diff --git a/src/Mod/Fem/CMakeLists.txt b/src/Mod/Fem/CMakeLists.txt index 8e9d19115b..4dc7c15dfe 100755 --- a/src/Mod/Fem/CMakeLists.txt +++ b/src/Mod/Fem/CMakeLists.txt @@ -43,6 +43,7 @@ SET(FemExamples_SRCS femexamples/material_multiple_twoboxes.py femexamples/material_nl_platewithhole.py femexamples/rc_wall_2d.py + femexamples/thermomech_bimetall.py femexamples/thermomech_flow1d.py femexamples/thermomech_spine.py ) @@ -56,6 +57,7 @@ SET(FemExampleMeshes_SRCS femexamples/meshes/mesh_contact_tube_tube_tria3.py femexamples/meshes/mesh_rc_wall_2d_tria6.py femexamples/meshes/mesh_platewithhole_tetra10.py + femexamples/meshes/mesh_thermomech_bimetall_tetra10.py femexamples/meshes/mesh_thermomech_flow1d_seg3.py femexamples/meshes/mesh_thermomech_spine_tetra10.py ) diff --git a/src/Mod/Fem/femexamples/manager.py b/src/Mod/Fem/femexamples/manager.py index 26489d5210..9c84dbe872 100644 --- a/src/Mod/Fem/femexamples/manager.py +++ b/src/Mod/Fem/femexamples/manager.py @@ -38,6 +38,7 @@ doc = run_constraint_contact_solid_solid() doc = run_material_nl_platewithhole() doc = run_material_multiple_twoboxes() doc = run_rcwall2d() +doc = run_thermomech_bimetall() doc = run_thermomech_flow1d() doc = run_thermomech_spine() @@ -249,6 +250,21 @@ def run_rcwall2d(solver=None, base_name=None): return doc +def run_thermomech_bimetall(solver=None, base_name=None): + + from .thermomech_bimetall import setup + doc = setup() + + if base_name is None: + base_name = "Thermomech_Bimetall" + if solver is not None: + base_name += "_" + solver + run_analysis(doc, base_name) + doc.recompute() + + return doc + + def run_thermomech_flow1d(solver=None, base_name=None): from .thermomech_flow1d import setup @@ -290,5 +306,6 @@ def run_all(): run_material_nl_platewithhole() run_material_multiple_twoboxes() run_rcwall2d() + run_thermomech_bimetall() run_thermomech_flow1d() run_thermomech_spine() diff --git a/src/Mod/Fem/femexamples/meshes/mesh_thermomech_bimetall_tetra10.py b/src/Mod/Fem/femexamples/meshes/mesh_thermomech_bimetall_tetra10.py new file mode 100644 index 0000000000..394a1b7ffb --- /dev/null +++ b/src/Mod/Fem/femexamples/meshes/mesh_thermomech_bimetall_tetra10.py @@ -0,0 +1,4601 @@ +def create_nodes(femmesh): + # nodes + femmesh.addNode(0.0, 0.0, 0.0, 1) + femmesh.addNode(0.0, 0.0, 1.0, 2) + femmesh.addNode(0.0, 5.0, 1.0, 3) + femmesh.addNode(0.0, 5.0, 0.0, 4) + femmesh.addNode(100.0, 0.0, 0.0, 5) + femmesh.addNode(100.0, 0.0, 1.0, 6) + femmesh.addNode(100.0, 5.0, 1.0, 7) + femmesh.addNode(100.0, 5.0, 0.0, 8) + femmesh.addNode(0.0, 0.0, 2.0, 9) + femmesh.addNode(0.0, 5.0, 2.0, 10) + femmesh.addNode(100.0, 0.0, 2.0, 11) + femmesh.addNode(100.0, 5.0, 2.0, 12) + femmesh.addNode(0.0, 0.0, 0.5, 13) + femmesh.addNode(0.0, 2.5, 1.0, 14) + femmesh.addNode(0.0, 1.25, 1.0, 15) + femmesh.addNode(0.0, 3.75, 1.0, 16) + femmesh.addNode(0.0, 5.0, 0.5, 17) + femmesh.addNode(0.0, 2.5, 0.0, 18) + femmesh.addNode(0.0, 1.25, 0.0, 19) + femmesh.addNode(0.0, 3.75, 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1584, 2836], 2929) + femmesh.addVolume([108, 1262, 355, 1300, 1319, 3093, 1583, 1306, 1320, 3091], 2930) + return True diff --git a/src/Mod/Fem/femexamples/thermomech_bimetall.py b/src/Mod/Fem/femexamples/thermomech_bimetall.py new file mode 100644 index 0000000000..3b328685d0 --- /dev/null +++ b/src/Mod/Fem/femexamples/thermomech_bimetall.py @@ -0,0 +1,193 @@ +# *************************************************************************** +# * Copyright (c) 2020 Bernd Hahnebach * +# * * +# * This file is part of the FreeCAD CAx development system. * +# * * +# * This program is free software; you can redistribute it and/or modify * +# * it under the terms of the GNU Lesser General Public License (LGPL) * +# * as published by the Free Software Foundation; either version 2 of * +# * the License, or (at your option) any later version. * +# * for detail see the LICENCE text file. * +# * * +# * FreeCAD is distributed in the hope that it will be useful, * +# * but WITHOUT ANY WARRANTY; without 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See the * +# * GNU Library General Public License for more details. * +# * * +# * You should have received a copy of the GNU Library General Public * +# * License along with FreeCAD; if not, write to the Free Software * +# * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 * +# * USA * +# * * +# *************************************************************************** + + +# thermomechanical bimetall +# https://forum.freecadweb.org/viewtopic.php?f=18&t=43040&start=10#p366664 +# analytical solution 7.05 mm deflection in the invar material direction +# see post in the forum link +# this file has 7.15 mm max deflection +# to run the example use: +""" +from femexamples.thermomech_bimetall import setup +setup() + +""" + + +import FreeCAD +import ObjectsFem +import Fem +from FreeCAD import Vector, Rotation +import BOPTools.SplitFeatures + + +mesh_name = "Mesh" # needs to be Mesh to work with unit tests + + +def init_doc(doc=None): + if doc is None: + doc = FreeCAD.newDocument() + return doc + + +def setup(doc=None, solvertype="ccxtools"): + # setup model + + if doc is None: + doc = init_doc() + + # parts + # bottom box + bottom_box_obj = doc.addObject("Part::Box", "BottomBox") + bottom_box_obj.Length = 100 + bottom_box_obj.Width = 5 + bottom_box_obj.Height = 1 + + # top box + top_box_obj = doc.addObject("Part::Box", "TopBox") + top_box_obj.Length = 100 + top_box_obj.Width = 5 + top_box_obj.Height = 1 + top_box_obj.Placement = FreeCAD.Placement( + Vector(0, 0, 1), + Rotation(0, 0, 0), + Vector(0, 0, 0), + ) + doc.recompute() + + # all geom boolean fragment + all_geom_boolfrag_obj = BOPTools.SplitFeatures.makeBooleanFragments(name='BooleanFragments') + all_geom_boolfrag_obj.Objects = [bottom_box_obj, top_box_obj] + if FreeCAD.GuiUp: + bottom_box_obj.ViewObject.hide() + top_box_obj.ViewObject.hide() + doc.recompute() + + if FreeCAD.GuiUp: + import FreeCADGui + FreeCADGui.ActiveDocument.activeView().viewAxonometric() + FreeCADGui.SendMsgToActiveView("ViewFit") + + # analysis + analysis = ObjectsFem.makeAnalysis(doc, "Analysis") + + # solver + if solvertype == "calculix": + solver_object = analysis.addObject( + ObjectsFem.makeSolverCalculix(doc, "SolverCalculiX") + )[0] + elif solvertype == "ccxtools": + solver_object = analysis.addObject( + ObjectsFem.makeSolverCalculixCcxTools(doc, "CalculiXccxTools") + )[0] + solver_object.WorkingDir = u"" + if solvertype == "calculix" or solvertype == "ccxtools": + solver_object.AnalysisType = "thermomech" + solver_object.GeometricalNonlinearity = "linear" + solver_object.ThermoMechSteadyState = True + # solver_object.MatrixSolverType = "default" + solver_object.MatrixSolverType = "spooles" # thomas + solver_object.SplitInputWriter = False + solver_object.IterationsThermoMechMaximum = 2000 + # solver_object.IterationsControlParameterTimeUse = True # thermomech spine + + # material + material_obj_bottom = analysis.addObject( + ObjectsFem.makeMaterialSolid(doc, "MaterialCopper") + )[0] + mat = material_obj_bottom.Material + mat["Name"] = "Copper" + mat["YoungsModulus"] = "130000 MPa" + mat["PoissonRatio"] = "0.354" + mat["SpecificHeat"] = "385 J/kg/K" + mat["ThermalConductivity"] = "200 W/m/K" + mat["ThermalExpansionCoefficient"] = "0.00002 m/m/K" + material_obj_bottom.Material = mat + material_obj_bottom.References = [(all_geom_boolfrag_obj, "Solid1")] + analysis.addObject(material_obj_bottom) + + material_obj_top = analysis.addObject( + ObjectsFem.makeMaterialSolid(doc, "MaterialInvar") + )[0] + mat = material_obj_top.Material + mat["Name"] = "Invar" + mat["YoungsModulus"] = "137000 MPa" + mat["PoissonRatio"] = "0.28" + mat["SpecificHeat"] = "510 J/kg/K" + mat["ThermalConductivity"] = "13 W/m/K" + mat["ThermalExpansionCoefficient"] = "0.0000012 m/m/K" + material_obj_top.Material = mat + material_obj_top.References = [(all_geom_boolfrag_obj, "Solid2")] + analysis.addObject(material_obj_top) + + # constraint fixed + con_fixed = analysis.addObject( + ObjectsFem.makeConstraintFixed(doc, "ConstraintFixed") + )[0] + con_fixed.References = [ + (all_geom_boolfrag_obj, "Face1"), + (all_geom_boolfrag_obj, "Face7"), + ] + + # constraint initial temperature + constraint_initialtemp = analysis.addObject( + ObjectsFem.makeConstraintInitialTemperature(doc, "ConstraintInitialTemperature") + )[0] + constraint_initialtemp.initialTemperature = 273.0 + + # constraint temperature + constraint_temperature = analysis.addObject( + ObjectsFem.makeConstraintTemperature(doc, "ConstraintTemperature") + )[0] + constraint_temperature.References = [ + (all_geom_boolfrag_obj, "Face1"), + (all_geom_boolfrag_obj, "Face2"), + (all_geom_boolfrag_obj, "Face3"), + (all_geom_boolfrag_obj, "Face4"), + (all_geom_boolfrag_obj, "Face5"), + (all_geom_boolfrag_obj, "Face7"), + (all_geom_boolfrag_obj, "Face8"), + (all_geom_boolfrag_obj, "Face9"), + (all_geom_boolfrag_obj, "Face10"), + (all_geom_boolfrag_obj, "Face11"), + ] + constraint_temperature.Temperature = 373.0 + constraint_temperature.CFlux = 0.0 + + # mesh + from .meshes.mesh_thermomech_bimetall_tetra10 import create_nodes, create_elements + fem_mesh = Fem.FemMesh() + control = create_nodes(fem_mesh) + if not control: + FreeCAD.Console.PrintError("Error on creating nodes.\n") + control = create_elements(fem_mesh) + if not control: + FreeCAD.Console.PrintError("Error on creating elements.\n") + femmesh_obj = analysis.addObject( + doc.addObject("Fem::FemMeshObject", mesh_name) + )[0] + femmesh_obj.FemMesh = fem_mesh + + doc.recompute() + return doc