FreeCAD FEM（Elmer接口）总结

1 准备

FreeCAD版本：pre_0.19（预发布版）
Elmer版本：8.4(MPI版本）http://www.elmerfem.org/blog/binaries/
gmsh：freecad自带4.5.6版本
paraview：5.4.1
Elmer教程：http://www.nic.funet.fi/pub/sci/physics/elmer/slides/ElmerCourseWarsaw2014October/

从freecad的release note来看未来对FEM模块的开发主要还是以结构力学仿真为主，默认的支持求解器为caulix，该求解器在freecad中存在时间最长，因此也得到了更多了检验，版本稳定，另外还支持Elmer和z88求解器，从各有限元求解器对比来看，caulix和Elmer开发都还算活跃，z88感觉太小做不了啥。Caculix主要支持机械力学仿真，虽然在官方文档上说明可以解决传热、静电学等PDE问题，但没找到相关例子，帮助文档也不够友好，并且继承自FreeCAD中的caulix就支持三种机械模型：Static，Frequency和Thermal Mechanical，笔者也不是机械专业出身，这里就不做多介绍了，下面主要介绍Elmer解法器接口。

如果是Linux系统，可以从apt源安装（Ubuntu18.04），或者自己源码手动编译，详细过程可以看笔者提出的一个issue讨论：https://github.com/ElmerCSC/elmerfem/issues/225 ， 是在Ubuntu20.04版本上源码编译Elmer的教程，新版本的ElmerGUI界面比以前友好了，需要注意的是新版本的结果可视化采用vut格式，使用paraview进行可视化，ElmerPost在所有发行版中都已不再支持，ElmerVTK也将弃用，如果要用VTK进行可视化，需要修改sip文件，将Post File = case.vtu改成Post File = case.ep，再导入ep文件进行分析；paraview可执行文件路径需要在系统环境变量，或者可以手动打开该软件，再导入生成vtu文件进行可视化分析。

2 FEM建模

该步骤和常规的建模方式一样，构建模型，有限元分析-选择材料-网格化-设置边界条件（约束、施力、热通量、电势等），以静力学分析为例，构建如下图所示模型：

新版本中设置材料已经很方便，内置有大量材料参数，也可以去matweb网站搜索自己想要的材料参数，然后进行编辑：

最后是设置Elmer求解器，对有限元仿真模型设置完成之后，点击
再选择弹性力学方程即可，当然Elmer解法器还支持静电场有限元方程，流体有限元方程、fluxsolver有限元方程（？不懂）以及传热有限元方程，单个人感觉这些功能都还没有完善，也没有相应教程，一个替代方案是在freecad中生成unv网格（如果在ElmerGUI导入step文件再进行网格划分程序很容易崩掉，估计是ElmerGUI的bug），然后在ElmerGUI导入，再进行各种物理场的建模分析。

3. 仿真计算

在计算前，要让freecad知道elmer求解器位置：

前面步骤完成之后，配置求解器参数，一般选择默认即可：


然后双击ElmerSolver，写入文件，运行仿真：

最后等等求解完成：

4. 结果可视化

运行完成后得到了2个文件：

箭头所指那个文件就是用来可视化分析的，双击查看：

前面说了，elmer得到的结果其实就是一个vtu文件，但是该文件在哪里呢？其实很简单，在前面写入文件步骤中就提示了文件将存储在哪个文件夹：

打开这个路径即可看到我们所需的文件：

case.sif是elmer的程序文件，定义了解法器、材料、边界条件那些，也就是在FreeCAD中的设置最终会转化为适合Elmer执行的.sif文件；
case_t0001.vtu是elmer得到的结果文件，vtu文件可以使用paraview打开，当然用freecad也可以打开，前面以及演示过了；
mesh.unv是freecad将前面生成的网格文件（gmsh或者netgen生成）转换为适合elmer格式的网格文件；

我们选择paraview打开case_t0001.vtu：

发现什么都没有，别慌，点击Property中的apply按钮，选择可视化的结果以及展现形式就可以看到结果了：

好了，暂且总结到这里，后续有需要会继续补充