est relativement petit comparé aux dimensions du bloc (1 % de la taille de bloc), les déplacements doivent être augmentés proportionnellement. Ceci peut être fait dans le titre "le Déplacement" en cochant le bouton de radio "de Spectacle"(Salon") et pesant(mesurant) le déplacement par un facteur de - disent - 20. Le déplacement maximal sera maintenant exagéré à approximativement 20 % de la taille de boîte. Après la fermeture de la fenêtre de dialogue, la maille déformée peut être faite visible de nouveau en mettant en évidence(surlignant) l'objet Result_mesh et appuyant le barrend'espacement.



Pour examiner la déformation du coeur nous avons à la tranche le bloc. Ceci peut être fait en créant un filtre d'attache. Pour activer cette fonctionnalité, nous devons d'abord créer "un poste traitant le pipeline" en mettant en évidence l'objet "CalculiX_static_results" et choisissant "des Résultats > le Pipeline Postal du Résultat" dans le menu. Ensuite, avec le Pipeline choisi crée un Filtre de Déformation (des Résultats > le filtre de Déformation), fait Vector=Displacement et Value=20 peser le déplacement et le Mode d'affichage = "la Surface avec des Bords", la Coloration du Champ = "le Déplacement", le Vecteur = "l'Ampleur" pour montrer des contours de déplacement colorés. Appuyez s'Appliquent et OK. Comme un pas final ajoute un Filtre d'Attache (des Résultats > le filtre d'Attache) et crée un avion avec l'origine [5.0,2.5,5.0] et normal [0,1,0], c'est-à-dire à un coeur font face normal dans l'y-direction. Cochez "les Cellules de Coupe" le bouton de radio pour créer une surface plate. Comme avant l'ensemble le Mode d'affichage = "la Surface avec des Bords", la Coloration du Champ = "le Déplacement", le Vecteur = "l'Ampleur" pour montrer des contours de déplacement colorés. Appuyez s'Appliquent et OK. Commutez finalement du Filtre de Déformation à invisible pour seulement montrer le bloc de coupe.



Du résultat il est clair que les restes principaux en grande partie non déformés et aide à résister à la déformation de la matrice douce (à comparer l'angle se tondant de la partie colorée bleue à celui de la partie colorée verte). Ce qu'il met aussi en évidence(surligne aussi) quoique soient que sous Simple Tondent des conditions les visages du bloc composé(composite) déforment vraiment, impliquant que la condition glissante de frontière à la base du cube fournit vraiment une contrainte excessive.

Further work
Les défis suivants peuvent être intéressants de prendre comme l'exercice supplémentaire:

1) Correct pour la contrainte excessive imposée par la condition glissante de frontière

2) Essayer de(et) créez des conditions de frontière de contact entre le cœur et la matrice pour voir si la séparation arrive

Le fichier(dossier) de FC pour ces travaux dirigés(didacticiel) est attaché ci-dessous comme un point de départ.

https://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=18&t=26517&start=20

Bonne chance