FEM Module/de

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.
 * 2) Modellierung der Geometrie: Erstellung der Geometrie mit FreeCAD oder Import aus einer anderen Anwendung.
 * 3) Erstellen einer Analyse.
 * 4) Hinzufügen von Simulationsbeschränkungen wie Lasten und festen Stützpunkten zum geometrischen Modell.
 * 5) Hinzufügen von Materialien zu den Teilen aus dem geometrischen Modell.
 * 6) Erstellen eines Finite-Elemente-Netzes für das geometrische Modell oder Importieren aus einer anderen Anwendung.
 * 7) Lösen: Ausführen eines externen Lösers aus FreeCAD heraus.
 * 8) 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.



Menü: Modell

 * [[Image:Fem-analysis.svg|32px]] 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:Fem-material.svg|32px]] Material for solid: Ermöglicht Dir, einen Werkstoff aus der Datenbank auszuwählen.


 * [[Image:Fem-material-fluid.svg|32px]] Material for fluid: Ermöglicht Dir, einen Werkstoff aus der Datenbank auszuwählen.


 * [[Image:Fem-material-nonlinear.svg|32px]] Nonlinear mechanical material: Ermöglicht Dir, ein Material aus der Datenbank auszuwählen.


 * image is missing Reinforced material: Ermöglicht es dir, verstärkte Werkstoffe auszuwählen, die aus einer Matrix und einer Verstärkung aus der Datenbank bestehen.


 * [[Image:Arch_Material_Group.svg|32px]] Material editor:Ermöglicht Dir, den Materialeditor zu öffnen, um Materialien zu bearbeiten.

Elementgeometrie

 * [[Image:Fem-beam-section.svg|32px]] Beam cross section:


 * [[Image:Fem-beam-rotation.svg|32px]] Beam rotation:


 * [[Image:Fem-shell-thickness.svg|32px]] Shell plate thickness:


 * [[Image:Fem-fluid-section.svg|32px]] Fluid section for 1D flow:

Elektrostatische Beschränkungen

 * [[Image:fem-constraint-electrostatic-potential.svg|32px]] Constraint electrostatic potential:

Fluidbeschränkungen

 * [[Image:Fem-constraint-initial-flow-velocity.svg|32px]] Constraint initial flow velocity:


 * [[Image:Fem-constraint-fluid-boundary.svg|32px]] Constraint fluid boundary:


 * [[Image:Fem-constraint-flow-velocity.svg|32px]] Constraint flow velocity:

Mechanische Beschränkungen

 * [[Image:Fem-constraint-fixed.svg|32px]] Constraint fixed: Wird verwendet, um eine feste Beschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-displacement.svg|32px]] Constraint displacement: Wird verwendet, um eine Verschiebungsbeschränkung für Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-planerotation.svg|32px]] Constraint plane rotation: Wird verwendet, um eine Einschränkung der Ebenendrehung auf einer ebenen Fläche zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-contact.svg|32px]] Constraint contact: Wird verwendet, um eine Kontaktbeschränkung zwischen zwei Flächen zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-transform.svg|32px]] Constraint transform:


 * [[Image:Fem-constraint-force.svg|32px]] Constraint force: Wird verwendet, um eine Kraft in [N] zu definieren, die gleichmäßig auf eine wählbare Fläche in einer definierbaren Richtung wirkt.


 * [[Image:Fem-constraint-pressure.svg|32px]] Constraint pressure: Wird verwendet, um eine Druckbeschränkung zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-selfweight.svg|32px]] Constraint self weight: Wird verwendet, um eine Schwerkraftbeschleunigung zu definieren, die auf ein Modell wirkt.


 * [[Image:Fem-constraint-bearing.svg|32px]] Constraint bearing: Wird verwendet, um eine Lagerbeschränkung zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-gear.svg|32px]] Constraint gear: Wird verwendet, um eine Zahnradbeschränkung zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-pulley.svg|32px]] Constraint pulley: Wird verwendet, um eine Rollenbeschränkung zu definieren.

Thermische Beschränkungen

 * [[Image:Fem-constraint-InitialTemperature.svg|32px]] Constraint initial temperature: Wird verwendet, um die Anfangstemperatur eines Körpers zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-heatflux.svg|32px]] Constraint heatflux: Wird verwendet, um eine Wärmestrombeschränkung auf einer Fläche(n) zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-temperature.svg|32px]] Constraint temperature: Wird verwendet, um eine Temperaturbeschränkung für einen Punkt/Kante/Fläche(n) zu definieren.


 * [[Image:Fem-constraint-heatflux.svg|32px]] Constraint body heat source:

Menü: Netz

 * [[Image:Fem-femmesh-netgen-from-shape.svg|32px]] FEM mesh from shape by Netgen:


 * [[Image:Fem-femmesh-gmsh-from-shape.svg|32px]] FEM mesh from shape by GMSH:


 * [[Image:Fem-femmesh-boundary-layer.svg|32px]] FEM mesh boundary layer:


 * [[Image:Fem-femmesh-region.svg|32px]] FEM mesh region:


 * [[Image:Fem-femmesh-from-shape.svg|32px]] FEM mesh group:


 * [[Image:Fem-femmesh-create-node-by-poly.svg|32px]] Nodes set: Creates/defines a node set from FEM mesh.


 * [[Image:Fem-femmesh-to-mesh.svg|32px]] FEM mesh to mesh: Convert the surface of a FEM mesh to a mesh.

Menü: Lösen
Solver Calculix CCX tools: Erstellt einen neuen Solver für diese Analyse. In den meisten Fällen wird der Solver zusammen mit der Analyse erstellt.


 * [[Image:Fem-solver.svg|32px]] Solver CalculiX:


 * [[Image:Fem-elmer.svg|32px]] Solver Elmer:


 * [[Image:Fem-solver.svg|32px]] Solver Z88:


 * [[Image:Fem-equation-heat.svg|32px]] Equation heat:


 * [[Image:Fem-equation-elasticity.svg|32px]] Equation elasticity:


 * [[Image:Fem-equation-electrostatic.svg|32px]] Equation electrostatic:


 * [[Image:Fem-equation-fluxsolver.svg|32px]] Equation fluxsolver:


 * [[Image:Fem-equation-flow.svg|32px]] Equation flow:


 * [[Image:Fem-control-solver.svg|32px]] Solver job control: Öffnet das Menü zum Einstellen und Starten des ausgewählten Lösers.


 * [[Image:Fem-run-solver.svg|32px]] Solver run calculation: Führt den ausgewählten Solver der aktiven Analyse aus.

Menü: Ergebnisse

 * [[Image:Fem-purge-results.svg|32px]] Results purge: Deletes the results of the active analysis.


 * [[Image:Fem-result.svg|24px]] Result show: Used to display the result of an analysis.


 * [[Image:FEM_PostApplyChanges.png|32px]] Post Apply changes:


 * [[Image:Fem-data.svg|32px]] Post Pipeline from result:


 * [[Image:Fem-warp.svg|32px]] Post Create warp vector filter:


 * [[Image:Fem-clip-scalar.svg|32px]] Post Create scalar clip filter:


 * [[Image:Fem-cut.svg|32px]] Post Create cut filter:


 * [[Image:Fem-clip.svg|32px]] Post Create clip filter:


 * [[Image:Fem-DataAlongLine.svg|32px]] Post Create data along line filter:


 * [[Image:Fem-linearizedstresses.svg|32px]] Post Create linearized stresses:


 * [[Image:fem-post-filter-data-at-point.png|32px]] Post Create data at point filter:


 * [[Image:Fem CompPostCreateFunctions.png|48px]] Post Create functions:
 * [[Image:Fem-sphere.svg|32px]] :
 * [[Image:Fem-plane.svg|32px]] :

Menu: Utilities

 * [[Image:fem-clipping-plane-add.svg|32px]] Clipping plane on face:


 * [[Image:fem-clipping-plane-remove-all.svg|32px]] Remove all clipping planes:

Context Menu

 * [[Image:Fem-femmesh-clear-mesh.svg|32px]] FEM mesh clear:


 * [[Image:Fem-femmesh-print-info.svg|32px]] FEM mesh print info:

Preferences

 * [[Image:Std_DlgParameter.svg|32px]] Preferences...: Preferences available in FEM Tools.

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.
 * Extend FEM Module
 * Add FEM Constraint Tutorial
 * Add FEM Equation Tutorial

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.
 * Early preview of ebook: Module developer' guide to FreeCAD source (forum thread)
 * FreeCAD Mod Dev Guide (github repository)