FEM Tutorium

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Tutorium
Thema
Finite-Elemente-Analyse
Niveau
Anfänger
Zeit zum Abschluss
10 Minuten + Löserzeit
Autoren
Drei
FreeCAD-Version
0.17 oder höher
Beispieldateien
None
Siehe auch
None

Einleitung

Dieses Tutorium soll dem Leser den grundlegenden Arbeitsablauf des Arbeitsbereichs FEM sowie die meisten Werkzeuge vorstellen, die zur Durchführung einer statischen Analyse zur Verfügung stehen.

Voraussetzungen

  • FreeCAD Version 0.17 oder höher.
  • Netgen und/oder GMSH ist auf dem System installiert (in der FreeCAD-Installation enthalten).
  • Calculix ist auf dem System installiert (in der FreeCAD-Installation enthalten).
  • Der Leser verfügt über Grundkenntnisse in der Anwendung der Arbeitsbereiche Part und PartDesign.

Ablauf

Modellieren

In diesem Beispiel wird ein Würfel als Studienobjekt verwendet, aber stattdessen kann auch jedes andere Modell verwendet werden, das in den Arbeitsbereichen Part oder PartDesign erstellt wurde.

  1. Die Schaltfläche Std Neu drücken, um ein neues Dokument zu erstellen.
  2. Den Arbeitsbereich Part aktivieren.
  3. Einen Würfel erstellen.
  4. Seine Abmessungen wie folgt ändern:
    1. Länge: 8.000 m.
    2. Breite: 1.000 m.
    3. Höhe: 1.000 m.

Wir haben nun ein Modell, mit dem wir arbeiten können.

Analyse erstellen

  1. Den Arbeitsbereich FEM aktivieren.
  2. Den Menüeintrag Modell → Analyse-Container‏‎ auswählen.

Randbedingungen und Kräfte

  1. Das Netz in der Baumansicht ausblenden.
  2. Das Originalmodell anzeigen.
  3. Randbedingung Festsetzen auswählen.
  4. Auf die Schaltfläche Hinzufügen klicken, die Rückseite des Würfelobjekts (die Fläche auf der YZ-Ebene) auswählen und OK drücken.
  5. Randbedingung Krafteinwirkung auswählen.
  6. Auf die Schaltfläche Hinzufügen klicken, die Vorderseite des Würfelobjekts (die zur Rückseite parallel liegende Fläche) und den Wert für Load [N] (Flächenlast [N]) auf 9000000 setzen.
  7. Direction (Richtung) auf -Z setzen durch Auswahl einer der Flächenkanten, die parallel zu dieser Richtung liegen.
  8. Auf OK klicken.

Wir haben jetzt die Lagerstellen und Kräfte für unsere statische Studie festgelegt.

Material

  1. Material für Feststoffe auswählen und Calculix-Steel als Material auswählen.
  2. Auf OK klicken.

Netzerstellung

Es wird empfohlen, das Erstellen eines Netzes als letzten Schritt der Analysevorbereitung auszuführen, da dies im Zusammenhang mit einer Geometrie in FreeCAD steht. Abhängig von der FreeCAD-Installation, können Die Vernetzugswerkzeuge Netgen oder GMSH vorhanden sein; beide können verwendet werden.

Netgen

  1. Model auswählen.
  2. FEM mesh from shape by Netgen: Erstellt mit Hlfe von Netge ein Finite-Elemente-Netz eines Modells.
  3. Im Vernetzungsdialog klickt man auf Anwenden und anschließend auf OK.

Man kann auch ein Netz auf eine mechanische Anylyse ziehen und ablegen, die noch kein Netz in der Baumansicht enthält.

GMSH

  1. Model auswählen.
  2. FEMGmsh from shape by Gmsh: Erstellt mit Hlfe von Gmsh ein Finite-Elemente-Netz eines Modells.
  3. Im Vernetzungsdialog klickt man auf Anwenden und anschließend auf OK.

Wir haben unser Objekt nun vernetzt und sind bereit, Randbedingungen und Kräfte hinzuzufügen.

Berechnung

Standardablauf

  1. Das imAnalyse-Container enthaltene Löser-Objekt auswählen.
  2. Den Menüeintrag Solver job control auswählen.
  3. .inp Datei schreiben auswählen.
  4. CalculiX ausführen auswählen.
  5. Die Schaltfläche Schließen drücken.

Schneller Ablauf

  1. Das Löserobjekt auswählen, das sich im Analysis-Container befindet.
  2. Auf Run solver calculations klicken.

Ergebnisse analysieren

  1. Das CCX_Results-Objekt im Objektbaum auswählen.
  2. Ergebnis anzeigen auswählen.
  3. Einen der verschiedenen Ergebnistypen auswählen, um die Ergebnisse anzuzeigen.
  4. Der Schieberegler am unteren Rand kann verwendet werden, um die Darstellung des Netzes zu ändern. Auf diese Weise können wir die Verformung, die das Objekt erfährt, visualisieren, wobei zu beachten ist, dass es sich hierbei um eine Annäherung handelt.
  5. Um die Ergebnisse zu entfernen, wähle Purge results
Vergleich zur vorherigen Beispieldatei

Wird der Ergebnistyp Verschiebung Z gewählt, kann man sehen, dass der erhaltene Wert fast identisch mit dem von FreeCAD gelieferten Testbeispiel ist. Unterschiede können aufgrund der Qualität des Netzes und der Anzahl der Knoten, die es besitzt, auftreten.


Wir sind nun mit dem grundlegenden Arbeitsablauf für den Arbeitsbereich FEM fertig.

Notes