FEM Workbench/it

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Introduzione

Il Modulo FEM offre a FreeCAD un moderno flusso di lavoro per l'analisi agli elementi finiti (FEA). Questo significa che tutti gli strumenti per fare una analisi degli elementi finiti sono combinati in una GUI.

Flusso di lavoro

I passaggi per effettuare un'analisi ad elementi finiti sono:

1. Preelaborazione: impostazione del problema di analisi.
   1. Modellazione della geometria: creazione della geometria con FreeCAD o importazione da una diversa applicazione.
   2. Creare una analisi.
      1. Creare un elemento mesh finito per il modello geometrico o importarlo da una diversa applicazione.
      2. Aggiungere i vincoli di simulazione quali i carichi e i supporti al modello da analizzare.
      3. Aggiungere un materiale per il modello da analizzare
2. Risoluzione: risoluzione di un sistema di equazioni usando un risolutore esterno dall'interno di FreeCAD.
3. Postelaborazione: visualizzare i risultati dell'analisi dall'interno di FreeCAD.

Dalla versione 0.15 di FreeCAD, il modulo FEM può essere usato su piattaforme Windows, Mac OSX e Linux. Dato che il modulo FEM utilizza un risolutore esterno, la quantità di interventi manuali dipende dal sistema operativo che si sta utilizzando. Consultare la pagina Installare FEM per le istruzioni sulla configurazione degli strumenti esterni.

Flusso di lavoro del Workbench FEM; il workbench chiama due programmi esterni per eseguire il meshing di un oggetto solido e risolvere il problema degli elementi finiti

Menu Modello

• Contenitore analisi: Crea un nuovo contenitore per una analisi meccanica statica. Se invece, prima di cliccare su questo strumento, viene selezionato un solido nella vista ad albero si apre la finestra di meshing.

Materiali

• Materiale FEM per solidi: Consente di selezionare un materiale dal database.

• Materiale FEM per fluidi: Consente di selezionare un materiale dal database.

• Materiale non lineare: Consente di selezionare un materiale dal database.

• Editor di materiale:: Consente di aprire l'editor dei materiali per modificare i materiali

Geometria dell'elemento

• Sezione trasversale di trave:

• Rotazione di trave:

• Spessore di una lastra:

• Sezione del fluido per flusso 1D:

Vincoli elettrostatici

• Potenziale elettrostatico di vincolo:

Vincoli dei fluidi

• Vincolo velocità iniziale del flusso:

• Vincolo contorno fluido:

• Vincolo velocità del flusso:

Vincoli meccanici

• Vincolo fissaggio: Serve per definire un vincolo di fissaggio su un punto, bordo o faccia (e).

• Vincolo di dislocamento: Serve per definire un vincolo di dislocamento su un punto, bordo o faccia (e).

• Vincolo piano di rotazione: Serve per definire un vincolo piano di rotazione su una faccia piana.

• Vincolo contatto: Serve per definire un vincolo contatto tra due facce.

• Trasforma vincolo:

• Vincolo forza: Usato per definire una forza in N applicata uniformemente ad una faccia selezionabile, nella direzione definibile.

• Vincolo pressione: Usato per definire un vincolo pressione.

• Vincolo peso proprio: Utilizzato per definire una accelerazione di gravità che agisce su un modello.

• Vincolo cuscinetto: Per definire un vincolo cuscinetto.

• Vincolo ingranaggio: Per definire un vincolo ingranaggio.

• Vincolo puleggia: Per definire un vincolo puleggia.

Vincoli termici

• Vincolo temperatura iniziale: Per definire un vincolo di temperatura iniziale di un corpo.

• Vincolo scambio termico: Per definire un vincolo di scambio termico su una faccia (e).

• Vincolo temperatura: Per definire un vincolo di temperatura limite su un punto, bordo o faccia (e).

• Vincolo fonte di calore del corpo:

Menu Mesh

• Mesh FEM da forma con Netgen:

• Mesh FEM da forma con GMSH:

• Strato limite di mesh FEM:

• Regione di mesh FEM:

• Gruppo di mesh FEM:

• Imposta i nodi: Crea o definisce un set di nodi da mesh FEM.

• Converti mesh FEM in mesh: Converte la superficie di una mesh FEM in una mesh.

Menu Solutore

• Solutore Calculix CCX tools: Crea un nuovo solutore per questa analisi. Nella maggior parte dei casi viene creato il risolutore unitamente all'analisi.

• Solutore CalculiX:

• Solutore Elmer:

• Solutore Z88:

• Equation heat:

• Equation elasticity:

• Equation electrostatic:

• Equation fluxsolver:

• Equation flow:

• Controlli del solutore: Apre il menu per regolare e avviare il risolutore selezionato.

• Avvia il solutore: Avvia il risolutore selezionato per l'analisi attiva.

Menu Risultati

• Azzera risultati: Cancella i risultati dell'analisi attiva.

• Mostra i risultati: Visualizza i risultati di un'analisi.

• Post Applica le modifiche:

• Post Mappa i colori dal risultato:

• File:Fem-warp.svg Post Crea filtro vettoriale warp:

• File:Fem-clip-scalar.svg Post Crea scalar clip filter:

• File:Fem-cut.svg Post Crea cut filter:

• File:Fem-clip.svg Post Crea clip filter:

• Post Crea data along line filter:

• Post Crea linearized stresses:

• Post Crea data at point filter:

• Post Crea funzioni:
  • File:Fem-sphere.svg :
  • File:Fem-plane.svg :

Menu: Utilità

• Piano di taglio di ritaglio sulla faccia:

• Rimuovi tutti i piani di taglio:

Menu contestuale

• Pulisci mesh FEM:

• Stampa info mesh FEM:

Preferenze

• Preferenze...: Preferenze disponibili per gli strumenti FEM.

Informazioni

Le seguenti pagine spiegano diversi argomenti dell'ambiente FEM.

FEM Install: una descrizione dettagliata su come impostare i programmi esterni utilizzati in questo ambiente.

Mesh FEM: ulteriori informazioni su come ottenere una mesh per l'analisi degli elementi finiti.

FEM Solver: ulteriori informazioni sui diversi solutori disponibili nel workbench e quelli che potrebbero essere utilizzati in futuro.

FEM CalculiX: ulteriori informazioni su CalculiX, il solutore predefinito utilizzato nel workbench per l'analisi strutturale.

FEM Concrete: informazioni interessanti sul tema della simulazione di strutture in calcestruzzo.

Progetto FEM: ulteriori informazioni sul sistema di unità, limitazioni, e le idee di sviluppo e la tabella di marcia dell'ambiente.

Tutorial

Tutorial 1: FEM CalculiX Trave a sbalzo 3D

Tutorial 2: Tutorial di FEM

Tutorial 3: FEM Tutorial Python

Tutorial 4: Taglio FEM di un blocco composito

Tutorial di analisi meccaniche termiche di openSIM

Video Tutorial 1: Articolo nel forum (con il link YouTube)

Video Tutorial 2: Articolo nel forum (con il link YouTube)

Altri tutorial video: anisim Open Source Engineering Software (in tedesco).

Estendere l'ambiente FEM

L'ambiente FEM è in costante sviluppo. Un obiettivo del progetto è trovare i modi per interagire facilmente con i vari solutori FEM, in modo che l'utente finale possa semplificare il processo di creazione, meshing, simulazione e ottimizzazione di un problema di progettazione tecnica, tutto in FreeCAD.

Le seguenti informazioni sono rivolte agli utenti esperti e agli sviluppatori che desiderano estendere l'ambiente FEM in modi diversi. Serve avere familiarità con C++ e Python, ed è anche necessaria una certa conoscenza del sistema "document object" utilizzato in FreeCAD; queste informazioni sono disponibili nella documentazione per utenti esperti e nella documentazione per gli sviluppatore. Notare che, poiché FreeCAD è in fase di sviluppo attivo, alcuni articoli potrebbero essere vecchi e quindi obsoleti. Le informazioni più aggiornate sono discusse nel forum di FreeCAD, nella sezione Development. Per discussioni, consigli o assistenza FEM sull'estensione dell'ambiente, il fare riferimento al subforum FEM.

• Estendere il modulo FEM
  • Tutorial Aggiungere equazioni FEM
  • Tutorial Aggiungere vincoli FEM

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)

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Indice

FEM

• FEM Analysis

• Materials: Solid, Fluid, Nonlinear mechanical, Reinforced (concrete); Material editor

• Element geometry: Beam (1D), Beam rotation (1D), Shell (2D), Fluid flow (1D)

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Constraints

• Electromagnetic: Electrostatic potential, Current density, Magnetization

• Fluid: Initial flow velocity, Initial pressure, Flow velocity

• Geometrical: Plane rotation, Section print, Transform

• Mechanical: Fixed, Displacement, Contact, Tie, Spring, Force, Pressure, Centrif, Self weight

• Thermal: Initial temperature, Heat flux, Temperature, Body heat source

• Overwrite Constants: Constant vacuum permittivity

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• Mesh: Mesh Netgen, Mesh GMSH, Mesh boundary layer, Mesh region, Mesh group, Nodes set, Mesh to mesh

• Solve: CalculiX Standard, Elmer, Mystran, Z88; Equations: Deformation, Elasticity, Electrostatic, Electricforce, Magnetodynamic, Magnetodynamic 2D, Flow, Flux, Heat; Solver: Solver control, Solver run

• Results: Purge, Show; Postprocessing: Apply changes, Pipeline from result, Warp filter, Scalar clip filter, Function cut filter, Region clip filter, Contours filter, Line clip filter, Stress linearization plot, Data at point clip filter, Filter function plane, Filter function sphere, Filter function cylinder, Filter function box

• Utilities: Clipping plane, Remove clipping planes, Open FEM examples; Mesh clear, Mesh display info

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• Additional: Preferences; FEM Install, FEM Mesh, FEM Solver, FEM CalculiX, FEM Concrete; FEM Element Types

User documentation

• Getting started
• Installation: Download, Windows, Linux, Mac, Additional components, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
• Basics: About FreeCAD, Interface, Mouse navigation, Selection methods, Object name, Preferences, Workbenches, Document structure, Properties, Help FreeCAD, Donate

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• Help: Tutorials, Video tutorials
• Workbenches: Std Base, Arch, Assembly, CAM, Draft, FEM, Inspection, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Points, Reverse Engineering, Robot, Sketcher, Spreadsheet, Start, Surface, TechDraw, Test Framework, Web

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• Addons: Addon Manager, External workbenches, Scripting and macros

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• Hubs: User hub, Power users hub, Developer hub