[Askemann]

Начинаю осваивать Calculix. А точнее связку FreeCAD+GMSH+Calculix (бесплатная для коммерческого использования).
Цель — расчет простых металлических конструкций.
Имеется куча вопросов, потому что во-первых, в самом МКЭ я разбираюсь не сильно, а во-вторых, документация написана на английском, и с моим уровнем английского ее тяжеловато читать.
Создаю эту тему, чтобы задавать свои глупые вопросы и получать на них умные ответы.
Думаю, тема будет полезна не только мне, но и другим новичкам в МКЭ, поэтому прошу читателей не скупиться на знания.

Первые вопросы.

1. Посоветуйте пару книг, которые стоит почитать перед тем как приступать к МКЭ.

[Askemann]

Решил посчитать для начала стержень на сжатие.
Создал во FreeCAD модель с размерами 50х50х500 мм.
Экспортировал модель в .step файл.
Открыл полученный файл в GMSH.
Добавил точку с координатами 0,0,0 и поверхность с координатой z=500 в физические группы.
На предложение сохранить файл с формате .geo ответил положительно.
На панели Visibility назвал эти группы соответственно "fix" (буду фиксировать точку по трем осям), а поверхность "load" (буду прикладывать нагрузку). Построил сеть 3D. (файлы приложил к сообщению)

И как теперь все это сохранить, чтобы потом открыть в Calculix?

[741520]

ИМХО а зачем тебе Calculix? Это же свободная программа. Вдруг какой-нибудь товарищ возьмет и накосячит в коде, а ты и не заметишь. Тут же не проверишь. Изучай нормальные проги, с которыми можно и в экспертизу чуть что сходить. А Сalculix это только если поиграться на досуге.

[ETCartman]

Сообщение от 741520 ИМХО а зачем тебе Calculix? Это же свободная программа. Вдруг какой-нибудь товарищ возьмет и накосячит в коде, а ты и не заметишь. Тут же не проверишь. Изучай нормальные проги, с которыми можно и в экспертизу чуть что сходить. А Сalculix это только если поиграться на досуге.

А какие "нормальные проги"? Например есть программа SCAD (сертифицированная) - и там масса косяков, больших и малых. Были случаи когда находил серьезные ошибки которые едва не приводили к плачевному результату. Поэтому качаю постоянно обновленные релизы, и стараюсь верифицировать результат. Я ничего плохого конкретно про SCAD сказать не могу - обычная программа, которую пишет обычный вася пупкин, который трудоустроился в эту контору. Я не знаю на чем они пишут расчетное ядро, хотя подозреваю что не на Fortran77 (самый оптимизированный компилятор для математических вычислений, используется практически во всех коммерческих МКЭ программах). Потому что в соседней ветке тут внезапно выяснилось что результаты часто очень далеки от верных, из-за накопления ошибок округлений (что для строительных задач надо постараться еще). В программе скад нет утилиты для прогонки бенчмарков - как в любой нормальной программе, и нормальной справки, а в calculiX кстати есть. Хотя конечно там бывают ошибки как и везде (есть например косяк windows версии для 64 бит), но если ошибку выловить и написать автору - то он скажет спасибо и исправит ее в следующем релизе. В скаде если выловить ошибку - вам напишут что вы сам дурак и исправят 50/50.
Скадом руководит какой то профессор, автор малосодержательных книжек с шутками-прибаутками, и содранными из сопромата примерами. По ходу дела это полулюбительская программа оставшая от мировых образцов лет на 20. CalculiX пришет профессиональный немецкий инженер - авиамоторостроитель и верифицирует код по программе Abaqus - на сегодняший день лучшей коммерческой программы для индустрии.
В принципе сравнивать SCAD и CalculiX не корректно - все таки назначение разное. Я просто пытаюсь оспорить стереотипы в отношении открытых программ.
Когда вы начинаете работать с любой программой - открытой или супердорогой - то прежде всего прорешиваете тестовые примеры и сравниваете с аналитическим решением чтобы понять как это все работает. после чего присутпаете к реальным задачам -попутно все таки сверяя результаты и оценивая их другими прикидочными методами и визуально.

По существу вопроса - если вы собираетесь рассчитывать балку на изгиб то вам надо иметь более густую сетку (просто нажимте refine)
и желательно элементы второго порядка (нажмите second order)
В GMSH нет автоматической верификации сетки поэтому за качеством должен следить сам пользователь меняя по надобности настройки
Для квадратичных элементов (как раз second order) на криволинейных поверхностях надо отдельно запускать плагин и проверять якобиан чтобы был положительным - иначе расчет не состоится.
Для перегонки из gmsh в inp есть масса конвертеров (по ссылке ниже и в хранилище файлов в calculix yzhoo group). Если по умолчанию сохранять как inp - то потом придется вручную править модель потому что все линии и поверхности будут переданы не как группы а как конечные элементы (которые тут не нужны)
Когда получите inp с группами - можете собственно задавать граничные условия и запускать расчет


По существу темы - рекомендую несколько ссылок
https://www.youtube.com/channel/UCB_...n727ABg/videos
http://www.calculixforwin.com/
http://dip28p.web.fc2.com/calculix/
По Freecad - полно видеоуроков на youtube

Вот например с этой сборкой GMSH http://dwg.ru/dnl/12476
получил сетку приложенную на картинках. При сохранении в GMSH надо выбрать в списке расширение .INP
Можете потом открыть inp файл текстовым редактором и посмотреть что и как сохранилось - какие группы
Далее дело за небольшим - задать данные для групп и посчитать.
(на сжатие и грубой сетки достаточно - на рисунке показана та что более менее работает на изгиб)
В целом конечно Calculix - обычная классическая консольная программа. Все коммерческие программы по сути надстройки над такими консолями. В CalculiX роль надостроек выполняет куча стронних утилит.
Все вертится вокруг данных в текстовых файлах, по сути все довольно просто если вы изучите основные принципы (тут философия unix way - главное понять как оно работает а не то, какие кнопочки нажимать)
а дополнительные утилиты - всего лишь для формирования этих файлов. Если научиться - то можно несложные задачи решать примерно с такой же скоростью как в Solidworks Simulation
и кстати вместе с CalculiX поставляется большое количество верификационных примеров по разным типам задач

PS Я для работы с CalculiX посоветовал бы даже серьезно изучить Salome-Platform (вроде есть версия для винды, хотя периодически вылетающая)
В принципе это уже программа индустриального класса - там много классных инструметов по упрощению STEP геометрии (например автоматом за пару секунд удалить все отверстия) и по мешированию (я их в данный момент осваиваю потому что Solidworks довольно плохо это делает). Под виндоус она может работать несколько косячно - все таки европейцы для всех мало мальских серьезных инженерных вещей всегда используют линукс системы (тот же автор CalculiX в глаза виндоус не видел - Siemens NX же и SUSE)

[Askemann]

Посчитал стержень 10х10х100 мм на сжатие (один конец жестко закреплен, нагрузка 100 Н).
Получил критическую силу 40988 Н. Аналитическое решение дает значение 41123.

Что делал.
Создал балку во FreeCAD. Перевел в .step
Открыл файл в Netgen и создал сетку. Сохранил сетку в .vol.
С помощью команды cgx -ng имя_файла открыл файл с сеткой в Calculix. Сохранил сетку отдельно.
С помощью qadd и qrem создал набор из точек fix и набор из поверхностей load. Сохранил их в отдельные файлы (load сохранил задав давление 1).
Далее создал файл .inp в который поместил ссылки на файлы с сеткой и наборами. описал материал, задал ограничения, нагрузки и т. д.

Вопросы:
Вообще-то, задавая давление 1, я думал, что 1 это значение результирующей силы от этого давления. Оказалось что нет. Как задать нагрузку через DLOAD я так и не разобрался. Может кто-нибудь объяснит? Очень интересует вопрос задания неравномерно распределенной нагрузки. Возможно ли такое?
Очень буду благодарен если кто-нибудь объяснит, что именно значат аргументы команды BOUNDARY.


PS:
Почти все предложенные выше программы вылетают или не запускаются. (У меня Windows 8.1 64x, наверное из-за этого). Поставил Ubuntu на виртуальную машину, но скомпилировать Calculix пока не получилось. Опыт работы с Linux есть, но раньше все программы ставил через apt-get.

[ETCartman]

Если аналитическое решение найдено по Эйлеру без учета сдвигов, то скорее всего разница этим и объясняется. CalculiX сдвиги учел и получил немного меньшее значение критической силы
*BOUNDARY
Nfix,1,3
значит закрепление узлов группы Nfix
по осям X, Y и Z
1 - X
2 - Y
3 - Z
4 - вращение вокруг X (для балок и оболочек)
5 - вращение вокруг Y (для балок и оболочек)
6- вращение вокруг Z(для балок и оболочек)

1,3 - значит от одного до трех

Например если надо задать только по X и Z
то надо записать две строчки

*BOUNDARY
Nfix,1,1
Nfix,2,2

*DLOAD
давление и прочие объемные и поверхностные силы (соб вес, центробежная сила при вращении и тд)

неравномерное давление задается через процедуру в фортране (то есть конечно для продвинутого пользователя)
либо можете задать равномерное ступенчато.
Площадь поверхностей группы можно найти командой в CGX (не помню какой точно)
Сила = Давление * Площадь

Есть разные программки на основе CalculiX где сразу можно задать силу (calculixforwin.com)
чтобы не вылетала - нужно по моему распаковать ее на C:\

[Askemann]

Сообщение от ETCartman Например если надо задать только по X и Z то надо записать две строчки *BOUNDARY Nfix,1,1 Nfix,2,2

точно так? 2 это не Y?

[ETCartman]

да - Nfix,3,3
Просто ошибся
А почему другие надстройки не запускаются? Могут из за кириллицы в путях давать сбой

[Askemann]

Есть ли возможность сделать что-то похожее на линию разъема из Солидворкс, чтобы задавать нагрузку на часть плоскости?

По поводу неравномерной нагрузки: я понял что ее задают в файле dload.f.
Нашел пример самого выражения

if(coords(3).gt.Z0.d0) then
f=0.d0
else
f=10000.d0*(Z0.d0-coords(3))
endif

где Z0 — поверхность воды.

А вот что такое d0 я не понял.

Еще я не понял как же должен выглядеть весь файл dload.f и как его надо объявлять в .inp файле.

Может кто сможет подсказать?

[ETCartman]

Вы можете задать группу поверхностей командами qadd, qrem.
То есть значала задать группу а потом откусить от нее часть поверхностей (получить часть плоскости какую хотите).
dload.f это файл фортрана и код тоже на фортране. Тем же путем вы можете написать свою модель материала, и так далее.
d0 должно быть какая то внутренняя переменная.
Естественно написав код на фортране - вы должны будете откомпилировать его. То есть такой путь работает для тех, кто работает непосредственно с исходниками, и простым считаться не может.
Любую неравномерную нагрузку естественно можно представить как ступенчатую - задать равномерную на 3-5 ступеней.
Она собственно и в Солидворкс ступенчатая - в зависимости от размера элемента. Если вы зададите ее по уравнению, а в пределах поверхности будет 3 элемента - то она вам и спроецируется на 4 узла по высоте, потому как что в Солидворкс что где то еще - базовые способы задания граничных условий к дискретной модели одинаковы

PS может быть полезно/интересно http://dwg.ru/dnl/11282

[Askemann]

Сообщение от ETCartman Вы можете задать группу поверхностей командами qadd, qrem.

Так то оно так. Только когда надо на плоскости выделить небольшую площадку с заданными размерами, сделать это точно только командами невозможно.

[ETCartman]

В Solidworks Simulation эта команда применяется из одного окна с приложением нагрузки,
но она не имеет отношения к конечно-элементной части программы, по сути она преобразует геомерию (разделяет поверхность используя линии эскиза).
В принципе при построении геометрии в программах классического типа (вроде Ansys classic или Cosmos M - на основе чего Solidworks Simulation и работает) - такого рода площадки создавались пользователем как часть геометрии в геометрическом модуле. Вообще геометрические модули таких программ несколько отличались по философии построения от современных CAD - там при создании 3д геометрии уделялось внимание составным примитивам (линии, поверхности, тела) - слиты они или разделены, например. Это имеет значение при автоматической генерации сетки. То есть две одинаковых с виду 3д модели на самом деле с точки зрения построения сетки и расчета могли быть разными.
Сейчас в принципе тоже приходится почти всегда строить модели отдельно - одну для расчета, другую для чертежей, либо упрощать для расчета ту, что была построена как модель общего назначения. Когда модель уходит в расчетный модуль, она не обязательно должна быть одним телом, потому что при мешировании программа учитывает так называемый bonded контакт (то есть склеивает смежные тела автоматом по умолчанию).
В общем если ориентироваться на Freecad - я не знаю есть ли там такая опция как SplitLine
но вы можете просто создать отдельно небольшую приподнятую или вырезанную площадку для нагрузки.
В геометрическом модуле Salome Platform такая опция точно есть, как и масса других опций построения геометрии в расчете на получение определенной сетки. Можете попробовать использовать его, тем более что есть python скрипт который перегоняет из Salome в CalculiX.

PS Netgen алгоритм в Salome шустренько разбивает вполне реальные мультибоди модели (надо только Partition создать для склеивания сетки)
Группы если научитесь создавать - то в прицнипе можете считать что угодно
(я портабельную версию Salome для виндоус использовал)

[Askemann]

Сообщение от ETCartman есть python скрипт который перегоняет из Salome в CalculiX

Ссылочку не дадите? а то гугл не помог.

[Askemann]

Создал такую модельку в Salome.
Вы это имели ввиду? Или я не так понял?

[ETCartman]

Сообщение от Askemann Создал такую модельку в Salome. Вы это имели ввиду? Или я не так понял?

Судя по всему вы не так поняли. Вам наверно просто лучше было бы с простых примеров начать, потому что без понимания получается что приходится стучаться головой об стену рядом с открытой дверью.
Кроме того у вас какая то несуразность в геометрии, так что открыть ее даже в солидворкс удалось только с третьей попытки. Притом что изначально конструкция и модель очень простая (кстати ее можно посчитать оболочками в CalculiX, построив в GMSH например).
Смысл partition в том что любое сложное тело, которое состоит из множества тел, может быть размешировано довольно быстро и просто, со слитием сетки на границах. В точности такой принцип использует и Solidworks Simulation - там есть в настройках bonded контакта две опции - слитие сетки при мешировании
и объединение узлов произвольной сетки на смежных границах (аналог *TIE в CalculiX )
Например ту модель что вы выложили - она построена наименее оптимальным образом. Очень сложная слитная часть (я ее выложил на картинке) и много мелких пластинок присобачено с боку. В результате Netgen ее бьет целых 10 минут и получает на выходе полтора миллиона элементов (что неадекватно много для такой простой конструкции, с такими моделями сложно работать даже в Solidworks Simulation и в Ansys - из за медленного рендеринга, да и не нужны крупные модели практически почти никогда).
Тут тоже стоит заметить что открытый мешер Netgen хотя в принципе и ничем не хуже платных (в том же Salome, опционально за плату, и во всех прочих пакетах - одни и те же мешеры) - но все же гораздо менее гибкий в настройках. Например если у вас есть короткие отрезки - он будет мельчить сетку на них даже если оно не нужно. Или надо вручную задавать параметры меширования чтобы не мельчил. multybody работает в нем куда лучше чем слитые сложные тела, надо только избегать по возможности мелких радиусов и отрезков или использовать там в же в Salome инструменты упрощения геометрии.
Я вам предлагаю выложить вашу модель в STEP без всяких преобразований - то есть тела как отдельные пластинки, как оно строится для чертежей например.

PS макросы для перегонки сетки в UNV в INP в основном размещены вот тут - http://dip28p.web.fc2.com/calculix/
там же примеры есть
макросы не всегда работают из-за разных версий форматов и по другим причинам - надо разные пробовать варианты

[ETCartman]

Меня ваши попытки научиться так растрогали, что решил прямо для вас сделать подробный пример

[Boxa]

Спасибо.

[Askemann]

За пример спасибо большое.

Сообщение от ETCartman Например ту модель что вы выложили - она построена наименее оптимальным образом.

Попробовал построить еще раз. Один раз телами, второй раз оболочками.
Сетка на модели из тел все так-же ужасает. Я не знаю, что я делаю не так.
Сетка на оболочках строится быстро. Но появляются балочные элементы B31.

Код:

[Выделить все]

 *ELEMENT, TYPE=B31, ELSET=Eall
     1,    232,    783
     2,    233,    784
     3,      3,    785

Что с ними делать не знаю. Изначально планировал выделить элементы в группы и задать им толщину через SHELL SECTION, но для балочных элементов это не проходит.

[Askemann]

Наверное у меня все-таки получилось.
Построил модель затвора в Salome с помощью инструмента plain.
Там же сделал сетку. Пару групп добавил, но они потом куда-то потерялись, пока не понял, как их достать в Calculix.
Странное уплотнение сетки получилось в точке 0,0,0.
Экспортировал в .unv, открыл в GMSH, сохранил как .inp.
Потом открыл файл как текст и удалил из него балочные элементы.
Элементы CPS6 переименовал в S6.
Создал наборы элементов в соответствии с их толщиной и определил оболочки.
Набором zzz ограничил перемещения по z (конструкция затвора опирается об порог), набором yyy ограничил перемещения по y (затвор опирается об бетон в пазах).
Наборами p1-p6 задал ступенчатую нагрузку.
В итоге напряжения превышают 160 MPa только в месте опирания (я так понимаю, что это вызвано сингулярностью). В остальном напряжения и перемещения похожи на реальные.
Если укажете на ошибки — буду благодарен.

[ETCartman]

через конвертеры (если научите ими пользоваться получается быстрее - сетка передается сразу и с группами). кстати если вы строите модель в Salome то и считать можете там же с помошью code-aster
(последняя программа даже помощней будет чем Solidworks Simulation, правда для windows это работает плохо или не работает совсем)
попробуйте salome-meca в linux хотя бы в виртуальной машине, там есть визарды и к тому же на английский уже все переведено.
По существу вашего расчета - вы прикладывая закрепления защемляете вашу конструкцию (потому что используется не односторонняя связь и не контакт). Это может менять результаты очень сильно, по сравнению с реальной работой. Собственно это не по программе вопрос а по расчетной схеме
как вариант - замените группу, ту что квадратики цвета маджента на единственный узел (и просто анализируйте напряжения на удалении от него)