Donate

Solver CalculiX

Solver Mystran

środowisko pracy MES

Opis

Elmer to otwarto źródłowy solver do symulacji z różnych dziedzin fizyki, opracowywany głównie przez IT Center for Science (CSC). Rozwój Elmera rozpoczął się w 1995 r. we współpracy z fińskimi uniwersytetami, instytutami badawczymi i przemysłem. Po publikacji kodu źródłowego w 2005 r., Elmera zaczęto używać i rozwijać globalnie.

Elmer posiada modele fizyczne m.in. mechaniki płynów, mechaniki ciał stałych, elektromagnetyzmu, przepływu ciepła i akustyki. Są one opisane równaniami różniczkowymi cząstkowymi, które Elmer rozwiązuje przy pomocy metody elementów skończonych (MES).

Utworzenie obiektu SolverElmer w kontenerze analizy we FreeCAD daje dostęp do równań Elmera dla analiz pojedynczych zagadnień fizycznych lub zagadnień sprzężonych.

Ponieważ FreeCAD wspiera już intensywnie solver Calculix i solver Z88 do analiz mechanicznych i termomechanicznych, Elmer jest preferowany do symulacji z zakresu mechaniki płynów (CFD), przepływu ciepła, elektrostatyki i elektrodynamiki. Może być również używany do analiz mechanicznych dzięki równaniu elastyczności lub dowolnej kombinacji wyżej wymienionych równań. Ta kombinacja sprawia, że Elmer jest preferowany do analiz sprzężonych.

Instalacja

Elmer wymaga dwóch komponentów do powiązania z FreeCADː

• ElmerSolver obsługuje obliczenia,
• ElmerGrid to interfejs obsługujący siatki.

Istnieją niezależne programy do obu tych zastosowań, ale ich instalacja i użycie są poza zakresem integracji z FreeCAD.

1. Pobierz i zainstaluj wersję najbardziej pasującą do Twojego systemu operacyjnego (Windows lub Linux). Zalecana jest instalacja wersji mpi, aby móc skorzystać ze wsparcia dla obliczeń równoległych (dostępne w wersji 0.21).
2. We FreeCAD przełącz się na środowisko pracy MES i przejdź do Edycja → Preferencje → MES → Elmer
3. We właściwościach MES ustaw poprawną ścieżkę dla ElmerSolver i ElmerGrid, lub wersja 0.21 i powyżej: ustaw ścieżkę dla ElmerSolver_mpi zamiast ElmerSolver aby Elmer korzystał ze wszystkich dostępnych rdzeni procesora.

   

   Menu dialogowe Elmera pokazujące pola do zlokalizowania ważnych plików wykonywalnych Elmera dla systemu Windows

Elmer jest gotowy do użycia we FreeCAD.

wersja 0.19 i poniżej: Uruchom FreeCAD i zmień układ jednostek na MKS w preferencjach. Zobacz Uwagi.

Użycie

1. Przełącz się na środowisko pracy MES
2. Utwórz kontener Analiza.
3. Istnieje kilka sposobów na wywołanie tego polecenia:
   • Naciśnij przycisk Solver Elmer.
   • Wybierz opcję Rozwiąż → Solver Elmer z menu.
   • Użyj skrótu klawiaturowego: S a następnie E.
4. Edytuj parametry solvera w edytorze właściwości, w zakładce Dane obiektu SolverElmer w widoku drzewa.
5. Dwukrotnie kliknij na obiekcie SolverElmer aby przygorować analizę do uruchomienia.

   

   Okno dialogowe do uruchomienia analizy przy pomocy solvera Elmer.

6. Wybierz ścieżkę do zapisania analizy wciskając przycisk ....
7. Wciśnij przycisk Zapisz aby zapisać pliki analizy w wybranym wcześniej katalogu.
8. Wciśnij przycisk Uruchom aby rozpocząć obliczenia.

Uwaga: Poprawnie zdefiniowana analiza wymaga co najmniej Modelu (2D lub 3D), Materiału (płynu lub ciała stałego),siatki, równań i warunków brzegowych.

Przykład widoku drzewa po aktywacji solvera Elmer

.

Równania

• Aby przeprowadzić analizę danego typu zjawiska fizycznego, potrzebne jest równanie (przepływowe, cieplne, elektrostatyczne...).
• Uściślenie: Określenie równanie jest używane we FreeCAD do pisania różnych zjawisk fizycznych, określenie Solver jest używane we wszystkich dokumentach Elmera. Więc jeśli używane jest "równanie przepływu" to w rzeczywistości Elmer korzysta z "solvera przepływowego" do znalezienia rozwiązania równań Naviera-Stokesa.
• Można używać jednego lub wielu równań jednocześnie poprzez dodanie obiektu równania pod obiektem SolverElmer, co skutkuje przeprowadzeniem analizy sprzężonej:

1. Wciśnij przycisk SolverElmer w widoku drzewa
2. Wybierz jedno lub wiele dostępnych równań:
   • równanie deformacji.
   • równanie elastyczności.
   • równanie siły elektrostatycznej.
   • równanie elektrostatyczne.
   • równanie przepływu.
   • równanie strumienia.
   • równanie ciepła.
   • równanie magnetodynamiczne.
   • równanie magnetodynamiczne 2D.
   • Równanie przepływu prądu stałego - dostępne w wersji 1.1

Ustawienia solvera

• W zależności od używanych równań, musisz zmienić domyślne ustawienia solvera. Są one opisane na stronie Ustawienia solvera Elmer.
• Solver będzie domyślnie przeprowadzał analizę stanu ustalonego. Aby przeprowadzić analizę stanu nieustalonego (jak model zachowuje / zmienia się w czasie) zobacz sekcję Timestepping (transient analyses) na stronie Ustawienia solvera Elmer.

Wizualizacja

Wyniki obliczeń solvera Elmer są zapisywane w obiektach prezentacji graficznej wyników. (Obiekty wyników nie są dostępne.)

dostępne w wersji 0.21:

W przypadku analiz stanu nieustalonego uzyskiwany jest obiekt prezentacji graficznej wyników dla każdego kroku czasowego wyników. Aby edytować wszystkie te obiekty naraz, zaznacz je w widoku drzewa i ustaw parametry w edytorze właściwości. Aby stworzyć animację zmiany wyników w czasie, obecnie najlepiej:

• Ukryć pierwszy obiekt wyników.
• Zaznaczyć wybrany obiekt w widoku drzewa, ale nie obiekt prezentacji graficznej wyników.
• Przesunąć myszką po obiektach prezentacji graficznej wyników.

Uzyskuje się animację taką jak ta:

Uwagi

• Ważne: aby uzyskać rozsądne wyniki i móc wymieniać pliki wejściowe solvera Elmer (nazwane case.sif) z innymi, wszystkie wartości w plikach wejściowych powinny być podane w jednostkach SI. W wersji FreeCAD 0.19 i wcześniejszych jest tak tylko jeśli system jednostek MKS jest wybrany w preferencjach.
• Parametry dla solvera i dla równań są niezależnie ustawiane poprzez zakładkę Dane edytora właściwości odpowiednich obiektów w widoku drzewa.
• Każde równanie będzie miało priorytet, przykładowo, chcąc zobaczyć wpływ konwekcyjnego przepływu gorącego powietrza, równanie przepływu powinno być rozwiązane z wyższym priorytetem niż równanie ciepła, inaczej solver będzie najpierw rozwiązywał przepływ ciepła przez przewodzenie a dopiero potem przepływ płynu.
• Przypadki 2D vs 3D: Elmer może być używany do analiz 2D i 3D cases. Jednak w przypadkach 2D ściany muszą leżeć na płaszczyźnie XY, inaczej solver będzie próbował obliczyć przypadek 3D na powierzchni a wektory normalne będą niezdefiniowane. Więcej informacji można znaleźć na forum: https://forum.freecad.org/viewtopic.php?f=18&t=48175

Dokumentacja

Następujący link daje dostęp do pełnej dokumentacji solvera Elmer. W jej skład wchodzą instrukcje obsługi i poradniki. Dokumenty i pliki z dopiskiem "GUI" oznaczają użycie interfejsu Elmer GUI a nie implementację Elmera we FreeCAD.

Solver CalculiX

Solver Mystran

środowisko pracy MES